融合rPPG和人脸三维法向量的非接触情绪感知技术

近年来,基于深度学习的情绪识别技术取得了显著进展。然而,现有方法主要集中在面部图像或视频上,忽略了其他模态信息,导致鲁棒性和稳定性不足。为了解决这一问题,提出了一种融合多模态信息的面部表情识别方法。首先将输入的人脸视频进行远程光电容积脉搏波(Remote Photo plethysmography,rPPG)信号和人脸三维法向量的提取,其次将这两种模态的信息输入其相应的情绪特征提取子网络,提取出对应的情绪特征向量。然后,将这两种模态提取出的情绪特征向量进行融合,生成一个丰富的特征向量,最后将其输入分类器进行情绪分类任务。通过这种多模态信息融合的方式,提高了面部表情识别的准确性和稳定性。对所提方法在不同数据集上进行了验证,实验结果表明,该方法在多样化面部表情识别中的表现优于当前先进的情感识别方法,具有更高的鲁棒性和稳定性。

基于PPG信号的人体热舒适性研究

环境温度的过高或者过低会对工作学习效率产生一定的负面影响,甚至可能损害人体健康。当前绝大多数环境温度调控策略都努力维持某一普适的温度,并不能满足人们真正的热舒适需求。通过光电容积脉搏波信号预测出人体热舒适状态进而制定温度调控策略,能够实时为人们提供最佳的热舒适环境。实验通过采集在不同环境温度条件下人体手指末端的光电容积信号,使用经验模态分解消除呼吸运动干扰,利用Inception&GRU (Gated Recurrent Unit)并行复合模型对脉搏波信号建模。实验结果表明,通过脉搏波信号构建的人体热舒适性模型在训练集上和验证集上分别取得99.92%和97.18%的准确率,达到完美分类。

基于光电容积脉搏波信号的脉息比估算方法研究

为探讨基于光电容积脉搏波(Photo Plethysmo Graphy,PPG)信号的脉息比(Pulse-Respiration Ratio,PRR)估算方法,文章利用数字信号处理技术和算法提取呼吸信号并检测脉率和呼吸速率;对于脉息比估算,提出了多种方法计算平均脉息比和动态脉息比。实验结果表明,脉息比呈现出明显的动态变化,揭示了其与生理状态之间的密切相关性。同时,对不同算法的脉息比方法进行了综合评估,重点考虑了计算精度、效率和适用性等方面。研究可为脉息比检测方法提供有价值的参考,有助于提高生理参数监测的准确性和实用性。

智慧医疗中光电容积脉搏波信号的去噪声处理

光电容积脉搏波(Photo Plethysmo Graphy,PPG)是幅值为毫伏级的非侵入性生理监测信号,在人体心率监测、血氧饱和度测量等领域广泛应用,但其在采集过程中会受到各种噪声影响,故PPG信号的降噪处理是高精确提取生理信息的关键。市面上的可穿戴式装备要求滤波过程简单、运行速度快,因此采用平滑滤波算法中的五点三次平滑算法,并与传统的无限脉冲响应(Infinite Impulse Response,IIR)数字滤波器算法进行比较,最终实现降噪处理的优化。

光照变化下的非接触式血氧饱和度检测方法研究

目的:基于成像式光电容积描记(imaging photo plethysmography,IPPG)技术,提出一种在不同光照条件下依然拥有较高准确率的非接触式血氧饱和度检测方法。方法:首先,通过摄像头采集人脸感兴趣区域的图像;其次,使用自适应伽马校正和欧拉视频放大算法对图像进行预处理;再次,将视频信号转化为数字信号,提取IPPG信号,并使用经验小波变换进行滤波去噪;最后,利用二次函数拟合得到血氧饱和度公式,从而计算出血氧饱和度。结果:相较于其他文献算法,该方法具有更强的抗光照变化干扰能力,在不同光照条件下的平均误差均不超过1.5%,最大误差在2%左右,且与指夹式血氧仪的检测结果具有较好的一致性。结论:该方法在不同光照条件下测量血氧饱和度均具有较高的准确率,能够达到实际测量的要求。

一种高效的PPG压缩感知重构算法

首先阐述了压缩感知(CS)的理论框架,然后分析了光电容积脉搏波(PPG)信号的稀疏性,最后提出了基于CS理论PPG信号的压缩重构框架。基于此框架采用正交匹配追踪算法和改进的正交匹配追踪算法对已压缩的信号进行重构,实验结果表明,PPG信号长度的选取、压缩比的大小以及观测个数的多少都对重构性能有重要影响。

Eliminating Forgers Based on Intra Trial Variability in Online Signature Verification Using Handglove and Photometric Signals

The novel reinforcement to the data glove based dynamic signature verification system, using the Photometric measurement values collected simultaneously from photo plethysmography (PPG) during the signing process is the emerging technology. Skilled forgers try to attempt the genuine signatures in many numbers of trials. The wide gap in the Euclidian distances between forgers and the genuine template features prohibits them from successful forging. This has been proved by our repeated experiments on various subjects using the above combinational features. In addition the intra trial features captured during the forge attempts also differs widely in the case of forgers and are not consistent that of a genuine signature. This is caused by the pulse characteristics and degree of bilateral hand dimensional similarity, and the degrees of pulse delay. Since this economical and simple optical-based technology is offering an improved biometric security, it is essential to look for other reinforcements such the variability factor considerations which we proved of worth considering.

