基于主成分分析和重叠直方图统计的视频信号心率测量

摘要

光电容积脉搏波描记法(PPG)原理指出,特定波长的光强度在血液容积作用下呈现周期性变化,因此人面部的肤色会随着脉搏的波动发生微小的变化.根据该原理,可以实现低成本、无接触、无电极的舒适的心率测量,对于远程医疗监控等领域有很大的意义.使用普通摄像头采集人脸视频,通过主成分分析(PCA)对人脸的3个区域的绿色分量的均值提取主成分信号,消除部分外界噪声的干扰;提取的主成分信号经平滑处理后,进行去趋势化处理,然后经过所提出的波峰检测方法,提取其波峰,减少波峰的漏检或多检;此外,采用重叠直方图统计的方法,计算心率信号的波峰间隔.在实验中,采用康泰CMS-50D指夹式脉搏血氧仪(测量样本数174个)和美国BIOPAC公司MP150多导生理记录仪记录的ECG(样本数110个),分别与所提取结果通过Bland-Altman分析方法进行对比.该方法与指夹式脉搏血氧仪测量结果的对比实验表明:叠加直方图统计方法的引入,使一致性评估评估的标准差由12.4次/min减小到8.0次/min左右,提高约1/3;与ECG的一致性评估的结果均值为1.8次/min,标准差为3.2次/min,两者均较小,说明两者结果具有很好的一致性.