通过人脸测试心率和呼吸率

本文探讨了通过面部视频和智能手机相机监测心率和呼吸率的算法,介绍了几种主要的监测方法及其应用,包括从视频中检测脉搏和呼吸频率的算法。详细讨论了心率和呼吸率的正常范围,以及在安静状态下的理想值。

主要参考文献:

1. Algorithms for Monitoring Heart Rate and Respiratory Rate From the Video of a User’s Face (心率和呼吸率)

算法框架图 

 

2. Detecting Pulse from Head Motions Using Smartphone Camera (只有心率)
 

算法框架图:

3. Detecting Pulse from Head Motions in Video (心率)

4. Respiratory Rate Estimation from Face Videos (呼吸率)

心率的范围:

心率是指正常人安静状态下每分钟心跳的次数,也叫安静心率,一般为60~100次/分,可因年龄、性别或其他生理因素产生个体差异。一般来说,年龄越小,心率越快,老年人心跳比年轻人慢,女性的心率比同龄男性快,这些都是正常的生理现象。安静状态下,成人正常心率为60~100次/分钟,理想心率应为55~70次/分钟

呼吸率的范围:

呼吸频率为一种形容每分钟呼吸的次数的医学术语,胸部的一次起伏就是一次呼吸,即一次吸气一次呼气。每分钟呼吸的次数称为呼吸频率。正常成人呼吸频率为每分钟12~20次

 

 

 

 

问题: 1. 心率频率比摄像头的频率慢 这个问题要怎么解决

 

          

 

 

使用傅里叶方法通过人脸测量心率是一种非接触式的心率测量技术。该技术主要基于人脸图像进行心率测量,具体过程如下: 在视频的每一帧中获取敏感区域,然后在RGB三个通道分别对人脸区域做灰度均值,并将灰度均值存储。在对每一帧做完灰度均值之后,以帧数为横轴变量,以对应每一帧的灰度均值为纵轴,在RGB三个通道分别绘制曲线,然后对原始数据进行傅里叶变换 [^5]。 这种基于人脸图像的心率测量技术属于无接触心率测量的范畴。连续监测心率对评估人体健康非常重要,传统的心电图(ECG)、脉搏血氧仪脉搏触诊法存在一些不足,如ECG不舒适且限制活动,脉搏血氧仪脉搏触诊法不够准确,因此无接触心率测量成为研究热点 [^2]。未来的心率估计方法可能会融合多种模态的数据,如结合视频中的面部颜色变化等信息,综合利用不同模态的数据信息,能更全面地了解人体的生理状态,提高心率估计的准确性可靠性,例如结合加速度计的运动信息可以更好地补偿运动对心率测量的影响 [^1]。 ```python # 以下是一个简单的伪代码示例来展示傅里叶变换在处理人脸灰度均值数据中的应用 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 假设这里已经获取到了RGB三个通道的灰度均值数据 # 这里简单生成一些示例数据 num_frames = 100 red_channel_data = np.random.rand(num_frames) green_channel_data = np.random.rand(num_frames) blue_channel_data = np.random.rand(num_frames) # 对每个通道的数据进行傅里叶变换 red_fft = np.fft.fft(red_channel_data) green_fft = np.fft.fft(green_channel_data) blue_fft = np.fft.fft(blue_channel_data) # 获取频轴 sampling_rate = 30 # 假设采样为30Hz frequencies = np.fft.fftfreq(num_frames, 1/sampling_rate) # 只取正频部分 positive_frequencies = frequencies[:num_frames//2] red_fft_positive = 2.0/num_frames * np.abs(red_fft[:num_frames//2]) green_fft_positive = 2.0/num_frames * np.abs(green_fft[:num_frames//2]) blue_fft_positive = 2.0/num_frames * np.abs(blue_fft[:num_frames//2]) # 绘制频谱图 plt.figure(figsize=(12, 6)) plt.subplot(3, 1, 1) plt.plot(positive_frequencies, red_fft_positive) plt.title('Red Channel Frequency Spectrum') plt.xlabel('Frequency (Hz)') plt.ylabel('Amplitude') plt.subplot(3, 1, 2) plt.plot(positive_frequencies, green_fft_positive) plt.title('Green Channel Frequency Spectrum') plt.xlabel('Frequency (Hz)') plt.ylabel('Amplitude') plt.subplot(3, 1, 3) plt.plot(positive_frequencies, blue_fft_positive) plt.title('Blue Channel Frequency Spectrum') plt.xlabel('Frequency (Hz)') plt.ylabel('Amplitude') plt.tight_layout() plt.show() ```
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