利用notch滤光片改良的非接触血氧监测装置及方法

技术领域

本发明涉及血氧监测领域，尤其涉及的是一种利用notch滤光片改良的非接触血氧监测装置及方法。

背景技术

为了实现对新生儿和老龄人口群体的健康监测和疾病预防，迫切需要对脉搏、血氧等生理信息进行连续性监测。目前常用的且较为成熟的可穿戴式生理连续性监测产品多为两类：(1)运动手环，通过单个绿色波段来监测心率信号，然而其可以监测的生理指标过于单一。(2)手指血氧仪，通过红色和红外双波段来监测心率和血氧饱和度，然而由于红外波段PPG(Photoplethysmography，光电体积描记术)信号弱，因此心率监测的稳定性较低。此外，可穿戴设备还易对新生儿或者烧伤患者的皮肤造成损伤和感染，因此，非接触监护手段需要进一步发展。

在现有技术中，基于摄像头(camera-PPG)的视频感知技术已被用于非接触生命体征监测及健康监测，其通常通过采用图像/信号处理算法从一段包含连续帧的视频图像中提取人体生理信号。其中，监测心率和呼吸率的方法相对成熟，而非接触式血氧监测，尤其是针对新生儿非接触式血氧监测的研究及应用则相对较少。

目前这类研究采用的摄像机(camera-PPG)主要分为两类：

(i)窄带滤光片(narrow-band filter)相机。该方法在相机前添加窄带滤光片使得仅特定波长的光可以穿过(通常为双波段，其中一个为红色波段，另一个为近红外/绿色/蓝色波段的光)，该方法保证了脉搏波信号的纯度，但是由于窄带滤光片仅允许少量的光通过，这使得提取到的脉搏波信号在弱光照下的信噪比非常低，甚至无法将脉搏波信号与环境白噪声区分开来，因此使用窄带滤光片相机的场景通常需要进行较强亮度的补光。然而，新生儿(尤其是处于重症监护状态的新生儿)对强光照十分敏感，强光照的补光会造成婴儿的不适甚至加重其病情。

(ii)宽带RGB相机。该方法使用宽带的RGB相机在宽波段的红/绿/蓝通道上进行脉搏波信号的采集，并从红色通道和绿色通道上提取血氧饱和度的估计值，宽带RGB相机对光源亮度的需求较低，使得即使是弱光照下也能得到信噪比相对较高的脉搏波信号，但是普通RGB相机的红色和绿色通道存在交叠，即对红绿光之间的橙色光波段，红色通道与绿色通道均会有响应，这使得当不同光源在橙色光波段的光强不同时，即使真实的血氧饱和度一致也无法得出一致的测量值，使得估测模型对不同的室内灯鲁棒性降低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用notch滤光片改良的非接触血氧监测装置，以解决现有的非接触血氧监测装置受光线影响导致的鲁棒性低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种利用notch滤光片改良的非接触血氧监测装置，用于非接触式血氧饱和度的实时血氧值监测，其特征在于，该装置由光学成像模块、图像分析模块、血氧校准模块和UI界面模块构成；

所述光学成像模块中设置一用于获得可用波段的notch滤光片，所述光学成像模块用于获取包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频和包含人体皮肤组织生理信息的信号；

所述图像分析模块用于实时接收和分析从所述光学成像模块获取的所述包含人体皮肤组织生理信息的信号，并从中提取脉搏波相对振幅特征；

所述血氧校准模块用于根据所述图像分析模块提取的所述脉搏波相对振幅特征和校准模型对血氧饱和度进行校准，获得血氧值监测结果；

所述UI界面模块用于将所述人体皮肤组织的连续图像帧的视频和所述血氧值监测结果显示在UI界面上。

本发明的进一步设置，

所述光学成像模块包括：光源发射单元；

所述光源发射单元用于提供连续稳定光谱；

所述光源发射单元包括：稀土荧光粉调控的全光谱LED光源和第一偏振片；

所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源用于产生连续光谱；

所述第一偏振片置于所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源前侧和所述人体皮肤组织之间，用于将所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源产生的所述连续光谱的光子转化成单一振动方向的光子。

