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专利号: 2019100467238
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种非接触式桡动脉波形提取方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)视频采集:将摄像头固定于人的手腕上方约0.3的位置,使摄像头正对腕部区域,通过计算机控制摄像头获取一段长度约30s的mp4格式的视频;

(2)视频预处理:读取采集的腕部视频,将视频帧图像转换成矩阵,原始视频像素点在RGB颜色空间内采用8位整型存储,取值范围为[0,255],进行归一化处理,像素点的取值范围映射到[0,1]区间,使用64位双精度类型存储,每一帧图像Fi到矩阵Mi的映射公式为:(3)视频放大:对预处理后的视频帧序列采用欧拉视频放大方法进行处理,使视频中包含的腕部桡动脉搏动信号可视化;

a)空间分解

使用拉普拉斯金字塔进行视频帧图像的空间分解,从高斯金字塔的底层开始为图像的原始尺寸图像G0,逐级向上为第i层图像Gi,每一级所在的图像都是在下一级图像的下采样与高斯滤波得到,即第i级图像;那么第i层拉普拉斯金字塔的定义为,第i层的Gi减去第i+1层做过上采样的Gi+1,两者的残差即为第i层的拉普拉斯金字塔图像Li:其中,UP表示上采样, 表示卷积运算,g5x5表示5x5的高斯滤波核,基于运算速度和滤波效果的综合考虑,选用5x5大小的滤波核;

b)时域滤波

利用IIR滤波器对拉普拉斯金字塔图像分解后的图像组,进行时域滤波,以获取桡动脉搏动信号;

其中,IIR滤波器设计实现如下,IIR滤波器差分方程为:Y(z)=(1-r)Y(n-1)z-1+rX(z)          (3)IIR滤波器系统函数为:

其中0≤r≤1,可以看出(1-r)n逼近x轴方向,是个单边信号;两个所述IIR滤波器相减就构成带通滤波器,其对应的带通就是所要获取的桡动脉运动信号;

c)放大与重构

对时域滤波后的信号进行放大,将R通道的幅值保持不变,G和B通道分别放大100倍,即对其通道内的每个像素点值乘以100;每一帧放大之后都扩展到原始视频帧大小,并与原始视频帧图像相加,得到放大后的视频帧,使运动信号的变化情况能被肉眼所观察到;

(4)感兴趣区域分块选取

为了进一步选取精准的感兴趣区域ROI,对放大后的视频进行分块,分块区域大小为

20x20分辨率,640x480的视频帧区域被分成768个区域,每个区域的记为Bi,计算并分析每个分块在时间序列上的频率谱和功率谱,并求信噪比SNR;求出每个区域的信噪比之后,选取信噪比最高的区域作为下一步待处理的ROI;运算过程描述如下:ROI=max{0≤i≤768|SNG(Bi)}       (5)其中,SNG表示求功率谱的函数;

(5)独立成分分析获取桡动脉运动信号

在获取ROI之后,对ROI区域内的信号进一步降噪,使用独立成分分析ICA分离信号和噪声;ICA是基于信号高阶统计特性的分析方法,经ICA分解出的各信号分量之间是相互独立的;

设x(t)=(x1(t),x2(t),...,xm(t))T,t=1,2,...n,为ROI区域内的m个时间长度为n的观测信号,另设s(t)=(s1(t),s2(t),...,sm(t))T,t=1,2,...,n,为m个未知的相互独立的源信号矢量,则瞬时线性混叠盲分离混合方程如下:x=As                (6)

T

其中,A=(a1,a2,...,an) 为未知时不变的n×m混合矩阵, 使用ICA算法从观测信号矢量x(t)中通过矩阵运算得到源独立信号矢量s(t);当m=n时,可以-1构造混合矩阵A的逆矩阵A 求解源信号,即:

y=Wx               (7)

其中,y(t)=(y1(t),y2(t),...,yn(t))T,t=1,2,...,n是系统分离的信号矢量,也是源信号s(t)的近似值,W称之为解混矩阵,即W=A-1。