CN110558966A

CN110558966A - 一种脉搏检测装置

Info

Publication number: CN110558966A
Application number: CN201910739063.1A
Authority: CN
Inventors: 王健宗
Original assignee: Ping An Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Ping An Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2019-12-13

Abstract

本发明涉及一种脉搏检测装置，装置包括：视频拍摄模块，用于拍摄人的脸部视频；特征提取模块，用于提取视频中各帧图像的G通道的第一估值；降噪模块，用于对各帧图像的G通道第一估值进行降噪，得到各帧图像的G通道的第二估值；时序分析模块，用于对各帧图像的G通道的第二估值进行时序分析，得到各帧图像的G通道第二估值的时序波谱；过滤模块，用于利用二次Butterworth低通滤波器过滤掉时序波谱中非心跳频率区间的波形，得到心率图谱，实现脉搏检测。该装置通过对人脸视频图像的G通道第一估值进行降噪得到其第二估值，并对第二估值时序分析得到的时序波普进行二次Butterworth低通滤波得到心率图谱，降低了不稳定因素对脉搏检测的影响，提升了脉搏检测的准确性。

Description

一种脉搏检测装置

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种脉搏检测装置。

背景技术

脉搏反映了血液循环系统的状态，是我国中医常用的一种诊察手段。传统的脉搏监测离不开复杂的医疗仪器传感器。目前行业提出一种非接触式诊察手段，可以使用便携式移动设备或手机终端进行脉搏诊察，减少人们的健康监测成本。室内场景环境相对简单，测试结果较为准确。而在如室外环境这类光照、温度、空气湿度等因素都不太稳定的环境下，脉博测试结果受较大影响，导致测试结果不准确，于是如何提高环境因素不稳定的场景下脉搏检测的准确性成了一个需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种脉搏检测装置，用以解决现有技术中的环境因素不稳定的场景下脉搏测试结果受影响而造成脉搏测试不准确的技术问题。

本发明提供一种脉搏检测装置，装置包括：

视频拍摄模块，用于拍摄待检测人员的脸部视频；

特征提取模块，用于提取所述脸部视频中各帧图像的绿色通道的第一估值；

降噪模块，用于对所述各帧图像的绿色通道第一估值进行降噪处理，得到降噪后的各帧图像的绿色通道的第二估值；

时序分析模块，用于对所述各帧图像的绿色通道的第二估值进行时序分析，得到所述各帧图像的绿色通道的第二估值的时序波谱；

过滤模块，用于利用二次Butterworth低通滤波器过滤掉所述时序波谱中非心跳频率区间的波形，得到心率图谱，实现脉搏检测。

从上述申请实施例可知，本申请实施例提供的脉搏检测装置，通过对提取的人脸视频的各帧图像像素的G通道第一估值进行降噪得到G通道的第二估值，并对G通道第二估值时序分析得到的时序波普进行二次Butterworth低通滤波降噪得到心率图谱，从而降低了环境中不稳定因素对脉搏检测结果的影响，提升了脉搏检测的准确性。

可选的，所述降噪模块包括：

第一降噪模块，用于对所述各帧图像的绿色通道的第一估值进行RGB空间绿色通道的中值随机邻域窗口方差降噪，得到各帧图像的绿色通道的中间估值；

第二降噪模块，用于对所述各帧图像的绿色通道的中间估值进行HSV空间噪声提取的二次降噪，转化得到降噪后的各帧图像的绿色通道的第二估值；

可选的，所述视频拍摄模块包括：

环境亮度检测模块，用于检测当前环境的亮度值；

补光模块，用于当检测到所述亮度值低于预设亮度值时，对当前环境进行补光，以将所述当前环境的亮度值调整至预设范围内；

摄像模块，用于在亮度值处于所述预设范围内的环境下，拍摄待检测人员的脸部图像。

在本申请实施例中，所述环境亮度检测模块为亮度传感器所述补光模块为预先设置的可调节亮度的灯具，所述摄像模块为单目摄像头，。

可选的，所述摄像模块具体用于在亮度值处于所述预设范围内的环境下，确定待检测人员的人脸是否位于所述摄像模块拍摄到的预设区域，若位于预设区域内，则拍摄所述待检测人员的脸部图像，若未位于所述预设区域内，则发出语音提示，所述语音提示用于提示所述待检测人员将人脸摆放至所述预设区域内。

