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基于宠物面部视频的非接触式心率检测研究

萌宠菠菠乐园
2024-10-10 14:16

提要文摘：心率是宠物生理状态的一个重要指标。然而，传统的接触式心率检测设备存在一定的局限性。例如，传统方法需要直接与宠物猫和狗的皮肤接触，但由于宠物的运动和不安，测试繁琐，不便且难以获得可靠的心率数据，从而导致测量结果的不可靠性。因此，需要一种非接触式技术来检测清醒、有行为意识的宠物猫和狗的心率，以便更准确地评估宠物的健康状况。本文旨在设计一种基于宠物面部视频的心率检测方法，采用了成像式光电容积描记（Image Photoplethysmography, IPPG）的检测方式。通过录制宠物猫和狗面部的图像视频，并对信号进行处理，实现了在非接触环境下进行宠物心率的检测。该方法具有广泛的应用前景，可用于动物生理学、动物学和行为学研究，以及兽医实践、动物保护和动物福利等领域。本研究的主要工作如下: （1）经过广泛阅读相关文献，本文对基于成像式光电容积描记信号形成原理进行了深入分析，并研究了目前主流的基于人类面部视频的心率检测算法。基于这些算法提出了宠物面部信号的提取算法。在感兴趣区域（ROI）的选取阶段，通过返回检测到的面部信息计算 ROI 坐标，并采用 RGB 颜色空间进行 ROI 的确定和 R、G、B 通道的基色分离。（2）在本文中，通过采用基于平面正交皮肤算法和连续小波变换（CWT）算法以及带通滤波器的方法对 IPPG 信号进行去噪。该方法可以有效降低信号中的噪声干扰，从而提高信号质量。最后使用快速傅里叶变换（FFT）对处理后的信号进行频域分析，从中提取出宠物的心率信号。（3）基于面部视频的非接触式心率检测技术，开发了 MATLAB 版本的检测系统。为了验证系统的有效性，本文设计的方法和心电图（ECG）同步测量多只宠物猫和宠物狗的心率参数，并使用不同的评价指标来评估测量结果的准确性和一致性。实验结果表明，所设计的非接触式心率检测方案可以代替 ECG 进行宠物心率检测，在不同的光照条件和不同的拍摄距离下均能取得良好的测量结果。