一种心率估计方法、装置、设备、系统及存储介质

文档序号:1880051 发布日期:2021-11-26 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 一种心率估计方法、装置、设备、系统及存储介质 (Heart rate estimation method, device, equipment, system and storage medium ) 是由 毕圆浩 丁逢 张栋 姜长坤 陈鹤文 于 2021-08-26 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种心率估计方法、装置、设备、系统及存储介质。该方法包括:分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。通过本发明的技术方案,能够结合图像采集设备、穿戴设备和电极贴片三种传感器所采集用户的心跳生理信号估计用户的心率,降低单一传感器贴合不紧密导致的检测误差,提高车辆驾驶场景下心率检测的准确度。(The invention discloses a heart rate estimation method, a heart rate estimation device, heart rate estimation equipment, a heart rate estimation system and a storage medium. The method comprises the following steps: respectively controlling each heartbeat collecting device to collect heartbeat physiological signals of the user; performing signal preprocessing on each heartbeat physiological signal to obtain a synchronous heartbeat physiological signal; extracting heartbeat interval sequences of the synchronous heartbeat physiological signals, wherein the heartbeat interval sequences are sequences formed by time intervals between every two adjacent wave peaks in the synchronous heartbeat physiological signals; and carrying out weighted summation on the heartbeat interval sequences of the synchronous heartbeat physiological signals to obtain a final heartbeat interval sequence, and estimating the heart rate of the user based on the final heartbeat interval sequence. According to the technical scheme, the heart rate of the user can be estimated by combining the heartbeat physiological signals of the user acquired by the image acquisition equipment, the wearing equipment and the electrode patch, so that the detection error caused by the fact that a single sensor is not tightly attached is reduced, and the heart rate detection accuracy in a vehicle driving scene is improved.)

一种心率估计方法、装置、设备、系统及存储介质

技术领域

本发明实施例涉及生理参数检测领域,尤其涉及一种心率估计方法、装置、设备、系统及存储介质。

背景技术

现代生活节奏很快,人们使用汽车的频率和时间越来越多。同时,由于对生理健康问题的忽视,驾驶员疲劳驾驶或突发疾病或导致交通事故发生的频率也越来越高。因此,对驾驶的生理参数(例如心率)进行实时监测是十分有必要的。

现有技术中,常常使用单一的传感器检测心率。但是,由于车内环境复杂,用户在车辆驾驶过程中的动作可能导致传感器与用户不完全接触,从而使心率检测结果不准确,无法反映用户的实际生理心率变化。

发明内容

本发明实施例提供一种心率估计方法、装置、设备、系统及存储介质,以实现能够结合图像采集设备、穿戴设备和电极贴片三种传感器所采集用户的心跳生理信号估计用户的心率,降低单一传感器贴合不紧密导致的检测误差,提高车辆驾驶场景下心率检测的准确度。

第一方面,本发明实施例提供了一种心率估计方法,包括:

分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;

对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;

提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;

进一步的,对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

分别通过各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号,包括:

控制所述图像采集设备采集所述用户表征心跳变化的面部心跳信号;

控制所述穿戴设备采集所述用户的脉搏信号;

控制所述电极贴片采集所述用户的表皮心跳信号。

进一步的,所述对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到各同步心跳生理信号,包括:

对各所述心跳生理信号进行滤波处理,得到滤波后的心跳生理信号;

对所述滤波后的各心跳生理信号进行信号波峰对齐,得到各同步心跳生理信号。

进一步的,所述对各所述心跳生理信号进行滤波处理,得到滤波后的心跳生理信号,包括:

通过小波变换消除所述面部心跳信号的基线漂移噪声和环境噪声,得到滤波后的面部心跳信号;

通过自适应滤波消除所述脉搏信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移后的脉搏信号的环境噪声,得到滤波后的脉搏信号;

通过自适应滤波消除所述表皮心跳信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移噪声的表皮心跳信号的环境噪声,得到滤波后的表皮心跳信号。

