原理

簡單介紹一下，網上可以查到很多關於手機測心率的這種項目，大概就是： 把手指放在攝像頭和閃光燈上，通過手指處脈搏跳動充血導致的細微顏色變化來確定心跳波動，確定波峰波谷，根據兩個波峰之間的時間差來確定瞬時心率。

思路

首先，采集視頻流，根據拿到的RGB顏色轉成HSV顏色集，其實我們只用到了HSV的H。
對拿到的H進行一些處理，看跟人喜好或者具體情況，主要是用於後面的折線圖和計算瞬時心率，如果有能力的話可以處理一下噪音數據，因為可能測的時候手指輕微抖動會造成一些不穩定的數據。
根據處理後的H就可以進行畫折線圖了，我是把處理後的H和時間戳進行了綁定，用來後面的計算心率。
根據處理後的H來確定波峰波谷，利用兩個波谷之間的時間差計算心率。

實現

大致思路就是上面這樣，下面來看一下代碼具體實現以下。

1.首先我先初始化了一些數據,方便後面使用

// 設備
@property (strong, nonatomic) AVCaptureDevice      *device;
// 結合輸入輸出
@property (strong, nonatomic) AVCaptureSession     *session;
// 輸入設備
@property (strong, nonatomic) AVCaptureDeviceInput   *input;
// 輸出設備
@property (strong, nonatomic) AVCaptureVideoDataOutput *output;
// 輸出的所有點
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray      *points;

// 記錄浮點變化的前一次的值
static float lastH = 0;
// 用於判斷是否是第一個福點值
static int  count = 0;

// 初始化
self.device   = [AVCaptureDevice defaultDeviceWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
self.session  = [[AVCaptureSession alloc]init];
self.input   = [[AVCaptureDeviceInput alloc]initWithDevice:self.device error:nil];
self.output   = [[AVCaptureVideoDataOutput alloc]init];
self.points   = [[NSMutableArray alloc]init];

2.設置視頻采集流，為了節省內存，我沒有輸出視頻畫面

// 開啟閃光燈
 if ([self.device isTorchModeSupported:AVCaptureTorchModeOn]) {
   [self.device lockForConfiguration:nil];
    // 開啟閃光燈
    self.device.torchMode=AVCaptureTorchModeOn;
    // 調低閃光燈亮度（為了減少內存占用和避免時間長手機發燙）
    [self.device setTorchModeOnWithLevel:0.01 error:nil];
    [self.device unlockForConfiguration];
  }

  // 開始配置input output
  [self.session beginConfiguration];

  // 設置像素輸出格式
  NSNumber *BGRA32Format = [NSNumber numberWithInt:kCVPixelFormatType_32BGRA];
  NSDictionary *setting =@{(id)kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey:BGRA32Format};
  [self.output setVideoSettings:setting];

  // 拋棄延遲的幀
  [self.output setAlwaysDiscardsLateVideoFrames:YES];
  //開啟攝像頭采集圖像輸出的子線程
  dispatch_queue_t outputQueue = dispatch_queue_create("VideoDataOutputQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
  // 設置子線程執行代理方法
  [self.output setSampleBufferDelegate:self queue:outputQueue];

  // 向session添加
  if ([self.session canAddInput:self.input])  [self.session addInput:self.input];
  if ([self.session canAddOutput:self.output]) [self.session addOutput:self.output];

  // 降低分辨率，減少采樣率（為了減少內存占用）
  self.session.sessionPreset = AVCaptureSessionPreset1280x720;
  // 設置最小的視頻幀輸出間隔
  self.device.activeVideoMinFrameDuration = CMTimeMake(1, 10);

  // 用當前的output 初始化connection
  AVCaptureConnection *connection =[self.output connectionWithMediaType:AVMediaTypeVideo];
  [connection setVideoOrientation:AVCaptureVideoOrientationPortrait];

  // 完成編輯
  [self.session commitConfiguration];
  // 開始運行
  [self.session startRunning];

這裡我降低了閃光燈亮度，降低了分辨率，減少了每秒鐘輸出的幀。主要就是為了減少內存的占用。（我手裡只有一台6，沒有測其他設備可不可以）

3.在output的代理方法中采集視頻流

// captureOutput->當前output  sampleBuffer->樣本緩沖  connection->捕獲連接
- (void)captureOutput:(AVCaptureOutput *)captureOutput didOutputSampleBuffer:(CMSampleBufferRef)sampleBuffer fromConnection:(AVCaptureConnection *)connection {

