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基于视频微小运动放大的非接触式医学检测技术研究

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基于视频微小运动放大的非接触式医学检测技术研究

作者：苑慧福建师范大学

学位级别：硕士

微小运动放大技术是一种利用计算机处理视频流,从而将隐藏在其中的微弱运动信号进行发掘、放大,使之可视化,实现视觉增强的技术。通过此技术对含有微小运动的视频流进行处理,可以非接触式提取并分析视觉数据随时间的变化过程和趋势。欧... 详细信息

微小运动放大技术是一种利用计算机处理视频流,从而将隐藏在其中的微弱运动信号进行发掘、放大,使之可视化,实现视觉增强的技术。通过此技术对含有微小运动的视频流进行处理,可以非接触式提取并分析视觉数据随时间的变化过程和趋势。欧拉视频放大技术（EVM）作为微小运动放大技术中的主要方法之一,引起人们的广泛关注。近年来,以该技术为基础在各领域展开的应用,展现出该技术广泛的应用前景和潜在的应用价值,尤其是在医学领域的应用已成为当前的研究热点。人体血液状态可反应人体健康情况,通过欧拉视频放大技术放大处理可视化这些微小的变化,有望通过非接触式、无创的方式来辅助诊断人体健康状态。基于此,本文主要研究欧拉视频放大技术和以欧拉视频放大技术为基础开展的与血液运动相关的非接触式医学检测。具体研究内容如下:首先,本文详细分析了欧拉视频放大技术的原理,并以人体手腕视频为例,探讨了其在放大过程中的颜色空间,具体研究了金字塔级数、滤波器类型、频带范围及放大倍数等工作参数。对比分析了基于MATLAB和基于python语言的Py Charm上的欧拉视频放大技术的运行结果,选用处理经验丰富的MATLAB运行欧拉视频放大方法进而展开相关非接触式医学检测的研究。接着,详细探究了基于EVM的肢体缺血的检测。提出了与肢体血液运动密切相关的三大检测指标,并在实验中使用控制变量法模拟下肢肢体缺血并放大血液运动。通过EVM放大处理不同缺血程度的下肢肢体,提取三大缺血检测指标信息,验证了该方法对不同缺血程度的灵敏度,根据三大缺血检测指标信息判定肢体是否缺血。其次,基于肢体缺血的研究,本论文进一步开展了基于EVM的肾脏缺血检测。以活体兔肾脏为实验对象,模拟肾脏缺血。提出了与肾脏血液运动密切相关的两大检测指标,经EVM放大处理后,提取肾脏不同缺血程度下的两大检测指标信息。验证了该方法对不同缺血程度的灵敏度。根据两大缺血检测指标信息,判定肾脏是否缺血,用于肾脏移植手术中对肾脏状态进行监测。最后,进行了基于EVM技术的血压检测研究。检测过程基于双路脉搏波的PTT测量原理,使用EVM放大处理同步采集的脸部及手腕视频,提取脸部及手腕动脉处两路脉搏波,获取PTT。根据人体血压和PTT的线性关系,计算出血压值。

关键词：视频流微小运动放大欧拉视频放大技术(EVM) 非接触肢体缺血肾脏缺血血压

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基于视频图像的微小运动放大算法研究

基于视频图像的微小运动放大算法研究

作者：米悦丰西安电子科技大学

学位级别：硕士

人眼看到的运动范围是有边界的,无法感知到运动幅度非常小的运动。微小运动放大算法就是将人眼观察不到的微小运动放大,一定程度上扩展了人眼的感知范围,在医疗、工程测量等领域具有较高的实用价值。根据处理方式的不同,微小运动放大算... 详细信息

人眼看到的运动范围是有边界的,无法感知到运动幅度非常小的运动。微小运动放大算法就是将人眼观察不到的微小运动放大,一定程度上扩展了人眼的感知范围,在医疗、工程测量等领域具有较高的实用价值。根据处理方式的不同,微小运动放大算法分为拉格朗日运动放大算法、欧拉视频放大算法以及基于学习的运动放大算法。其中,欧拉视频放大算法需要手工设置多个参数,并反复尝试不同的参数才能得到较好的放大效果。基于学习的运动放大算法采用深度学习算法替代欧拉视频放大算法中的滤波器部分,得到了更好的放大效果,所存在的问题是需要对视频进行逐帧处理,每帧图像都需要运行一次神经网络模型,导致运算速度较慢。首先,针对欧拉视频放大算法需要手工选取多个参数的问题,本文提出了全自动微小运动放大算法。通过详细分析放大倍数、通频带、金字塔层数对微小运动放大算法的影响以及各个参数的决定要素,确定了放大倍数与视频中前景目标的运动频率和运动幅度相关,通频带与视频中目标的运动频率范围相关,金字塔层数与前景目标的运动幅度相关。在此基础上,利用前景检测、时频分析等方法搭建了从原始视频中自动计算欧拉视频放大算法各个参数的框架,实现了全自动微小运动放大算法。经实验表明,本文提出的全自动微小运动放大算法所得到的参数具有较好的放大效果。其次,针对基于学习的运动放大算法运算速度较慢的问题,本文提出了基于Shuffle Net的预裁剪微小运动放大算法。一方面,本文详细分析了基于学习的运动放大算法模型中的各个模块,将模型修改为参数规模更小的轻量级模型,从而实现了模型压缩,提高了算法的推理速度。另一方面,在图片输入到模型之前,应用前景检测算法将图片中的前景部分裁剪出来,设计前景最大化算法将相邻帧前景的最大公共区域输入到模型中,实现了对算法结构的优化。经实验表明,本文提出的基于Shuffle Net的预裁剪微小运动放大算法有效提升了放大算法的处理性能,缩短了计算时间。最后,搭建了基于视频图像的心率监测系统,实现了单次的心率测量和连续的心率监测的功能。本系统使用视频的非接触心率测量方式,相比于传统设备有着更舒适的测量体验。经与传统指夹式医用心率测量设备相对比,本系统采用的算法能准确测量出使用者的心率值。