可选的，所述装置还包括：

信息确定模块，用于在所述视频拍摄模块之前，响应于脉搏检测请求，确定所述脉搏检测请求是否包含待检测人员的基础信息；若包含待检测人员的基础信息，则触发所述视频拍摄模块执行；若未包含待检测人员的基础信息，则展示所述待检测人员的基础信息的输入界面，并在完成基础信息的输入后，触发所述视频拍摄模块执行。

可选的，所述装置还包括：

健康分析模块，用于将所述心率图谱对应的心率值与预设心率值范围进行比对分析，若所述心率图谱对应的心率值在预设心率值范围内，则输出心率正常的反馈信息，若所述心率图谱对应的心率值不在预设心率值范围内，则输出心率异常的反馈信息。

可选的，所述装置还包括：

保存模块，用于将所述心率图谱及当前时间点的对应关系保存至所述待检测人员的图谱数据中。

可选的，所述装置还包括：

数据调用模块，用于调用保存于所述待检测人员的图谱数据中的预设时间范围内的心率图谱；

数据处理模块，用于利用所述预设时间范围内的心率图谱对应的心率值形成心率变化波形图；

信息交互模块，用于将所述心率变化波形图发送给医护技术人员对应的账号，接收并存储所述账号反馈的医护技术人员的分析报告。

可选的，所述装置还包括：

发送模块，用于将所述医护技术人员的分析报告发送给所述待检测人员的预先设置的接收分析报告的邮箱账号。

本申请实施例提供的脉搏检测装置，通过对提取的人脸视频的各帧图像像素的G通道第一估值进行降噪得到G通道的第二估值，并对G通道第二估值时序分析得到的时序波普进行二次Butterworth低通滤波降噪得到心率图谱，从而降低了环境中不稳定因素对脉搏检测结果的影响，提升了脉搏检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中脉搏检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例的中值滤波器采用的二位模板示意图；

图3为本申请实施例中脉搏检测装置的另一结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为更好地理解本申请实施例中的技术方案，请参照图1，为本申请实施例中脉搏检测装置的结构示意图，包括：

视频拍摄模块101，用于拍摄待检测人员的脸部视频；

在本申请实施例中，由于心脏跳动会向全身各器官、组织提供充足的血液，以供应氧以及各种营养物质，并带走代谢的产物，使得细胞维持正常的代谢和功能。当血液流经面部时，面部血液会吸收光，从而导致人面部的像素值发生细微的变化。本申请实施例的脉搏检测装置通过对人面部变化的像素值进行分析从而得到被检测人员的脉搏。因此，在对待检测人员进行脉搏检测时，先对待检测人员的面部图像进行采集，在本申请实施例中，具体是指拍摄待检测人员的面部视频。为保证装置的便携性以及检测的便利性，拍摄所采用的摄像头优选单目摄像头。

特征提取模块102，用于提取脸部视频中各帧图像的绿色通道的第一估值；

在本申请实施例中，脉搏检测装置对采集到的人脸视频中的图像信息先进行处理以提取所需要的信息，由于图像的RGB模型中绿色通道(即G通道)的值最易反应图像像素的细微变化，本申请实施例中脉搏检测装置针对所拍摄的人脸视频的每桢图像在RGB空间的G通道的值进行提取记录，得到各帧图像在RGB空间的G通道的第一估值。

降噪模块103，用于对各帧图像的绿色通道估值进行降噪处理，得到降噪后的各帧图像的绿色通道的第二估值；

在本申请实施例中，由于采集人脸视频在是环境因素不确定的情况下进行的，复杂的环境会对采集的视频中各帧图像像素造成影响，从而对检测的数据造成影响使得检测数据不准确，因此需要对所采集的数据进行降噪处理以得到更为准确的数据，本申请实施例的降噪模块103具体包括：

第一降噪模块，用于对各帧图像的绿色通道的第一估值进行RGB空间绿色通道的中值随机邻域窗口方差降噪，得到各帧图像的绿色通道的中间估值；

第二降噪模块，用于对各帧图像的绿色通道的中间估值进行HSV空间噪声提取的二次降噪，转化得到降噪后的各帧图像的绿色通道的第二估值。

在本申请实施例中，通过采用一种改进的中值滤波的办法提取G通道的估值，该方案为G通道中值随机邻域窗口方差降噪后再进行HSV空间噪声提取的二次降噪。即脉搏检测装置先对提取的各帧图像像素的绿色通道第一估值进行中值滤波处理，得到中值滤波后的各帧图像像素的绿色通道的中间估值。中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。方法是用某种结构的二维滑动模板，将板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升(或下降)的为二维数据序列。二维中值滤波输出为g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈W)}，其中f(x,y)，g(x,y)分别为原始图像和处理后图像。W为二维模板，一般为3*3或5*5区域，在本申请实施例中采用的模板为3*3模板，如图2所示。