进一步的,对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,包括:

确定各所述同步心跳生理信号对应的心跳间隔序列的权重;

针对各所述心跳生理信号,将所述心跳间隔序列的权重和所述心跳间隔序列中的各心跳间隔的乘积,确定为所述同步心跳生理信号的加权心跳间隔序列;

将各所述加权心跳间隔序列中对应的加权心跳间隔求和,得到最终心跳间隔序列。

进一步的,确定各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重,包括:

针对每个同步心跳生理信号的心跳间隔序列,确定所述心跳间隔序列中各心跳间隔的标准差和平均值的比值,通过查表法确定所述比值对应的权重系数;

将各同步心跳生理信号的心跳间隔序列对应的权重系数之和确定为总权重系数;

将所述权重系数与所述总权重系数的比值确定为所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重。

第二方面,本发明实施例还提供了一种心率估计装置,该装置包括:

采集模块,用于分别控制各心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;

预处理模块,用于对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;

提取模块,用于提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;

估计模块,用于对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

第三方面,本发明实施例还提供了一种心率估计设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例中任一所述的心率估计方法。

第四方面,本发明实施例还提供了一种心率估计系统,包括多个心跳采集设备和与各所述心跳采集设备连接的心率估计设备;所述心跳采集设备包括:图像采集设备、穿戴设备和电极贴片。所述图像采集设备,用于基于所述心率估计设备的控制,采集所述用户的表征心跳变化的面部心跳信号;所述穿戴设备,用于基于所述心率估计设备的控制,采集所述用户的脉搏信号;所述电极贴片,用于基于所述心率估计设备的控制,采集所述用户的表皮心跳信号;所述心率估计设备,用于执行本发明任一实施例所提供的方法。

第五方面,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如本发明实施例中任一所述的心率估计方法。

本发明实施例通过结合图像采集设备、穿戴设备和电极贴片三种传感器采集用户的心跳生理信号估计用户的心率,解决现有车辆驾驶场景下,单一传感器贴合不紧密导致的心率检测较大的问题,实现降低单一传感器贴合不紧密导致的检测误差,提高车载场景下心率检测的准确度的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例一中的一种心率估计方法的流程图;

图2A是本发明实施例二中的一种心率估计方法的流程图;

图2B是本发明实施例二中的一种心率信号滤波方法的流程图;

图3是本发明实施例三中的一种心率估计装置的结构示意图;

图4是本发明实施例四中的一种心率估计设备的结构示意图;

图5是本发明实施例五中的一种心率估计系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种心率估计方法的流程图,本实施例可适用于在车辆驾驶场景下,对用户的心率进行实时估计的情况,该方法可以由本发明实施例中的心率估计装置来执行,该装置可采用软件和/或硬件的方式实现,该装置可集成在心率估计设备中。

在本发明实施例中,心率估计方法应用于心率估计系统,所述心率检测系统包括多个心跳采集设备,所述心跳采集设备包括:图像采集设备、穿戴设备和电极贴片。其中,图像采集设备可以是高精度的摄像头;穿戴设备可以是任和具有心率检测功能的设备,例如手环或心率检测仪;电极贴片可以设置在车辆中与用户有长时间皮肤接触的地方,例如方向盘握柄处或手动档位上。

如图1所示,该方法具体包括如下步骤:

S110,分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号。

其中,心跳采集设备可以包括:图像采集设备、穿戴设备和电极贴片。心跳生理信号是指可以表征心跳变化的信号,例如表皮的心跳信号、脉搏信号或面部表征心跳变化的面部心跳信号。

示例性的,图像采集设备采集的心跳生理信号可以是用户的面部表征心跳变化的面部心跳信号,穿戴设备采集的心跳生理信号可以是用户的脉搏信号和电极贴片采集的心跳生理信号可以是用户通过表皮所传导的心电信号。