本发明的进一步设置，

所述光学成像模块还包括：摄像头传感器单元，所述摄像头传感器单元用于对450-583nm和605-700nm的波段的光子进行监测；

所述摄像头传感器单元，包括：第二偏振片、摄像头和光学传感器；

所述第二偏振片设置于所述摄像头的前侧，所述第二偏振片置于所述摄像头和所述人体皮肤组织之间，所述第二偏振片用于确保所述摄像头获得的是包含生理信息的漫反射信号；

所述摄像头为宽带RGB摄像头；

所述notch滤光片设置于所述摄像头的前端，用于隔断583nm-605nm波段的光子，增强450-583nm和605-700nm波段间的光子的独立性；

所述摄像头用于将所述450-583nm和605-700nm波段间的光子聚焦到所述光学传感器上；

所述光学传感器用于将所述450-583nm和605-700nm波段间的光子转化为所述包含人体皮肤组织生理信息的信号，再将所述包含人体皮肤组织生理信息的信号转化为所述人体皮肤组织的连续图像帧。

本发明的进一步设置，所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源发射的所述连续光谱的光子通过所述第一偏振片照射在所述人体皮肤组织上，经过所述人体皮肤组织的吸收、散射后反射而出的光子通过所述第二偏振片进入所述摄像头。

本发明的进一步设置，所述图像分析模块包括多光谱脉搏波信号提取单元；

所述多光谱脉搏波信号提取单元用于从所述包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频中提取多个波段在时域上的脉搏波信号，对所述多个波段在时域上的脉搏波信号进行去趋势和带通滤波处理，滤除所述多个波段在时域上的脉搏波信号中的非脉搏波信号，获得RGB三通道脉搏波信号；

从所述RGB三通道脉搏波信号提取出绿光脉搏波信号和红光脉搏波信号。

本发明的进一步设置，所述图像分析模块包括：脉搏波相对振幅估测单元；

所述脉搏波相对振幅估测单元用于根据所述多光谱脉搏波信号提取单元获得的所述绿光脉搏波信号和所述红光脉搏波信号中提取绿光和红光的脉搏波相对振幅特征；

所述绿光和红光的脉搏波相对振幅特征为同一脉动周期红光脉搏波信号的峰峰值和绿光脉搏波信号的峰峰值之比；或，

所述红光脉搏波信号傅立叶变换对应于心率的频率点的幅值和所述绿光脉搏波信号傅立叶变换对应于心率的频率点的幅值之比。

本发明的进一步设置，所述同一脉动周期红光脉搏波信号的峰峰值和绿光脉搏波信号的峰峰值之比通过以下方式获得：

通过峰峰值监测算法分别监测所述红光脉搏波信号和所述绿光脉搏波信号的波峰和波谷；

根据监测到的所述红光脉搏波信号和所述绿光脉搏波信号的波峰和波谷，计算出所述红光脉搏波信号的波峰和波谷的差值和绿光脉搏波信号的波峰和波谷的差值，通过对计算所得的两个差值做比值运算获得红光和绿光脉搏波信号的相对振幅特征。