光电容积脉搏波信号关键算法研究

目的:构建光电容积脉搏波信号处理关键算法,以提升光电容积脉搏波技术临床应用效能。方法:根据信号采集特征及采集部位不同,采用小波变换除噪算法、五点差分阈值算法、去基线归一化算法、高斯拟合算法和传递模型算法,在个人电脑(PC)端到手机Android端的跨平台和Matlab语言到Java语言的跨语言编程中,实现高斯拟合算法和传递模型算法。结果:除噪算法中的db9小波函数除噪中噪声集中于第1层高频段,运动伪迹分布在第8层低频段;五点差分阈值算法能够准确识别出波峰点;去基线归一化算法能够有效抑制低频干扰并统一信号幅值;高斯拟合算法和传递模型算法在跨平台跨语言编程实现了性能一致。结论:构建的光电容积脉搏波信号处理关键算法可为容积脉搏波技术用于生物医学工程及临床实践提供参考和借鉴,具有重要的临床应用价值。

基于移动端Android操作系统的心血管功能评估系统研制

目的:研制一种基于移动端Android操作系统的心血管功能评估系统,以满足社区医疗中心及家庭对各类人群的血管健康监测。方法:心血管功能评估硬件系统设计选用光电容积脉搏波传感器模块、蓝牙传输控制模块和电源供电模块,软件系统设计分别为采用下位机指脉采集端硬件程序和上位机心血管功能评估APP程序。结果:心血管功能评估系统能够采集到指端脉搏波信号,通过脉搏波分解及传播模型算法,可对桡动脉单波进行生理病理分析并获取心血管功能健康信息,同时具有携带方便、低功耗、性能可靠、价格低廉等特点。结论:基于移动端Android操作系统的心血管功能评估系统能够实时获取脉搏波信号并能对其进行分析处理,可满足家庭保健、社区医疗对心血管疾病的监测和预防需求。

微功耗光电式脉搏测量仪

文中设计测量脉搏的低功耗系统。利用光电传感器抬取指端的光电容积脉搏波信号,进行滤波放大及A/D转换。M68HC908QY4单片机进行控制和数据处理。最后脉搏次数由液晶显示器直观显示。该系统方便快捷,四秒钟就能得到测量结果,并且有功耗低的优点。

动态光谱的单拍提取

为了提高动态光谱(dynamic spectrum,DS)数据处理方法的效率与精度,采用单拍提取技术,即对所采集全部波长对应的光电容积脉搏波(photoelectric plethysmography,PPG)叠加平均所得到的全波段PPG,以单个脉搏为周期,提取其上升沿作为模板;用该模板校正各个波长PPG的上升沿,再以此计算吸光度的差分值,进而得到单拍DS;然后根据3σ准则,剔除其中含有粗大误差的单拍DS,对剩余单拍DS进行叠加平均,作为最终输出的DS。测量10名志愿者的数据,与频域提取法的处理结果进行对比:同一个体同一手指DS相关系数离差平方和由0.006 775改善到0.000 384 0;同一个体不同手指DS相关系数离差平方和由0.013 93改善到0.002 205,而不同个体DS之间的差异性有明显增加。结果表明,单拍提取技术可以更快地得到高质量的DS数据,加速了DS进入实际应用的进程。

基于最小二乘法的动态光谱补偿拟合提取

高信噪比的动态光谱(dynamic spectrum,DS)提取是实现高精度动态光谱血液成分无创检测的一个关键。为了进一步提高提取的精度和速度,从原理上分析了各单波长光电容积脉搏波(photoelectric plethysmography,PPG)的线性相似性,并基于此性质提出了补偿拟合法:首先按照PPG单周期采样点数进行滑动平均得到漂移基线进行补偿,除去基线漂移;其次用各波长对数PPG与全波长叠加平均模板PPG进行最小二乘拟合,提取一次项系数构成DS。利用拟合提取法对近红外和可见光波段各25组PPG数据样本进行DS提取实验验证,并将结果与单沿提取法进行平滑性指标的对比,结果表明:近红外和可见光波段补偿拟合法获取DS的平均方差分别为单沿提取法的77.9%和59.5%,稳定提高了DS的平滑性;近红外和可见光波段补偿拟合法处理时间分别可以达到单沿提取法的10%和20%,处理速度得到显著改善。补偿拟合法在单沿提取法的基础上稳定提高了DS的信噪比,改善了DS提取质量,缩减了提取时间,并简化了处理步骤,有望推动DS无创血液成分检测的发展。