为有效降低环境噪声对检测结果的影响，本申请实施例中对中值滤波后得到的采集图像像素的绿色通道的中间估值进行HSV空间转化，并进行二次降噪。RGB转化到HSV的算法:

max＝max(R,G,B)；

min＝min(R,G,B)；

V＝max(R,G,B)/255；

S＝(max-min)/max，max≠0；

S＝0,max＝0；

if(R＝max),H＝(G-B)/(max-min)*60；

if(G＝max),H＝120+(B-R)/(max-min)*60；

if(B＝max),H＝240+(R-G)/(max-min)*60；

if(H<0),H＝H+360；

将转化到HSV空间的各帧图像像素的G通道中间估值进行二次降噪，降噪后再转化至RGB空间，得到各帧图像像素G通道的第二估值，HSV转化到RGB的算法:

if(s＝0)

R＝G＝B＝V；

else

H/＝60；

i＝INTEGER(H)；

f＝H-i；

a＝V*(1-s)；

b＝V*(1-s*f)；

c＝V*(1-s*(1-f))；

switch(i)

case 0:R＝V；G＝c；B＝a；

case 1:R＝b；G＝v；B＝a；

case 2:R＝a；G＝v；B＝c；

case 3:R＝a；G＝b；B＝v；

case 4:R＝c；G＝a；B＝v；

case 5:R＝v；G＝a；B＝b；

从而得到所采集图像像素的G通道的第二估值：

G＝g+delta(Random(B))^2-H/(H+delta(max(B)))

其中，g为所采集图像像素的G通道的第一估值，

delta(Random(B))^2-H/(H+delta(max(B)))为中值滤波器二维模板的中心像素点的蓝色通道B随机邻域窗口方差。

时序分析模块104，用于对各帧图像的绿色通道的第二估值进行时序分析，得到各帧图像的绿色通道的时序波谱；

本申请实施例中，对拍摄的人脸视频中各帧图像对应的绿色通道第二估值进行时序分析，可以得到一段时间内各帧图像对应的绿色通道第二估值随时间变化的曲线图谱，曲线图谱大致反应出这段时间内各帧图像对应的绿色通道第二估值的变化规律，该变化规律显示心率规律。

过滤模块105，用于利用二次Butterworth低通滤波器过滤掉时序波谱中非心跳频率区间的波形，得到心率图谱，实现脉搏检测。

在本申请实施例中，时序分析得到的绿色通道估值的曲线图谱中，仍有部分处于非心跳频率区间的干扰，影响对脉搏检测的检测结果，本实施例中采用二次Butterworth低通滤波器过滤掉时序波谱中非心跳频率区间的波形，从而得到更为准确的心率图谱，即可以得到更为准确的脉搏检测结果。具体，Butterworth低通滤波器可使得通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。Butterworth低通滤波器可用如下振幅的平方对频率的公式表示：

其中，n为滤波器的阶数，且在本申请实施例中n＝2。ω_c为截止频率，即振幅降为-3分贝时的频率，ω_p为通频带边缘频率，为|H(ω)|²在通频带边缘的数值。

根据图1实施例，请参阅图3，为本申请的另一实施例，包括：

信息确定模块301，用于在视频拍摄模块之前，响应于脉搏检测请求，确定脉搏检测请求是否包含待检测人员的基础信息；若包含待检测人员的基础信息，则触发视频拍摄模块执行；若未包含待检测人员的基础信息，则展示待检测人员的基础信息的输入界面，并在完成基础信息的输入后，触发视频拍摄模块执行。

在使用本装置进行脉搏检测前，需待检测人员登录检测系统，经验证身份后提取出待检测人员的基础信息，检测系统在读取到待检测人员的基础信息后方激活检测系统，即触发视频拍摄模块进行视频拍摄。待检测人员进行身份验证登录检测系统的方法可以有多种，包括但不限于：人脸识别登录方法、指纹识别登录方法、账号密码识别登录方法。若待检测人员为首次登录检测系统，需在登录界面的“立即注册”子选项进行注册后再登录系统。