具体的,心率估计设备分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号。例如可以是心率估计设备在接收到开启指令后,向各心跳采集设备发送采集指令,使各心跳采集设备采集预设时间内用户的心跳生理信号,并传送至心率估计设备,进行用户的心率估计。例如,各心跳采集设备采集预设时间内用户的心跳生理信号,预设时间可以是1S或10S,本发明实施例对此不设限制。

S120,对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号。

由于受到采集环境的影响,各心跳采集设备的心跳生理信号存在噪声,且各心跳采集设备在同一时刻所采集的同一用户的心跳生理信号也可能是不同步的,因此,需要对各心跳采集设备所采集的心跳生理信号进行预处理,以消除噪声并进行同步化。

示例性的,对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号可以包括:对各所述心跳生理信号进行噪声滤波、基线漂移消除和/或信号对齐等。

S130,提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列。

其中,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列。

具体的,各同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间时间间隔为心跳间隔,即两次心跳的时间间隔,将各心跳间隔所构成的序列确定为心跳间隔序列,用以反映用户的心跳间隔。心跳间隔可用于心率变异性分析,也可以作为判断是否疲劳驾驶的依据。

需要说明的是,面部心跳信号和脉搏信号为类似正弦波的信号,它们的心跳间隔可通过直接每两个相邻波峰之间时间间隔得到,而对于同步表皮心跳信号,则想要通过模板匹配获取同步表皮心跳信号的心跳间隔,以保证提取心跳间隔的准确度。

S140,对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

具体的,针对每个同步心跳生理信号,确定每个同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重,基于所述权重对心跳间隔序列中的每个心跳间隔进行加权计算得到加权心跳间隔序列将三个同步心跳生理信号对应的加权心跳间隔序列进行求和,得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计用户的心率。

示例性的,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率的方法可以为根据最终心跳间隔序列估计用户每分钟的心跳频率,或者估计用户在每分钟时间内的心跳间隔变化。

本实施例的技术方案,通过分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;对各心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;提取各同步心跳生理信号的心跳间隔序列;对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率,能够降低单一传感器贴合不紧密导致的检测误差,提高车辆驾驶场景下心率检测的准确度。

实施例二

图2A为本发明实施例二中的一种心率估计方法的流程图,本实施例以上述实施例为基础进行优化。

如图2A所示,本实施例的方法具体包括如下步骤:

S210,分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号。

可选的,控制所述图像采集设备采集所述用户表征心跳变化的面部心跳信号;控制所述穿戴设备采集所述用户的脉搏信号;控制所述电极贴片采集所述用户的表皮心跳信号。

其中,心脏跳动时将含氧血液供应到头部和颈部而带动面部运动,面部心跳信号可以认为是面部的运动信号,该面部心跳信号一般很难凭借肉眼看出,但是通过高精度的图像采集设备并结合计算机视觉技术可以得到。面部心跳信号的变化规律和心脏的跳动规律基本一致。脉搏信号是穿戴设备所传导的脉冲信号,正常情况下人的心跳和脉搏的次数是一致的,因此可以通过脉搏的频率反映心跳的变化,表皮心跳信号是通过电极贴片直接传导的心电信号。

S220,对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号。

其中,面部心跳信号进行信号预处理得到同步面部心跳信号;脉搏信号进行信号预处理得到同步脉搏信号,表皮心跳信号进行信号预处理得到同步表皮心跳信号。

可选的,步骤S220可以包括:步骤221至步骤222:

S221,对各所述心跳生理信号进行滤波处理,得到滤波后的心跳生理信号。

具体的,对各心跳生理信号进行滤波处理去除噪声得到预处理后的心跳生理信号,所述噪声包括:环境噪声噪声和基线漂移噪声。其中,基线漂移噪声是由于用户的呼吸等低频干扰所引起的噪声。

