本文關鍵詞：基于高速電路的非接觸式心率、呼吸率實時檢測技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：成像式光電容積描記技術(imaging photoplethysmography,IPPG)是在光電容積描述技術基礎上,隨著光電成像器件的廣泛應用發(fā)展起來的一種新的非接觸式生理信號檢測技術,目前已成為研究的新興熱點之一。本文圍繞IPPG技術,提出一了種基于高速電路的成像非接觸式心率、呼吸率實時測量方法。本文提出的心率、呼吸率實時檢測系統(tǒng),主要分為視頻采集模塊,視頻處理模塊和結果顯示模塊。視頻采集模塊采用的是一款彩色CCD模擬攝像頭,由于IPPG技術從圖像的光強變化中采集脈搏波信號,因此本系統(tǒng)選用沒有光補功能的攝像頭。視頻處理模塊采用ICETEK-DM6437-A開發(fā)板,該開發(fā)板基于TMS320DM6437芯片設計。TMS320DM6437是專門為高性能、低成本視頻應用開發(fā),主頻600MHz,屬于32位定點DSP達芬奇(DaVinci(TM))技術處理器系列。該開發(fā)板適合于圖相處理和一些常用算法,滿足文中系統(tǒng)需求。結果顯示模塊為彩色LCD顯示器。心率、呼吸率的計算流程主要分為以下幾步。首先,由攝像頭采集包含人臉部位的圖像。然后,選取感興趣區(qū)域(本文選取人臉部位作為感興趣區(qū)域),并對感興趣區(qū)域進行灰度均值提取。將提取到的灰度均值進行存儲,每存儲達到固定幀數(128幀,約13s)計算一次。以幀數為自變量,繪制出灰度均值曲線,即為脈搏波。最后,設計不同頻段的濾波器(心率:0.7Hz~3Hz,呼吸率:0.15~0.4Hz)對脈搏波進行去噪濾波,對獲得的心率及呼吸率信號,采用波峰統(tǒng)計的方法,分別計算出心率和呼吸率的值。文中采集的圖像格式為YUV4:2:2格式,其中Y分量代表亮度信息,文中的灰度均值即為Y分量均值。最后,將自主設計的心理及呼吸率實時測量系統(tǒng)與商用指夾式心率血氧測量儀和Breath Counter軟件測得的心率和呼吸率進行了對比。并根據對比結果對系統(tǒng)進行了改進。最終實驗結果表明論文中自主設計的測量系統(tǒng)可以較為準確的測量心率、呼吸率,同時系統(tǒng)操作簡單,適用于日常人體健康監(jiān)護。算法的進一步研究還可以測量更多的人體生理信號,為日常健康監(jiān)測帶來福音。
【關鍵詞】：成像式光電容積描記技術 高速電路 非接觸 心率 呼吸率
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題的研究背景11-12
• 1.2 心率、呼吸率測量技術概述12-17
• 1.2.1 心率、呼吸率測量方法發(fā)展歷程12
• 1.2.2 基于IPPG原理的心率、呼吸率測量的國內外現狀12-17
• 1.3 高速電路發(fā)展狀況17-20
• 1.3.1 常見嵌入式處理器17-19
• 1.3.2 TI的C6000系列在視頻處理方面的優(yōu)勢19-20
• 1.4 課題的研究任務和意義20-21
• 第2章 基于高速電路的心率測、呼吸率測量原理21-29
• 2.1 系統(tǒng)的工作原理21
• 2.2 成像式光電容積脈搏波描記法（IPPG）的基本原理21-24
• 2.2.1 脈搏波的形成22-23
• 2.2.2 光電容積脈搏波描記法23-24
• 2.3 計算心率算法理論基礎24-29
• 2.3.1 人臉檢測跟蹤理論基礎24-27
• 2.3.2 離散型快速傅里葉變換原理27-29
• 第3章 基于高速電路的心率、呼吸率測量硬件系統(tǒng)29-34
• 3.1 前言29
• 3.2 基于PC機的硬件系統(tǒng)介紹29-30
• 3.3 基于高速電路的硬件系統(tǒng)介紹30-33
• 3.3.1 基于高速電路硬件系統(tǒng)的視頻采集模塊和視頻顯示模塊30-31
• 3.3.2 基于高速電路硬件系統(tǒng)的視頻信號處理模塊31-32
• 3.3.3 基于高速電路硬件系統(tǒng)的介紹32-33
• 3.4 本章小結33-34
• 第4章 基于高速電路的心率、呼吸率測量軟件系統(tǒng)34-52
• 4.1 前言34
• 4.2 心率、呼吸率測量實現34-36
• 4.3 基于PC機的算法實現36-42
• 4.3.1 基于PC機的軟件開發(fā)環(huán)境36-37
• 4.3.2 基于PC機的主要算法的實現37-42
• 4.4 基于高速電路的算法實現42-50
• 4.4.1 基于高速電路的軟件開發(fā)環(huán)境42-43
• 4.4.2 基于高速電路算法整體流程43-44
• 4.4.3 基于高速電路的人臉檢測算法44-45
• 4.4.4 基于高速電路的心率、呼吸率計算45-46
• 4.4.5 結果和波形的顯示46-50
• 4.5 本章小結50-52
• 第5章 心率及呼吸率測量對比實驗52-59
• 5.1 前言52-53
• 5.2 原始數據對比53-55
• 5.3 心率測量對比實驗系統(tǒng)搭建55-56
• 5.4 心率測量對比實驗及結果分析56-57
• 5.5 呼吸率對比實驗及結果分析57-59
• 第6章 總結與展望59-63
• 6.1 本文研究的主要內容59-60
• 6.2 當前研究成果的優(yōu)勢和存在的問題60-61
• 6.3 研究內容展望61-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單67-68
• 致謝68

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本文編號：269408