待检测人员登录系统后，系统自动调取后台待检测人员账号对应的待检测人员的基础信息，并触发视频拍摄模块进行视频拍摄。当系统在后台调取不到待检测人员账号对应的待检测人员的基础信息时，则在人机交互界面显示待检测人员的基础信息的输入界面，在待检测人员完成基础信息的输入后，触发视频拍摄模块进行视频拍摄。

环境亮度检测模块302，用于检测当前环境的亮度值；

补光模块303，用于当检测到亮度值低于预设亮度值时，对当前环境进行补光，以将当前环境的亮度值调整至预设范围内；

摄像模块304，用于在亮度值处于预设范围内的当前环境下，拍摄待检测人员的脸部图像。

其中，环境亮度检测模块为亮度传感器，补光模块为预先设置的可调节亮度的灯具，摄像模块为单目摄像头。

为保证视频在相对稳定的环境中拍摄，避免外界光线不足导致对特征数据的抓取困难，本申请实施例提供的装置配备环境亮度检测及补光模块。在进行视频拍摄时，环境检测模块配备的亮度传感器实时获取拍摄环境的亮度，当检测到的环境亮度在预设的亮度范围内时，正常执行视频拍摄操作；当检测到的环境亮度低于预设的亮度范围内时，则激活补光模块，打开补光模块的灯具对环境进行补光，将当前的环境亮度值调整至预设的范围内。环境检测模块对补光后的环境亮度进行再次检测，当测得的环境亮度在预设的亮度范围内时，开始执行视频拍摄操作，当测得的环境亮度仍不在预设范围内时，则由系统向人机交互界面发出“检测环境未达检测要求”的通知信息以通知护理检测人员进行辅助调整。在摄像头技术领域中，由摄像头的摄像原理可知单目摄像头和双目摄像头均可满足本申请实施例对于视频拍摄的需求，但单目摄像头相对于双目摄像头的计算量要小很多，因此单目摄像头的小型化和产品化的难度要小。因此，为方便本申请实施例提供的脉搏检测装备的小型化，使得脉搏检测设备更具便携性，以及方便本申请实施例提供的脉搏检测装备的推广，本申请实施例优选单目摄像头。

摄像模块具体还用于在亮度值处于预设范围内的当前环境下，确定待检测人员的人脸是否位于摄像模块拍摄到的预设区域，若位于预设区域内，则拍摄待检测人员的脸部图像，若未位于预设区域内，则发出语音提示，语音提示用于提示待检测人员将人脸摆放至预设区域内。

为保证拍摄视频的有效性，避免资源浪费，本申请实施例中提出的脉搏检测装置的视频拍摄模块在进行视频拍摄前，除需判定环境亮度是否处于预设范围内之外，还需对拍摄的实际内容进行一定检测，即检测待检测人员的人脸是否在拍摄的图像内。当视频拍摄模块检测出拍摄的图像画面中包含待检测人员的人脸图像时，则开始进行视频拍摄；当视频拍摄模块在拍摄的图像画面中未检测到待检测人员的人脸图像时，则发出语音提示信息，以提示待检测人员将用于拍摄的摄像头调整至对准其人脸的状态，调整之后再进行人脸视频的拍摄。

其中特征提取模块102、降噪模块103、时序分析模块104以及过滤模块105的详细情况在上述第一实施例中已经有充分说明，此处不再赘述。

健康分析模块305，用于将心率图谱对应的心率值与预设心率值范围进行比对分析，若心率图谱对应的心率值在预设心率值范围内，则输出心率正常的反馈信息，若心率图谱对应的心率值不在预设心率值范围内，则输出心率异常的反馈信息。

根据上述得到的心率图谱，可以根据图谱显示的波形频率获得对应的测量得到的心率值，此心率值也就是待检测人员的脉搏。在本申请实施例提供的脉搏检测装置中还设有健康分析模块，健康分析模块将检测到的待检测人员的心率值与预设的心率值范围进行比对，当检测到的待检测人员的心率值落入预设的心率值范围内时，则表示待检测人员的心率值正常，则脉搏检测装置会输出测得的心率值以及心率检测正常的反馈信息。当检测到的待检测人员的心率值未落入预设的心率值范围内时，则表示待检测人员的心率值异常，脉搏检测装置会输出测得的心率值以及心率检测异常的反馈信息。当然，由于特定工种或职业的人员其心率正常值与普通人的心率正常值有一定偏差，本申请实施例中的正常心率范围值是以普通人的心率值范围为准，因此该反馈的心率异常信息仅作为参考，具体以医护人员根据长期心率数据的详细分析为准，在本申请实施例后面会有进一步介绍，此处不再赘述。