示例性的,对各所述心跳生理信号进行滤波处理的滤波方式可以是小波变化、自适应滤波或带通滤波。

S222,对所述滤波后的各心跳生理信号进行信号波峰对齐,得到各同步心跳生理信号。

示例性的,由于各传感器采集心跳生理信号的采样起始时间存在一定误差,因此对滤波后的各心跳生理信号进行对齐,得到各同步心跳生理信号。对于不同同步心跳生理信号,每两个相邻波峰之间的心跳间隔保持在预设误差范围内。

S230,提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列。

针对每个同步心跳生理信号,获取同步心跳生理信号的每两个相邻波峰之间的时间间隔,即称为心跳间隔,由同步心跳生理信号中个心跳间隔所构成的序列称为心跳间隔序列。

S240,确定各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重。

示例性的,对每个传感器所采集并处理后得到同步心跳生理信号的心跳间隔序列,进行权重分配。所述权重分配可以根据各传感器的心率检测的稳定性所确定,例如对于标准差最小的传感器对应的同步心跳生理信号分配较大的权重,对于标准差最大的传感器对应的同步心跳生理信号分配较小的权重,对于标准差居中的传感器对应的同步心跳生理信号分配居中的权重。或者可以根据心跳间隔序列的标准差和平均数的比值,通过查表法确定。还可以根据同步心跳生理信号的权重系数在三个同步心跳生理信号的权重系数的总和中的占比。

S250,针对各所述心跳生理信号,将所述心跳间隔序列的权重和所述心跳间隔序列中的各心跳间隔的乘积,确定为所述同步心跳生理信号的加权心跳间隔序列。

具体的,对于每个同步心跳生理信号对应的心跳间隔序列,将心跳间隔序列中的每个心跳间隔与心跳间隔序列的权重相乘,得到同步心跳生理信号的加权心跳间隔序列。

示例性的,若同步面部心跳信号的心跳间隔序列为R1=r1,r2,…,ri,…,rn,同步面部心跳信号对应的心跳间隔序列的权重为a,则同步面部心跳信号的加权心跳间隔序列为R′1=R1×a=ar1,ar2,…,ari,…,arn。若同步脉搏信号的心跳间隔序列为M1=m1,m2,…,mi,…,mn,同步脉搏信号对应的心跳间隔序列的权重为b,则同步面部心跳信号的加权心跳间隔序列为M′1=bm1,bm2,…,bmi,…,bmn。若同步表皮心跳信号的心跳间隔序列为M1=m1,m2,…,mi,…,mn,同步表皮心跳信号对应的心跳间隔序列的权重为c,则同步表皮心跳信号的加权心跳间隔序列为L1=cl1,cl2,…,cli,…,cln

S260,将各所述加权心跳间隔序列中对应的加权心跳间隔求和,得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

示例性的,同步面部心跳信号的加权心跳间隔序列为R′1=AR1=Ar1,Ar2,…,Ari,…,Arn;同步脉搏信号的加权心跳间隔序列为M′1=BM1Bm1,Bm2,…,Bmi,…,Bmn;同步脉搏信号的加权表皮心跳间隔序列为L′1=CL1=Cl1,Cl2,…,Cli,…,Cln,则将各所述加权心跳间隔序列中对应的加权心跳间隔求和,得到最终心跳间隔序列为

示例性的,最终心跳间隔序列可以通过数据储存模块保存,再通过上位机调用保存的数据进行回放;也可以通过最终心跳间隔序列估计用户的心率,通过无线模块与车机或者手机相连,可以实时显示心跳信号和心率。电源管理模块使用可充电电池给装置供电,通过指示灯显示当前电量,当电量不足提醒使用者更换电池或者充电。

本实施例的技术方案,通过分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率,能够根据各传感器分配权重确定用户的心率,降低单一传感器贴合不紧密导致的检测误差,提高车辆驾驶场景下心率检测的准确度。

可选的,所述对各所述心跳生理信号进行滤波处理,得到滤波后的心跳生理信号,包括:

通过小波变换消除所述面部心跳信号的基线漂移噪声和环境噪声,得到滤波后的面部心跳信号;

通过自适应滤波消除所述脉搏信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移后的脉搏信号的环境噪声,得到滤波后的脉搏信号;

