基于高速电路的非接触式心率、呼吸率实时检测技术研究

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1、基于高速电路的非接触式心率、呼吸率实时检测技术研究吴季哲2016年1月中图分类号：TN29UDC分类号：620基于高速电路的非接触式心率、呼吸率实时检测技术研究作者姓名吴季哲学院名称光电学院指导教师刘小华副教授答辩委员会主席赵跃进教授申请学位工学硕士学科专业仪器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonNon-contactHeartRate、RespiratoryRateReal-timeMeasurementsbasedonHigh-speedcircuitCandidateName：Ji

2、zheWuSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:AssociateProf.XiaohuaLiuChair,ThesisCommittee：Prof.YuejinZhaoDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：InstrumentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2013研究成果声明本人郑重声明

3、：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要成像式光电容积描记技术(imagingphotoplethysmography,IPPG)是在光电容积描述技术基础上，随着光电成像器件的广泛应用发展起来的一种新的非

4、接触式生理信号检测技术，目前已成为研究的新兴热点之一。本文围绕IPPG技术，提出一了种基于高速电路的成像非接触式心率、呼吸率实时测量方法。本文提出的心率、呼吸率实时检测系统，主要分为视频采集模块，视频处理模块和结果显示模块。视频采集模块采用的是一款彩色CCD模拟摄像头，由于IPPG技术从图像的光强变化中采集脉搏波信号，因此本系统选用没有光补功能的摄像头。视频处理模块采用ICETEK-DM6437-A开发板，该开发板基于TMS320DM6437芯片设计。TMS320DM6437是专门为高性能、低成本视频应用开发，主频600MHz，属

5、于32位定点DSP达芬奇(DaVinci(TM))技术处理器系列。该开发板适合于图相处理和一些常用算法，满足文中系统需求。结果显示模块为彩色LCD显示器。心率、呼吸率的计算流程主要分为以下几步。首先，由摄像头采集包含人脸部位的图像。然后，选取感兴趣区域（本文选取人脸部位作为感兴趣区域），并对感兴趣区域进行灰度均值提取。将提取到的灰度均值进行存储，每存储达到固定帧数（128帧，约13s）计算一次。以帧数为自变量，绘制出灰度均值曲线，即为脉搏波。最后，设计不同频段的滤波器（心率：0.7Hz～3Hz,呼吸率：0.15～0.4Hz）对脉搏

6、波进行去噪滤波，对获得的心率及呼吸率信号，采用波峰统计的方法，分别计算出心率和呼吸率的值。文中采集的图像格式为YUV4:2:2格式，其中Y分量代表亮度信息，文中的灰度均值即为Y分量均值。最后，将自主设计的心理及呼吸率实时测量系统与商用指夹式心率血氧测量仪和BreathCounter软件测得的心率和呼吸率进行了对比。并根据对比结果对系统进行了改进。最终实验结果表明论文中自主设计的测量系统可以较为准确的测量心率、呼吸率，同时系统操作简单，适用于日常人体健康监护。算法的进一步研究还可以测量更多的人体生理信号，为日常健康监测带来福音。关键

7、词：成像式光电容积描记技术；高速电路；非接触；心率；呼吸率I北京理工大学硕士学位论文AbstractImagingphotoplethysmography（IPPG）isbasedonphotoplethysmography,anditisakindofnewcontactlessphysiologicalsignaldetectiontechnologywiththewidelyapplicationofthephotoelectricimagingdevicedeveloped,andithasbecomeoneoftheho

8、tresearch.AroundIPPGtechnology,thispaperputforwardakindofhighspeedcircuitbasedimagingnon-contactheartrate,breathingratereal-