本发明的进一步设置，所述血氧校准模块包括：回归模型，所述回归模型建立脉搏波相对振幅特征与参考血氧值之间的函数关系，用于血氧饱和度的连续动态估测；

所述回归模型通过多项式回归法建立；

所述回归模型设置有校准模型参数；

所述校准模型参数通过预训练获得；

所述回归模型和校准模型参数对输入的红光和绿光脉搏波信号的相对振幅特征进行校准，获得所述血氧值监测结果。

本发明进一步设置，所述图像分析模块将所述红光和绿光脉搏波信号的相对振幅特征输入所述血氧校准模块；

所述血氧校准模块将获得的所述血氧值监测结果输出到所述UI界面上。

本发明进一步设置，一种利用notch滤光片改良的非接触血氧监测方法，包括：

光学成像模块获取包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频和所述人体皮肤组织生理信息的信号；

图像分析模块实时接收和分析从所述光学成像模块获取的所述包含人体皮肤组织生理信息的信号，从中提取脉搏波相对振幅特征；

血氧校准模块根据所述图像分析模块提取的所述脉搏波相对振幅特征和校准模型对血氧饱和度进行校准，获得血氧值监测结果；

UI界面模块将所述人体皮肤组织的连续图像帧的视频和所述血氧值监测结果显示在UI界面上。

本发明所提供的一种利用notch(陷波)滤光片改良的非接触血氧监测装置及其方法，用于非接触式血氧饱和度的实时血氧值监测，所述装置包括：光学成像模块、图像分析模块、血氧校准模块和UI界面模块；所述光学成像模块用于获取包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频和所述包含人体皮肤组织生理信息的信号；所述图像分析模块用于实时接收和分析从所述光学成像模块获取的所述包含人体皮肤组织生理信息的信号，从中提取脉搏波相对振幅特征；所述血氧校准模块用于根据所述图像分析模块提取的所述脉搏波相对振幅特征和校准模型对血氧饱和度进行校准，获得血氧值监测结果；所述UI界面模块用于将所述人体皮肤组织的连续图像帧的视频和所述血氧值监测结果显示在UI界面上。本发明的光学成像模块通过添加notch滤光片到RGB相机中，可以选择性地过滤掉干扰信号，从而提高血氧饱和度的估测准确性。图像分析模块对光学成像模块获取的信号进行进一步的脉搏波相对振幅特征进行进一步提取。血氧校准模块对图像分析模块获取的信号进行校准，获得最终的血氧值检测结果，并显示在所述UI显示模块上。本发明用非接触方式进行血氧饱和度的估测，实现了对新生儿的无接触血氧监测的完善，利用添加了notch滤光片的RGB摄像头传感器采集图像并进行分析，根据图像分析模块和血氧校准模块，获得和真实的血氧饱和度一致的测量值，这使得估测模型对不同的室内灯的鲁棒性大大提高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明装置较佳实施例的各模块连接图。

图2是本发明装置较佳实施例的光学成像模块示意图。

图3是本发明装置较佳实施例的装配notch滤光片摄像头的示意图。

图4是本发明装置较佳实施例橙色光源与白炽灯叠加下的notch相机与普通相机对比实验结果。

图5是本发明装置较佳实施例的notch滤光片相机和窄带滤光片相机在弱光照下的对比实验结果。

图6是本发明装置较佳实施例的光谱分析及对比性实验结果。

图7是本发明装置较佳实施例的红光和绿光通道在不同血氧饱和度下的rPPG幅度变化图。

图8是本发明装置较佳实施例的回归模型的脉搏波信号特征(ratio of ratios)与血氧值的拟合结果。

附图中各标记：光学成像模块100、光源发射单元110、摄像头传感器单元120、土荧光粉调控的全光谱LED光源111、第一偏振片112、摄像头传感器单元120、第二偏振片121、摄像头122、notch滤光片(notch filter，陷波滤光片)123、光学传感器124、图像分析模块200、血氧校准模块300和UI界面模块400。

具体实施方式

本发明提供一种利用notch滤光片改良的非接触血氧监测装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请同时参阅图1至图7，本发明提供了一种较佳实施例。

如图1所示，本发明所提供的一种利用notch滤光片改良的非接触血氧监测装置，用于非接触式血氧饱和度的实时血氧值监测，其包括：光学成像模块100、图像分析模块200、血氧校准模块300和UI界面模块400。

