基于快速人脸检测的实时呼吸测量系统的设计

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1、2562016，52（2）ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用基于快速人脸检测的实时呼吸测量系统的设计张言飞，欧阳健飞，姚丽峰ZHANGYanfei,OUYANGJianfei,YAOLifeng天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072StateKeyLabofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments,TianjinUniversity,Tianjin300072,ChinaZHANGYanfei,OUYANGJianfei,YAOLifeng.De

2、signofreal-timerespirationmeasuringsystembasedonfastfacedetection.ComputerEngineeringandApplications,2016,52（2）：256-261.Abstract：Anewmethodtomeasuretherespirationbasedonfastfacedetectionisproposed.Thecameracapturesthevariationofchestcontourbyhumanrespiratory,humanrespiratorywavesig

3、nalextractedfromthisvariationcanbeusedtocalculatereal-timerespiratoryrate.Thesystemdetectsthehumanfacepositioninthefirstimageobtainedbythecamerathroughthecolor-basedfacedetectingmethodandgetsthechestpositionaccordingtheprioriknowledgeofbodygeometry,thengetsgrayvaluesofthechestareai

4、neachframe,processesthedatabywaveletde-noisingandothermethodstoobtainreal-timerespirationrate.Theactualmeasurementexperimentsandcomparativeexperimentsshowthatthesystemisaccu-racyandpractical.Keywords：respiratorysignal;facedetection;imageprocessing;wavelettransform摘要：提出一种基于快速人脸检测的呼吸

5、测量方法，通过普通摄像头捕捉人体呼吸所带来的胸口轮廓的变化规律，提取人体呼吸波信号，计算实时呼吸率。系统采用基于肤色的人脸检测方法，可以快速检测出摄像头获取的图像中人脸位置，根据人脸和胸口的一般化距离，实现胸口定位，获得此后所获取的每一帧图像中胸口区域的灰度值，对数据进行小波去噪等一系列处理，通过算法获得实时呼吸率。通过实际测量实验和对比实验表明，该系统具有很好的准确性和实用价值。关键词：呼吸信号；人脸检测；图像处理；小波变换文献标志码：A中图分类号：TP391doi：10.3778/j.issn.1002-8331.1403-00281引言品，将传感器与衣

6、物等日常用品结合，让人们方便地获在运动医学、军事医学以及民用医学等研究中，呼取自己的身体信号。一般来说，这种可穿戴设备价格昂[1]贵，准确度还不是很理想，不能真正普及。吸参数是一项重要的生理指标。近年来，人们的生活水平大幅提高，健康理念逐渐深入人心，人们也要求随间接测量法，是将呼吸信号从心电信号或者脉搏波[5-7]时知道自己的健康状况。信号等其他信号中提取出来，采用滤波、傅里叶变换、目前，国内外测量呼吸的方法有很多。从测量方法小波变换、经验模态分解等方法，对信号进行分析处理，[7]上可以分为直接测量法和间接测量法。直接测量法，大从而得到呼吸信号。2009年，

7、JustinBoyle等根据呼吸多采用传感器感知呼吸信号引起的几何、物理等变化，引起的心电R波幅值和R-R间期时间的变化从单导联根据测得的数据得出呼吸信号的频率特征。常用方法心电图中提取呼吸信号，达到较高的准确率。从脉搏波[2]有应变式传感器检测法、温度传感器检测法、流量传感中提取呼吸信号的研究则相对较少。1992年，Lindberg[3-4][8]器法、阻抗法。近年来，不少公司开发出家庭健康产等用频率范围为0.1~0.5Hz的带通滤波器过滤脉搏波基金项目：国家自然科学基金（No.61178040）。作者简介：张言飞（1990—），男，硕士研究生，主要研究方

8、向为图像处理、机器视觉以及人体生命参数测量，E-ma