保存模块306，用于将心率图谱及当前时间点的对应关系保存至待检测人员的图谱数据中。

在本申请实施例提供的脉搏检测设备中，包含有数据存储器。对拍摄的视频数据进行处理后得到的心率图谱，将得到的心率图谱存储于该数据存储器中以备后续的验证或调用。对应存储于该数据存储器的还有当次检测的检测时间，以便实现后续基于时间维度的数据调用。可以理解的是，对应存储于该存储器的还有被检测人员的系统账号信息以及个人基础信息。在数据存储器中以账号信息为区分进行模块划分，每个账号信息对应有唯一的存储模块，被检测人员的个人基础信息、每次检测的时间信息以及每个时间信息对应的检测结果的心率图谱存放于该账号的唯一对应的存储模块中，个人基本信息包含但不限于个人邮箱账号。保存模块中包含有数据调用接口，相关人员可以使用唯一账号信息通过调用接口对检测时间信息及对应的检测结果的心率图谱进行调用。

优选地，本申请实施例所提出的脉搏检测装置还包括：

数据调用模块307，用于调用保存于待检测人员的图谱数据中的预设时间范围内的心率图谱；

数据处理模块308，用于利用预设时间范围内的心率图谱对应的心率值形成心率变化波形图；

信息交互模块309，用于将心率变化波形图发送给医护技术人员对应的账号，接收并存储医护人员对应的账号反馈的分析报告。

为更为有效地利用本装置检测获得的脉搏数据，本申请实施例提供的脉搏检测装置还包括数据调用、处理及信息交互模块，以便定期将特定账号被检测人员的固定时间段内的检测结果进行汇总后发送给医护技术人员的账号，医护技术人员针对这段时间内的检测结果进行专业分析并返回分析报告。

发送模块310，用于将分析报告发送给待检测人员的预先设置的接收分析报告的邮箱账号。

脉搏检测系统在接收到医护技术人员返回的分析报告后，根据被检测人员的账号信息将医护人员的分析报告发送给该账号信息对应的个人基本信息中的邮箱账号。

本申请实施例提供的脉搏检测装置，通过对提取的人脸视频的各帧图像像素的G通道第一估值进行降噪得到G通道的第二估值，并对G通道第二估值时序分析得到的时序波普进行二次Butterworth低通滤波降噪得到心率图谱，从而降低了环境中不稳定因素对脉搏检测结果的影响，提升了脉搏检测的准确性。并通过对检测的脉搏数据进行单次或周期性分析实现了对被检测人员的健康的实时监控，提升了健康检测的便利性。

Claims

1.一种脉搏检测装置，其特征在于，所述装置包括：

视频拍摄模块，用于拍摄待检测人员的脸部视频；

2.根据权利要求1所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述降噪模块包括：

第二降噪模块，用于对所述各帧图像的绿色通道的中间估值进行HSV空间噪声提取的二次降噪，转化得到降噪后的各帧图像的绿色通道的第二估值。

3.根据权利要求1所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述视频拍摄模块包括：

环境亮度检测模块，用于检测当前环境的亮度值；

4.根据权利要求3所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述环境亮度检测模块为亮度传感器，所述补光模块为预先设置的可调节亮度的灯具，所述摄像模块为单目摄像头。

5.根据权利要求3所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述摄像模块具体用于在亮度值处于所述预设范围内的环境下，确定待检测人员的人脸是否位于所述摄像模块拍摄到的预设区域，若位于预设区域内，则拍摄所述待检测人员的脸部图像，若未位于所述预设区域内，则发出语音提示，所述语音提示用于提示所述待检测人员将人脸摆放至所述预设区域内。

6.根据权利要求1所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

7.根据权利要求1所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求1至7任意一项所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

9.根据权利要求8所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

10.根据权利要求9所述的脉搏检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

发送模块，用于将所述医护技术人员的分析报告发送给所述待检测人员的预先设置的接收所述分析报告的邮箱账号。