具体地，本发明通过所述光学成像模块中设置一用于获得可用波段的notch滤光片，所述光学成像模块用于获取包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频和包含人体皮肤组织生理信息的信号；并通过所述图像分析模块200实时接收和分析从所述光学成像模块100获取的所述包含人体皮肤组织生理信息的信号，并从中提取脉搏波相对振幅特征；所述血氧校准模块300根据所述图像分析模块200提取的所述脉搏波相对振幅特征和校准模型对血氧饱和度进行校准，获得监测的血氧值结果；最终由所述UI界面模块400将所述包含人体皮肤的连续图像帧的视频和所述血氧值监测结果显示在UI界面上。所述图像分析模块200和所述血氧校准模块300实际上是在本发明的所述装置中的可在处理器上运行的软件功能模块，可以分别用来实现对应的功能，即图像分析模块200用来提取脉搏波相对幅值特征，而血氧校准模块300用来针对前述获得的相对幅值特征，利用回归模型，获得实际的血氧值。

请参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述光学成像模块100包括：光源发射单元110和摄像头传感器单元120；

具体地，本实施例中，所述光源发射单元110用于提供连续稳定光谱，为监测不同波段的脉搏波信号提供了充分光源，增强了对动脉血含氧量的监测能力。

请继续参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述光源发射单元110，包括：稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111和第一偏振片112。

所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111可以产生连续光谱，本实施例中，所述连续光谱包含可见光和450nm-490nm的近红外波段。

所述第一偏振片112置于所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111前侧和所述人体皮肤组织之间，所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111发出的光是360度的，所述第一偏振片112只允许垂直角度的光通过，可以将所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111产生的所述连续光谱的光子转化成单一振动方向的光子。

具体地，稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111是一种发光二极管，它能够通过注入电流来激发稀土荧光粉，从而发出光子。在稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111中，稀土荧光粉的作用是将短波长的激发光转换为长波长的发射光。当电流通过LED时，LED芯片内的半导体材料会产生短波长的光，而这些光会被稀土荧光粉吸收。随后，稀土荧光粉会重新辐射出具有连续光谱的发射光。这些发射光将涵盖可见光和近红外波段的范围(450-950nm)，成为脉搏波成像系统中用于照明和成像的光源。因此，光子是通过全光谱LED产生的，然后这些光子会通过所述第一偏振片112来实现单一振动方向，从而用于波段偏振光脉搏波成像系统的成像过程。

请参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述光学成像模块还包括100：摄像头传感器单元120，所述摄像头传感器单元120可以对450-583nm和605-700nm的波段的光子进行监测，本实施例使用的是RGB摄像头传感器，RGB摄像头传感器是一种能够捕捉红、绿、蓝三种基本颜色的光信号的传感器。RGB摄像头传感器通常用于捕捉图像和录制视频，通过使用RGB摄像头传感器，设备能够准确地捕捉到不同颜色的光信号，并将其转换为数字图像或视频文件。

具体地，所述摄像头传感器单元120，包括：第二偏振片121、摄像头122和光学传感器124。

所述第二偏振片121设置于所述摄像头122的前侧，同时，第二偏振片121置于所述摄像头122和人体皮肤组织之间，所述第二偏振片121与所述第一偏振片112只允许垂直角度的光通过，所述第二偏振片121与所述第一偏振片112之间角度垂直，使得镜面反射的光无法到达所述摄像头122，用于确保所述摄像头122获得的是包含生理信息的漫反射信号。

所述摄像头122可为宽带RGB摄像头，所述宽带RGB相机的使用可以降低无接触血氧监测对光源的亮度需求，使得在新生儿可以在其能接受的光照强度下进行血氧监测。

请参阅图3，所述摄像头122还包括：notch滤光片123，所述notch滤光片123设置于所述摄像头122的前端，用于隔断583nm-605nm波段(黄光及橙光)的光子，并增强450-583nm(绿光)和605-700nm(红光)等可用波段间的独立性，该可用波段主要是在经过人体皮肤组织反射后，能够携带和体现包含人体皮肤组织生理信息的信号，例如脉搏波信号，由此可以进一步通过回归模型处理计算获得更多的生理信息，如血氧浓度。所述摄像头122用于将所述450-583nm和605-700nm波段间的光子聚焦到所述光学传感器124上。