  //獲取圖層緩沖
  CVPixelBufferRef imageBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer);
  CVPixelBufferLockBaseAddress(imageBuffer, 0);
  uint8_t*buf = (uint8_t *)CVPixelBufferGetBaseAddress(imageBuffer);
  size_t bytesPerRow = CVPixelBufferGetBytesPerRow(imageBuffer);
  size_t width = CVPixelBufferGetWidth(imageBuffer);
  size_t height = CVPixelBufferGetHeight(imageBuffer);

  float r = 0, g = 0,b = 0;
  float h,s,v;
  // 計算RGB
  TORGB(buf, width, height, bytesPerRow, &r, &g, &b);
  // RGB轉HSV
  RGBtoHSV(r, g, b, &h, &s, &v);
  // 獲取當前時間戳（精確到毫秒）
  double t = [[NSDate date] timeIntervalSince1970]*1000;
  // 返回處理後的浮點值
  float p = HeartRate(h);
  // 綁定浮點和時間戳
  NSDictionary *point = @{[NSNumber numberWithDouble:t]:[NSNumber numberWithFloat:p]};
  //下面按個人情況可以進行計算心率或者畫心率圖
}

到這裡數據已經處理好了，後面可以根據數據畫折線圖，或者計算心率

計算RGB

void TORGB (uint8_t *buf, float ww, float hh, size_t pr, float *r, float *g, float *b) {
  float wh = (float)(ww * hh );
  for(int y = 0; y < hh; y++) {
    for(int x = 0; x < ww * 4; x += 4) {
      *b += buf[x];
      *g += buf[x+1];
      *r += buf[x+2];
    }
    buf += pr;
  }
  *r /= 255 * wh;
  *g /= 255 * wh;
  *b /= 255 * wh;
}

RGB轉HSV

void RGBtoHSV( float r, float g, float b, float *h, float *s, float *v ) {
  float min, max, delta;
  min = MIN( r, MIN(g, b ));
  max = MAX( r, MAX(g, b ));
  *v = max;
  delta = max - min;
  if( max != 0 )
    *s = delta / max;
  else {
    *s = 0;
    *h = -1;
    return;
  }
  if( r == max )
    *h = ( g - b ) / delta;
  else if( g == max )
    *h = 2 + (b - r) / delta;
  else
    *h = 4 + (r - g) / delta;
  *h *= 60;
  if( *h < 0 )
    *h += 360;
}

根據h處理浮點

float HeartRate (float h) {
  float low = 0;
  count++;
  lastH = (count==1)?h:lastH;
  low = (h-lastH);
  lastH = h;
  return low;
}

4.分析數據，計算心率

這裡我糾結了好長時間，試了幾種不同的方法，都沒有一個比較理想的結果，計算出來的特別不准。後來看了 http://ios.jobbole.com/88158/ 這篇文章，後面優化的部分有一個 基音算法 ，雖不明，但覺厲，對此表示非常感謝。吼吼吼。

原理:就是說劃一個時間段,在這個時間段裡面找到一個 最低峰值 ,然後確定一個 周期 ，然後分別在 這個峰值 前間隔 0.5個周期 的 1周期裡 和 這個峰值 後間隔 0.5個周期 的 1周期 裡找到一個最低峰值。 然後根據這幾個值來確定瞬時心率。

- (void)analysisPointsWith:(NSDictionary *)point {

  [self.points addObject:point];
  if (self.points.count<=30) return;
  int count = (int)self.points.count;

  if (self.points.count%10 == 0) {

    int d_i_c = 0;     //最低峰值的位置 姑且算在中間位置 c->center
    int d_i_l = 0;     //最低峰值左面的最低峰值位置 l->left
    int d_i_r = 0;     //最低峰值右面的最低峰值位置 r->right


    float trough_c = 0;   //最低峰值的浮點值
    float trough_l = 0;   //最低峰值左面的最低峰值浮點值
    float trough_r = 0;   //最低峰值右面的最低峰值浮點值

    // 1.先確定數據中的最低峰值
    for (int i = 0; i < count; i++) {
      float trough = [[[self.points[i] allObjects] firstObject] floatValue];
      if (trough < trough_c) {
        trough_c = trough;
        d_i_c = i;
      }
    }

    // 2.找到最低峰值以後 以最低峰值為中心 找到前0.5-1.5周期中的最低峰值 和後0.5-1.5周期的最低峰值

    if (d_i_c >= 1.5*T) {

      // a.如果最低峰值處在中心位置， 即距離前後都至少有1.5個周期
      if (d_i_c <= count-1.5*T) {
        // 左面最低峰值
        for (int j = d_i_c - 0.5*T; j > d_i_c - 1.5*T; j--) {
          float trough = [[[self.points[j] allObjects] firstObject] floatValue];
          if (trough < trough_l) {
            trough_l = trough;
            d_i_l = j;
          }
        }
        // 右面最低峰值
        for (int k = d_i_c + 0.5*T; k < d_i_c + 1.5*T; k++) {
          float trough = [[[self.points[k] allObjects] firstObject] floatValue];
          if (trough < trough_r) {
            trough_r = trough;
            d_i_r = k;
          }
        }

