基于Zynq的非接触式心率测量系统

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随着经济的发展及老龄化的加剧,心血管疾病死亡率占据居民疾病死亡率的45%以上,心率作为心血管疾病的重要参数,其日常监测日益重要。但传统的接触式心率测量对于婴儿、烧伤病人等特殊群体多有不便,因此,非接触式心率测量方法引起了广泛关注。而现有非接触式心率测量相关研究计算量大,且几乎都是以PC或服务器为载体进行的运算,很少有以移动嵌入式设备为载体进行的相关研究。另外,尽管相关技术已经发展多年,但有关非接触式心率测量的光学研究却很少。本文基于Zynq(异构嵌入式平台)实现了低成本实时非接触式心率测量,具体工作内容如下:1.针对没有光学模型对光电容积脉搏波描记法进行描述的问题,对皮肤进行了六层光学建模,并对建立的模型使用Monte Carlo方法,编写Python语言程序,分别仿真了心脏舒张和收缩状态下皮肤的动态光学特性。2.根据Zynq平台特点,使用Python语言定制了适合于Zynq的心率测量算法。将该算法中图像处理模块及部分计算模块使用Vivado HLS工具制作成硬件模块,在Zynq的可编程逻辑(PL)FPGA端运行,实现硬件加速。Zynq的ARM处理器系统(PS)端编写C语言程序运行剩余简单算法,其还承担着整个系统的控制过程。PS、PL协同处理方案使非接触式实时心率测量系统在嵌入式平台上成功实现。3.选择了OV5640摄像头进行测量,并结合Zynq平台搭建了硬件系统。再利用指夹式脉搏血氧仪所测得的数据作为对照,构成了一套硬件测试平台。4.设计实验并引入了心率测量中的标准评估指标对系统进行评估,结果显示本系统在低成本的前提下与主流方案性能相差不大,评估指标也从多维度展示了系统存在的问题,为之后改进提供思路。
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