具体地，请参进一步参阅图4，窄带滤光片(narrow-band filter)相机是通过在相机前段添加窄带滤光片使得仅特定波长的光可以穿过，所述特定波长的光通常为双波段，其中一个为红色波段，另一个为近红外/绿色/蓝色波段的光。新生儿(尤其是处于重症监护状态的新生儿)对强光照十分敏感，强光照的补光会造成婴儿的不适甚至加重其病情，而使用窄带滤光片相机时，窄带滤光片仅允许少量的光通过，甚至无法将脉搏波信号与环境白噪声区分开来，这使得提取到的脉搏波信号在弱光照下的信噪比非常低。

从图4所示的弱光照下的对比实验结果显示，notch滤光片摄像头在弱光环境下仍能够准确地测量血氧变化，并且误差较小。然而采用窄带滤光片的摄像头却测量出大量偏差，严重偏离真实值。这表明notch滤光片相机在弱光环境下具有更好的性能。

具体地，请进一步参阅图5，使用宽带的RGB相机在宽波段的红/绿/蓝通道上进行脉搏波信号的采集，并从红色通道和绿色通道上提取血氧饱和度的估计值，宽带RGB相机对光源亮度的需求较低，使得即使是弱光照下也能得到信噪比相对较高的脉搏波信号。但是普通RGB相机的红色和绿色通道存在交叠，即对红绿光之间的橙色光波段，红色通道与绿色通道均会有响应，血氧测量仅需要红光(R)和绿光(G)波段，橙光波段内血红蛋白的吸收随波长的变化很大，这使得当不同光源在橙色光波段的光强不同时，即使真实的血氧饱和度一致也无法得出一致的测量值，这使得估测模型对不同的室内灯光下的鲁棒性降低。

从图5所示的橙色光源与白炽灯叠加下的notch相机与普通相机对比实验，实验结果表明，notch滤光片相机在橙色光源与白炽灯叠加下的环境中仍能够准确地完成血氧估计，而普通的RGB相机则产生了较大的误差。这表明notch滤光片相机在有色光干扰下也具有更好的性能。

具体地，请进一步参阅图6，从图6所示的光谱分析及对比性试验可以得出，notch滤光片显著抑制了红光(R)通道和绿光(G)通道的交叠部分以及含氧血红蛋白吸收光谱陡峭的部分，因此，notch滤光片摄像头可以更准确地测量血氧含量。

因此，设置有notch滤光片的宽带RBG摄像头具有更好的性能，能够准确地测量血氧变化，并能够在不同光照环境下工作，从而使得红光(R)和绿光(G)通道可感知的波段处于含氧血红蛋白和无氧血红蛋白吸收光谱中相对平缓的波段，显著抑制了当光源成分改变时光源对脉搏波相对强度的影响，这对于医学和健康监测等领域的应用具有重要意义。除此以外，还可以使用多块notch滤光片,或者规格不同的notch滤光片，即截断波段不同的notch滤光片应用于宽带RGB摄像头上。

所述光学传感器124设置在所述摄像头122内，为一由光敏元件组成的芯片，用于将所述450-583nm和605-700nm波段间的光子转化为所述包含人体皮肤组织生理信息的信号，再将所述包含人体皮肤组织生理信息的信号转化为所述人体皮肤组织的连续图像帧。

请参阅图2，进一步地，所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111发射的所述连续光谱的光子通过第一偏振片112照射在所述人体皮肤组织上，经过人体皮肤组织的吸收、散射后反射而出的光子通过所述第二偏振片121进入所述摄像头113中的所述光学传感器124，即所述稀土荧光粉调控的全光谱LED光源111发射的偏振光子只有经过皮肤组织的吸收、散射后反射而出的才可通过所述摄像头113前侧的第二偏振片121。