      }
      // b.如果最低峰值右面不夠1.5個周期 分兩種情況 不夠0.5個周期和夠0.5個周期
      else {
        // b.1 夠0.5個周期
        if (d_i_c <count-0.5*T) {
          // 左面最低峰值
          for (int j = d_i_c - 0.5*T; j > d_i_c - 1.5*T; j--) {
            float trough = [[[self.points[j] allObjects] firstObject] floatValue];
            if (trough < trough_l) {
              trough_l = trough;
              d_i_l = j;
            }
          }
          // 右面最低峰值
          for (int k = d_i_c + 0.5*T; k < count; k++) {
            float trough = [[[self.points[k] allObjects] firstObject] floatValue];
            if (trough < trough_r) {
              trough_r = trough;
              d_i_r = k;
            }
          }
        }
        // b.2 不夠0.5個周期
        else {
          // 左面最低峰值
          for (int j = d_i_c - 0.5*T; j > d_i_c - 1.5*T; j--) {
            float trough = [[[self.points[j] allObjects] firstObject] floatValue];
            if (trough < trough_l) {
              trough_l = trough;
              d_i_l = j;
            }
          }
        }
      }

    }
    // c. 如果左面不夠1.5個周期 一樣分兩種情況 夠0.5個周期 不夠0.5個周期
    else {
      // c.1 夠0.5個周期
      if (d_i_c>0.5*T) {
        // 左面最低峰值
        for (int j = d_i_c - 0.5*T; j > 0; j--) {
          float trough = [[[self.points[j] allObjects] firstObject] floatValue];
          if (trough < trough_l) {
            trough_l = trough;
            d_i_l = j;
          }
        }
        // 右面最低峰值
        for (int k = d_i_c + 0.5*T; k < d_i_c + 1.5*T; k++) {
          float trough = [[[self.points[k] allObjects] firstObject] floatValue];
          if (trough < trough_r) {
            trough_r = trough;
            d_i_r = k;
          }
        }

      }
      // c.2 不夠0.5個周期
      else {
        // 右面最低峰值
        for (int k = d_i_c + 0.5*T; k < d_i_c + 1.5*T; k++) {
          float trough = [[[self.points[k] allObjects] firstObject] floatValue];
          if (trough < trough_r) {
            trough_r = trough;
            d_i_r = k;
          }
        }
      }

    }

    // 3. 確定哪一個與最低峰值更接近 用最接近的一個最低峰值測出瞬時心率 60*1000兩個峰值的時間差
    if (trough_l-trough_c < trough_r-trough_c) {

      NSDictionary *point_c = self.points[d_i_c];
      NSDictionary *point_l = self.points[d_i_l];
      double t_c = [[[point_c allKeys] firstObject] doubleValue];
      double t_l = [[[point_l allKeys] firstObject] doubleValue];
      NSInteger fre = (NSInteger)(60*1000)/(t_c - t_l);
      if (self.frequency)
        self.frequency(fre);
      if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(startHeartDelegateRateFrequency:)])
        [self.delegate startHeartDelegateRateFrequency:fre];
    } else {
      NSDictionary *point_c = self.points[d_i_c];
      NSDictionary *point_r = self.points[d_i_r];
      double t_c = [[[point_c allKeys] firstObject] doubleValue];
      double t_r = [[[point_r allKeys] firstObject] doubleValue];
      NSInteger fre = (NSInteger)(60*1000)/(t_r - t_c);
      if (self.frequency)
        self.frequency(fre);
      if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(startHeartDelegateRateFrequency:)])
        [self.delegate startHeartDelegateRateFrequency:fre];
    }
    // 4.刪除過期數據
    for (int i = 0; i< 10; i++) {
      [self.points removeObjectAtIndex:0];
    }
  }
}

我目前是這樣處理的，後面是用的前後兩個峰值與 最低峰值 最接近的那個峰值的時間差，測了幾次又和別的app比較了一下，基本都是正確的，最多也就是上下差1-2次每分鐘。（在數據比較穩定的情況下，如果有更好的方法請推薦，謝謝）