关键词：前景检测微小运动放大模型压缩预裁剪傅里叶变换

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微小运动放大技术研究概述

现代工业经济和信息化 2016年第18期6卷 66-67页

作者：袁博新疆东宣鸣商贸有限公司新疆昌吉831100

对现有的拉格朗日放大技术和欧拉放大技术的原理和技术特点进行了研究和总结,对欧拉放大技术中两个书架受力形变和人脸因血液循环产生的颜色变化实例进行了研究分析。研究表明:欧拉放大技术相对拉格朗日放大技术运算量小,实时性高,在实... 详细信息

对现有的拉格朗日放大技术和欧拉放大技术的原理和技术特点进行了研究和总结,对欧拉放大技术中两个书架受力形变和人脸因血液循环产生的颜色变化实例进行了研究分析。研究表明:欧拉放大技术相对拉格朗日放大技术运算量小,实时性高,在实际应用中具有更广的应用范围和更高的应用价值。

关键词：微小运动放大欧拉放大拉格朗日放大

基于排列熵的微小运动检测与放大技术研究与应用

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基于排列熵的微小运动检测与放大技术研究与应用

作者：曾傲三峡大学

学位级别：硕士

随着时代的进步和发展,计算机技术已遍布于各个领域,为人类了解环境甚至到人眼无法感知的外界提供了诸多新的方法。图像和视频也在人们生活中占据着越来越显著地位。故,本文依靠计算机技术,通过视频和图像算法来达到人们检测和放大微小... 详细信息

随着时代的进步和发展,计算机技术已遍布于各个领域,为人类了解环境甚至到人眼无法感知的外界提供了诸多新的方法。图像和视频也在人们生活中占据着越来越显著地位。故,本文依靠计算机技术,通过视频和图像算法来达到人们检测和放大微小运动的目标。具体工作包括以下几方面:第一,归纳并介绍了基于数字图像相关和排列熵的微小运动检测方法以及现有的微小运动放大方法。阐述了数字图像相关方法和排列熵方法的理论和发展应用历程,并对数字图像相关方法用基于散斑图进行测量精度实验。针对目前的微小运动放大方法进行总结概述。第二,本文提出了一种基于排列熵的微小运动检测方法。我们将视频序列帧中运动区域像素看成一维时间信号,该信号具有非线性和非平稳的特征,而背景区域像素就会保持平稳或不变,因此将排列熵应用于视频微小运动区域检测。通过实验验证了排列熵算法在检测非线性信号突变上的有效性,并且作用明显。对于排列熵计算过程中序列长度、嵌入维数和时间延迟参数的选取进行了理论分析和实验验证,为将排列熵应用于微小运动检测提供了参数的合适选择。最后将排列熵检测出的微小运动区域结果进行伪彩色处理,输出可视化结果,并和基于数字图像相关的微小运动检测结果进行对比分析,排列熵方法能更准确的检测出微小运动区域,可视化结果更加明显。第三,将基于排列熵的微小运动检测应用到微小运动放大中。先将视频中的微小运动区域检测并提取出来,然后只针对运动区域做放大处理,最后融合到背景中。这样不但保留了背景区域,让这部分区域保持原始状态,没有经过任何处理失真,可以和运动区域形成明显对比。通过将本文提出方法和直接将视频进行放大处理方法的实验结果的峰值信噪比进行比较分析,得出我们方法的整体视频质量高于直接进行放大的视频质量。这样既放大了运动信息,又没有将背景改变,避免了外围干扰,使放大后的视频视觉效果更好,且还降低了时间损耗,提高了效率,节约了资源。综上所述,本文提出了一种基于排列熵算法的微小运动检测方法,并通过和数字图像相关方法进行对比实验,证明本方法的有效性。将微小运动检测方法应用到微小运动放大中,形成了一个基于微小运动检测的微小运动放大方法的完整系统,并通过实验验证了本方法的优越性。

关键词：微小运动放大微小运动检测排列熵数字图像相关