在一个实施例的进一步地实施方式中，所述图像分析模块200包括多光谱脉搏波信号提取单元和脉搏波相对振幅估测单元。

所述多光谱脉搏波信号提取单元用于从包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频提取人体皮肤像素的算术平均值，由多个连续帧分别计算出的值按时间顺序排列起来，构成多个波段在时域上的脉搏波信号，对所述多个波段在时域上的脉搏波信号进行去趋势(detrending)和带通滤波处理(band-pass filtering)，滤除所述多个波段在时域上的脉搏波信号中的非脉搏波信号，即滤除噪声干扰，获得RGB三通道脉搏波信号；再从所述RGB三通道脉搏波信号提取出绿光脉搏波信号和红光脉搏波信号。

在一个实施例的进一步地实施方式中，所述脉搏波相对振幅估测单元用于将所述多光谱脉搏波信号提取单元提取的所述绿光脉搏波信号和所述红光脉搏波信号中提取所述脉搏波相对振幅特征。

本实施例使用基于非接触式脉搏波信号来进行血氧监测的研究，通过提取大量脉搏波的相对振幅特征(ratio of ratios)并与真实血氧值进行校准，从而得出血氧值与脉搏波相对振幅特征的拟合模型。脉搏波相对振幅特征的提取步骤为：从所述包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频中提取不同波段人体皮肤像素值的变化并以此作为对应波段上rPPG的测量值，进而从rPPG中提取脉搏相关的变化量，获取到脉动成分对该波段光的吸收量，结合含氧血红蛋白和无氧血红蛋白对不同波段光的吸收差异，得以估测此时含氧血红蛋白在总的血红蛋白中所占比例，获得血氧饱和度的估计值。

在一个实施例的进一步地实施方式中，本实施例所述脉搏波相对振幅特征可为同一脉动周期红光和绿光脉搏波信号的峰峰值之比,或所述红光脉搏波信号傅立叶变换对应于心率的频率点的幅值和所述绿光脉搏波信号傅立叶变换对应于心率的频率点的幅值之比。

所述同一脉动周期不同波段脉搏波信号的峰峰值之比是通过峰峰值监测算法监测所述RGB三通道脉搏波信号中的绿光脉搏波信号和所述红光脉搏波信号的波峰和波谷，基于所述绿光脉搏波信号和所述红光脉搏波信号的波峰和波谷计算出所述绿光和红光脉搏波信号的波峰和波谷的差值作为所述脉搏波幅度的估计值，通过对计算所得的两个差值做比值运算获得红光和绿光脉搏波信号的相对幅度。

进一步地，请参阅图7，在一个实施例的进一步地实施方式中，设置有notch滤光片的宽带RBG摄像头的红光(R)通道和绿光(G)通道的脉搏波信号的相对幅度在血氧降低时会出现明显变化，表明血氧水平对信号幅度有影响。

请参阅图7中的(a)，当血氧饱和度为99时，红光(R)通道的rPPG幅度明显小于绿光(G)通道的rPPG(Remote Photoplethysmography，远程光电容积脉搏波描记法)幅度，说明在高血氧饱和度下，红光(R)通道的信号较弱。

请参阅图7中的(b)，当血氧饱和度下降到91时，红光(R)通道的rPPG幅度几乎与绿光(G)通道的rPPG幅度相同，表明在较低的血氧饱和度下，两个通道的信号幅度相似。

因此，本发明从得到的RGB三通道脉搏波信号中，提取红光(R)和绿光(G)通道的脉搏波信号，再从红光(R)和绿光(G)通道的脉搏波信号中提取出红光(R)脉搏波信号和绿光(G)脉搏波信号的特征(ratio of ratios)，用于进行下一步的血氧估测。