通过自适应滤波消除所述表皮心跳信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移噪声的表皮心跳信号的环境噪声,得到滤波后的表皮心跳信号。

具体的,如图2B所示,对各所述心跳生理信号进行滤波处理,得到滤波后的心跳生理信号的过程可以为:对于图像传感器所采集的面部视频进行分解并提取感兴趣的区域,从中提取面部心跳信号进行小波变换,消除面部心跳信号的基线漂移噪声和环境噪声得到滤波后的面部心跳信号,考虑到人体正常心率为60-100/min,将小波分解层数选择0.5-2Hz的频率内。

对于穿戴设备所采集的脉搏信号,通过自适应滤波消除脉搏信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移后的脉搏信号的环境噪声,得到滤波后的脉搏信号。带通滤波的带通频率可以为0.5-2Hz。

对于贴片所采集的表皮心跳生理信号,通过自适应滤波消除表皮心跳生理信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移噪声的表皮心跳生理信号的环境噪声得到滤波后的表皮心跳生理信号。带通滤波的带通频率可以为0.5-2Hz。

可选的,确定各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重,包括:

针对每个同步心跳生理信号的心跳间隔序列,确定所述心跳间隔序列中各心跳间隔的标准差和平均值的比值,通过查表法确定所述比值对应的权重系数;

将各同步心跳生理信号的心跳间隔序列对应的权重系数之和确定为总权重系数;

将所述权重系数与所述总权重系数的比值确定为所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重。

具体的,针对每个同步心跳生理信号的心跳间隔序列,获取心跳间隔序列中的每个心跳间隔,计算各心跳间隔的标准差σ和平均值avg,确定所述标准差和所述平均值的比值为W=(σ/avg)。通过查表法确定所述比值对应的权重系数,例如,同步面部心跳信号的心跳间隔序列对应的权重系数为a,同步脉搏信号的心跳间隔序列对应的权重系数为b,同步表皮心跳信号的心跳间隔序列对应的权重系数为c。将各同步心跳生理信号的心跳间隔序列对应的权重系数之和确定为总权重系数,即总权重系数为a+b+c;将所述权重系数与所述总权重系数的比值确定为所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重,即:

同步面部心跳信号的心跳间隔序列对应的权重为同步脉搏信号的心跳间隔序列对应的权重为同步表皮心跳信号的心跳间隔序列对应的权重为

示例性的,通过查表法确定所述比值对应的权重系数的方式可以为:对于图像采集设备采集的面部心跳信号对应的比值W1,W1为0-0.1时,通过查表法确定权重系数为a1;W1为0.1-0.2时,通过查表法确定权重系数为a2;W1大于0.2时,通过查表法确定权重系数为a3。权重的具体数值通过试验或者指标仿真等方法标定得出。

对于穿戴设备所采集的脉搏信号对应的比值W2,W2为0-0.1时,通过查表法确定权重系数为b1;W2为0.1-0.2时,通过查表法确定权重系数为b2;W2大于0.2时,通过查表法确定权重系数为b3

对于穿戴设备所采集的表皮心跳信号对应的比值W3,W3为0-0.1时,通过查表法确定权重系数为c1;W3为0.1-0.2时,通过查表法确定权重系数为c2;W3大于0.2时,通过查表法确定权重系数为c3

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种心率估计装置的结构示意图。本实施例可适用于在车辆驾驶场景下,对用户的心率进行实时估计的情况,该装置可采用软件和/或硬件的方式实现,该装置可集成在任何提供心率估计的功能的设备中,如图3所示,所述心率估计的装置具体包括:采集模块310、预处理模块320、提取模块330和估计模块340。

其中,采集模块310,用于分别控制各心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;

预处理模块320,用于对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;

提取模块330,用于提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;

估计模块340,用于对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

可选的,所述采集模块310,包括:

第一采集单元,用于控制所述图像采集设备采集所述用户表征心跳变化的面部心跳信号;