5.畫折線圖 這裡用到了 CoreGraphics

PS:首先，使用這個CoreGraphics要在View裡面，並且要在View的 drawRect: 方法中使用，不然拿不到畫布。我是為了封裝單獨建立了一個UIView的類。

a.首先還是數據，沒有數據怎麼畫

@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *points;
// 在init中初始化數組
self.points = [[NSMutableArray alloc]init];
// 這個可以翻譯過來，也是在init中
self.clearsContextBeforeDrawing = YES;

// 外部調用方法
- (void)drawRateWithPoint:(NSNumber *)point {
  // 倒敘插入數組
  [self.points insertObject:point atIndex:0];

  // 刪除溢出屏幕數據
  if (self.points.count > self.frame.size.width/6) {
    [self.points removeLastObject];
  }

  dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
    // 這個方法自動調取 drawRect:方法
    [self setNeedsDisplay];
  });
}

之前調 setNeedsDisplay ,一直沒有走 drawRect: 方法，或者就直走了一次，然後去百度是說 setNeedsDisplay 會在系統空閒的時候執行 drawRect: ,然後我嘗試著回歸到主線程中調用，就好了。具體原因不是很清楚，也可能是因為要在主線程中修改View。

b.畫折線的方法，具體怎麼調整看個人心情了。

CGFloat ww = self.frame.size.width;
  CGFloat hh = self.frame.size.height;
  CGFloat pos_x = ww;
  CGFloat pos_y = hh/2;
  // 獲取當前畫布
  CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();
  // 折線寬度
  CGContextSetLineWidth(context, 1.0);
  //消除鋸齒
  //CGContextSetAllowsAntialiasing(context,false);
  // 折線顏色
  CGContextSetStrokeColorWithColor(context, [UIColor redColor].CGColor);
  CGContextMoveToPoint(context, pos_x, pos_y);
  for (int i = 0; i < self.points.count; i++) {
    float h = [self.points[i] floatValue];
    pos_y = hh/2 + (h * hh/2) ;
    CGContextAddLineToPoint(context, pos_x, pos_y);
    pos_x -=6;
  }
  CGContextStrokePath(context);

c.為了看起來好看，我還加了網格，當然也是在 drawRect: 中調用的

static CGFloat grid_w = 30.0f;
- (void)buildGrid {

  CGFloat wight = self.frame.size.width;
  CGFloat height = self.frame.size.height;

  // 獲取當前畫布
  CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext();

  CGFloat pos_x = 0.0f;
  CGFloat pos_y = 0.0f;

  // 在wight范圍內畫豎線
  while (pos_x < wight) {
    // 設置網格線寬度
    CGContextSetLineWidth(context, 0.2);
    // 設置網格線顏色
    CGContextSetStrokeColorWithColor(context, [UIColor greenColor].CGColor);
    // 起點
    CGContextMoveToPoint(context, pos_x, 1.0f);
    // 終點
    CGContextAddLineToPoint(context, pos_x, height);
    pos_x +=grid_w;
    //開始劃線
    CGContextStrokePath(context);
  }

  // 在height范圍內畫橫線
  while (pos_y < height) {

    CGContextSetLineWidth(context, 0.2);
    CGContextSetStrokeColorWithColor(context, [UIColor greenColor].CGColor);
    CGContextMoveToPoint(context, 1.0f, pos_y);
    CGContextAddLineToPoint(context, wight, pos_y);
    pos_y +=grid_w;
    CGContextStrokePath(context);
  }
  pos_x = 0.0f; pos_y = 0.0f;

  // 在wight范圍內畫豎線
  while (pos_x < wight) {
    CGContextSetLineWidth(context, 0.1);
    CGContextSetStrokeColorWithColor(context, [UIColor greenColor].CGColor);
    CGContextMoveToPoint(context, pos_x, 1.0f);
    CGContextAddLineToPoint(context, pos_x, height);
    pos_x +=grid_w/5;
    CGContextStrokePath(context);
  }

  // 在height范圍內畫橫線
  while (pos_y < height) {
    CGContextSetLineWidth(context, 0.1);
    CGContextSetStrokeColorWithColor(context, [UIColor greenColor].CGColor);
    CGContextMoveToPoint(context, 1.0f, pos_y);
    CGContextAddLineToPoint(context, wight, pos_y);
    pos_y +=grid_w/5;
    CGContextStrokePath(context);
  }

}

總結

寫這個功能的時候，自己有很多思考，也參考了很多其他人的博客、代碼還有別人的畢業論文，呵呵呵，還問了幾個學醫的同學，代碼不難，數據處理的部分可能不太好弄，但是寫完還是有點成就感的。

代碼裡還存在很多問題，後期有時間我會慢慢優化，歡迎指正。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持本站。