在本发明的一个实施例中，提取出红光(R)脉搏波信号和绿光(G)脉搏波信号的特征的方法可如下所示：

提取到红光(R)和绿光(G)的脉搏波信号后，在滑窗内选择10s的滑窗长度，其中，步长可选为1帧至1s。

分别将滑窗内的红光(R)和绿光(G)脉搏波信号除以其平均值，获得ratios的值。

分别对所述红光(R)和绿光(G)脉搏波信号进行带通滤波，仅保留心率频带内的信号，一般成人选择为0.7hz-3hz，婴儿选择为1.5hz-5hz。

分别计算所述带通滤波后的红光(R)和绿光(G)脉搏波信号滑窗内峰峰值的算术平均值或计算傅立叶变换后的主频的幅度，即获得计算滑窗内信号的幅度。

分别对红光(R)和绿光(G)通道的结果进行比值运算，所述比值即为ratioofratios中的ratio值。

所述血氧校准模块300包括：回归模型，所述回归模型建立脉搏波相对振幅特征与参考血氧值之间的函数关系，用于血氧饱和度的连续动态估测。

所述回归模型通过多项式回归法建立，并且所述回归模型设置有校准模型参数，所述校准模型通过预训练获得。

所述回归模型的建立，可以通过建立一个映射函数获得，所述映射函数可为以下公式：

SpO2＝K*RR+b

其中，Spo2为血氧值，RR为摄像头获得并基于所述脉搏波信号的特征(ratio ofratios)计算出来的特征，k为跨波段吸收差异校正因子，b为红色波段基准值。在生理模型上，k可以反映所使用的两个波段对血红蛋白的吸收差异，b可以反映红色波段对含氧血红蛋白和无氧血红蛋白的吸收差异，k和b均为由大量数据进行拟合后得出的经验值，是将RR与真实血氧值联系起来的媒介。

请进一步参考图8，图8中不同光点代表不同受试者，通过不同受试者的脉搏波相对振幅特征和其血氧值进行拟合，得出所述脉搏波相对振幅特征与其血氧值的相关性数值。本实施例中，拟合结果表明脉搏波相对振幅特征与其血氧值具有相关性为0.76的线性关系，基于该拟合结果，设置本实施例的所述校准模型参数为0.76，在此校准模型参数的情况下，可以从图8中可知，通过本发明所述非接触血氧监测装置及方法所获得的血氧值将拟合真实血氧值。当然在不同的校准环境中，可能会得到不同的校准模型参数，例如不同的人和光线条件下。

最终本发明所述非接触血氧监测装置较佳实施例将光学成像模块100获得的所述人体皮肤组织的连续图像帧的视频和血氧校准模块获得的所述血氧值监测结果显示在所述UI界面模块400上，以供后续使用。

本发明所提供的一种利用notch滤光片改良的非接触血氧监测装置及其方法，用于非接触式血氧饱和度的实时血氧值监测，所述装置包括：光学成像模块、图像分析模块、血氧校准模块和UI界面模块；所述光学成像模块用于获取包含人体皮肤组织的连续图像帧的视频和所述包含人体皮肤组织生理信息的信号；所述图像分析模块用于实时接收和分析从所述光学成像模块获取的所述包含人体皮肤组织生理信息的信号，从中提取脉搏波相对振幅特征；所述血氧校准模块用于根据所述图像分析模块提取的所述脉搏波相对振幅特征和校准模型对血氧饱和度进行校准，获得血氧值监测结果；所述UI界面模块用于将所述人体皮肤组织的连续图像帧的视频和所述血氧值监测结果显示在UI界面上。本发明的光学成像模块通过添加notch滤光片到RGB相机中，可以选择性地过滤掉干扰信号，从而提高血氧饱和度的估测准确性。图像分析模块对光学成像模块获取的信号进行进一步的脉搏波相对振幅特征进行进一步提取。血氧校准模块通过多项式回归法建立回归模型，对图像分析模块获取的信号进行校准，获得最终的血氧值检测结果，并显示在所述UI显示模块上。本发明用非接触方式进行血氧饱和度的估测，实现了对新生儿的无接触血氧监测的完善，利用添加了notch滤光片的RGB摄像机传感器采集图像并进行分析，还结合了光学原理和生理模型，通过深入理解光线在血液中的传播方式以及血液动力学原理，更好地理解和估测血氧饱和度的数据，获得了和真实的血氧饱和度一致的测量值，这使得估测模型对不同的室内灯的鲁棒性大大提高。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。