目的 基于远程光电容积脉搏波描记法(remote photoplethysmograph,rPPG)的非接触人脸视频心率检测广泛应用于移动健康监护领域,由于其携带的生理参数信息幅值微弱,容易受到运动伪迹干扰。据此,提出了一种结合非负矩阵分解(nonnegative matrix factorization,NMF)和独立向量分析(independent vector analysis,IVA)的非规律运动伪迹去除的视频心率检测方法,记为 NMF-IVA。
方法 首先,将面部感兴趣区域(region of interest,RoI)分为多个子区域(sub RoIs,SRoIs),利用平均光照强度、光照强度变化、信噪比这 3 个指标筛选出 3 个最优质的 SRoIs,并获取每个 SRoI 的绿色通道时间序列。其次,将 3 个绿色通道时间序列去趋势、带通滤波后送入 NMF-IVA 进行盲源分离。然后,对分离后的源信号进行功率谱密度分析,并且将峰值信噪比最高且主频落在心率感兴趣范围内的源信号确定为血容量脉冲(blood volume pulse,BVP)信号。最后,将 BVP 信号的主频确定为所测量心率的主频,从而计算出心率值。
结果 实验在 2 个公开数据集 UBFC-RPPG 和 UBFC-PHYS,及 1 个真实场景自采数据集上与最相关的 7 种典型的 rPPG 方法进行比较,在 UBFC-RPPG 数据集上,相比于性能第 2 的单通道滤波(single channel filtering,SCF)方法,均方根误差提升了 1. 39 bpm(beat per minute)、平均绝对误差提升了 1. 25 bpm、皮尔逊相关系数提升了 0. 02;在UBFC-PHYS 数据集上的 T2 情况下,其性能提升最为显著,相比于性能第 2 的独立向量分析(IVA)方法,均方根误差提升了 16. 42 bpm、平均绝对误差提升了 9. 91 bpm、皮尔逊相关系数提升了 0. 64;在自采数据集上,除了低于深度学习方法性能之外,所提 NMF-IVA 方法在传统方法中取得了最好的结果。
结论 所提 NMF-IVA 方法对规律信号提取具有敏感性,即便是在头部存在剧烈非规律运动情况下,相比于传统方法亦能取得最优结果,该结果能够媲美基于深度学习的方法。… …
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