远程光电容积脉搏波描记法(rPPG)

Posted 2022-03-18 月疯

远程光电容积脉搏波描记法(remote photoplethysmography，rPPG)是指通过摄像头等传感器来捕捉由心动周期造成的皮肤颜色周期性变化的技术。利用rPPG技术可以提取血液体积脉冲信号，进而测量心率、呼吸率和心跳变异性等心动周期相关的生理指标。近年基于rPPG的生理指标测量方法取得了飞速发展，准确性和鲁棒性已得到了大幅提高。该类技术的算法流程主要包括图像/视频的获取和感兴趣区域提取、血液体积脉冲信号提取和生理指标测量等步骤。

基于远程PPG(remote PPG, rPPG)的心动周期信号测量方法应运而生。这类方法采用普通摄像头在较远距离上进行信号采集，无需专业设备，也无需与被检测者发生接触，因而更加方便，具有更加广泛的应用前景。该类方法的基本原理是：利用摄像头捕捉皮肤区域(通常选取人脸或胳膊上的皮肤)的视频，分析皮肤区域因心跳带来的血流脉动而产生的周期性颜色变化，进而恢复出相应的BVP信号并进行生理指标的测量。但是由于远程摄像头所能记录下来的肤色的周期性颜色变化十分微弱，自然场景下的环境光照、被试头部运动等变化因素会对最终的生理指标测量结果产生很大的影响。

        现有基于rPPG的生理指标测量算法流程主要包含3个步骤：视频获取及感兴趣区域划分、BVP信号提取和增强以及生理指标测量。

1) 如何选取合适的感兴趣区域(region of interest, ROI)来减小背景噪声的引入；

2) 对目标BVP信号做出什么样的假设能更有效地帮助恢复出稳定的BVP信号；

3) 如何通过提取到的BVP信号来计算各种生理指标。

算法原理：

人类皮肤可划分为3层：表皮层、真皮层和皮下组织层，在真皮层和皮下组织层中分布着丰富的毛细血管。人类皮肤对光照的吸收主要来自于黑色素和毛细血管中的血红蛋白。心脏跳动所造成的血流的涌动会导致毛细血管的血流量及其中的血红蛋白含量发生周期性变化，进而导致皮肤对光照的吸收量的周期性变化。这一变化虽然很微弱，但仍可以被摄像头所捕捉。

 

rPPG技术就是基于这一原理，通过摄像头来捕捉固定皮肤区域由于光照吸收量不同而产生的周期性颜色变化，并进一步用捕捉到的皮肤颜色变化来提取BVP信号并测量心动周期相关的生理指标。由于由摄像头所记录下来的这一皮肤周期性颜色变化十分微弱，环境光照、被试者的头部运动等因素会对最终的生理指标测量造成较大的影响。 

参考地址：http: //www.cjig.cn/html/jig/2020/11/20201103.htm