智能手环系统的设计与实现

如今,健康及智能医疗是社会关注的热点问题。对此,该文提出了一种智能手环系统的设计与实现,主要用于检测心率与运动量。首先,介绍了手环用到的主要技术,包括光电容积脉搏波描记法与加速度监测技术;然后,介绍手环、手机客户端以及后台服务器三个方面的设计,包括硬件设计、数据的传输与处理以及后台数据库的设计;最后,通过一个设计实例来说明该系统的可行性。在此基础上对该方案做了总结,指出了系统的未来发展方向。

基于血氧模拟前端AFE4490的无创血氧测量模块设计

该文从便携式监护设备的角度出发,选择血氧模拟前端AFE4490进行无创血氧测量模块的设计,用来采集人体脉搏波信号并进行波峰(谷)值点检测进而利用无创血氧测量原理计算出血氧饱和度(SPO2)。设计的无创血氧测量模块具有体积小、功耗低等特点,且实验结果表明血氧饱和度值测量准确。

一种基于普通摄像头的光线自适应心率检测方法

为了在光线不均匀的情况下有效地提取出血液容积脉搏波信号,提出了一种基于普通摄像头的光线自适应心率检测方法。该方法对人脸图像序列进行自适应伽马变换,消除光照等影响;从额头区域提取出脉搏波源信号,经小波滤波处理得到血液容积脉搏波;再经傅里叶变换分析估计出心率。通过Bland-Altman分析,表明该文使用的方法与电子血压计的测量结果具有较好的一致性,且该文使用的自适应伽马变换消除了光照干扰的影响,心率的测量误差明显减小,完全能够满足日常心率监测的要求。

非接触式心率检测方法的颜色空间选择

采用非接触式方法进行人体心率检测,较传统接触式的测量方法更加便捷舒适。基于图像光学容积(iPPG)的非接触式心率测量方法,简要分析该方法的实现流程及颜色空间产生测量误差的机理,设计实验来对比不同颜色空间的测量误差,一方面证明了在非接触式心率测量过程中进行颜色空间选取的必要性,另一方面获得了可用以提高心率测量精度的最优颜色空间。实验结果表明,与同一时刻采用心电测量仪(ECG)得到的心率相比,采用RGB颜色空间进行心率测量的误差最小,实验的平均误差达到1.68bpm。因此,在非接触式心率测量中选择RGB颜色空间可以达到更高的精度。

非接触式胎儿心率检测

胎儿心率检测是围产期常规检测,是评估孕妇和胎儿健康的主要生理指标.相对现有的接触式胎心检测技术,本文提出一种更为便捷,成本低廉的非接触式胎儿心率提取算法.首先基于欧拉视频颜色放大技术,对视频中颜色信号放大.其次,利用光电容积脉搏波描记法提取血液容积脉冲信号,并对母体噪声进行分离,计算功率谱密度提取.将采集到的胎心率,与医院专用胎心设备检测的结果进行定量分析,数据表明可以达到96%的准确度.

基于人脸视频测量脉搏方法的初步研究

介绍一种基于光电容积脉搏波描记法(PPG)和独立成分分析(ICA)模型,通过分析一段人脸视频实现非接触式测量脉搏的新方法。该方法可以在正常环境下,通过摄像头获取一段人脸面部的彩色视频,对人脸区域进行RGB通道分离和ICA处理后,找到与人体脉搏波最为接近的一组分量作为测量结果。本文首先介绍PPG和ICA的基本原理,然后介绍基于两者视频脉搏的测量过程,最后给出实验结果和对比数据。

一种血液容积脉搏波测量仪及其辅助针灸应用

脉诊与针刺关系密切,脉诊信息与针刺研究密切相关,贯穿诊断、治疗整个过程。但目前尚缺乏可重复、可量化的脉诊信息实时检测手段,影响了脉诊在针刺研究中的应用。容积脉搏波采集技术具有采集方便、价格低、无创、易普及等优点。本文以中医诊断理论为指导,探讨指尖容积脉搏波的原理和特点,研究其与寸口脉诊的关系,并研发一种新型指尖血液容积脉搏波测量仪,探索容积脉搏波信号获取与测量方法,并提出该测量仪与针刺研究的关系,可为针刺研究提供基础工具及数据分析支持。