第二采集单元,用于控制所述穿戴设备采集所述用户的脉搏信号;

第三采集单元,用于控制所述电极贴片采集所述用户的表皮心跳信号。

可选的,所述预处理模块320,包括:

滤波单元,用于对各所述心跳生理信号进行滤波处理,得到滤波后的心跳生理信号;

同步单元,用于对所述滤波后的各心跳生理信号进行信号波峰对齐,得到各同步心跳生理信号。

可选的,所述滤波单元,具体用于:

通过小波变换消除所述面部心跳信号的基线漂移噪声和环境噪声,得到滤波后的面部心跳信号;

通过自适应滤波消除所述脉搏信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移后的脉搏信号的环境噪声,得到滤波后的脉搏信号;

通过自适应滤波消除所述表皮心跳信号的基线漂移噪声,通过带通滤波去除消除基线漂移噪声的表皮心跳信号的环境噪声得到滤波后的表皮心跳信号。

可选的,所述估计模块,包括:

权重确定单元,用于确定各所述同步心跳生理信号对应的心跳间隔序列的权重;

加权单元,用于针对各所述同步心跳生理信号,将所述心跳间隔序列的权重和所述心跳间隔序列中的各心跳间隔的乘积,确定为所述同步心跳生理信号的加权心跳间隔序列;

心率确定单元,用于将各所述加权心跳间隔序列中对应的加权心跳间隔求和,得到最终心跳间隔序列。

可选的,所述权重确定单元,具体用于:

针对每个同步心跳生理信号的心跳间隔序列,确定所述心跳间隔序列中各心跳间隔的标准差和平均值的比值,通过查表法确定所述比值对应的权重系数;

将各同步心跳生理信号的心跳间隔序列对应的权重系数之和确定为总权重系数;

将所述权重系数与所述总权重系数的比值确定为所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列的权重。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的心率估计方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图4为本发明实施例四中的一种心率估计设备的结构示意图。图4示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性心率估计设备12的框图。图4显示的心率估计设备12仅仅是一个示例,不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图4所示,心率估计设备12以通用计算设备的形式表现。心率估计设备12的组件可以包括但不限于:一个或者多个处理器或者处理器16,系统存储器28,连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理器16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储器总线或者存储器控制器,外围总线,图形加速端口,处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说,这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线,微通道体系结构(MAC)总线,增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

心率估计设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被心率估计设备12访问的可用介质,包括易失性和非易失性介质,可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质,例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。心率估计设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例,存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示,通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出,可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器,以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下,每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品,该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块,这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40,可以存储在例如存储器28中,这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。

心率估计设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信,还可与一个或者多个使得用户能与该心率估计设备12交互的设备通信,和/或与使得该心率估计设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡,调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。另外,本实施例中的心率估计设备12,显示器24不是作为独立个体存在,而是嵌入镜面中,在显示器24的显示面不予显示时,显示器24的显示面与镜面从视觉上融为一体。并且,心率估计设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。如图所示,网络适配器20通过总线18与心率估计设备12的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合心率估计设备12使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

处理器16通过运行存储在系统存储器28中的程序,从而执行各种功能应用以及数据处理,例如实现本发明实施例所提供的心率估计方法:分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

实施例五

图5为本发明实施例五中的一种心率估计系统的结构示意图。所述心率检测系统包括:多个心跳采集设备和与各所述心跳采集设备连接的如实施例四中的心率估计设备;所述心跳采集设备包括:图像采集设备、穿戴设备和电极贴片;

所述图像采集设备,用于基于所述心率估计设备的控制,采集所述用户的表征心跳变化的面部心跳信号;

所述穿戴设备,用于基于所述心率估计设备的控制,采集所述用户的脉搏信号;

所述电极贴片,用于基于所述心率估计设备的控制,采集所述用户的表皮心跳信号;

所述心率估计设备,用于分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

本发明实施例,通过图像采集设备、穿戴设备和电极贴片三种传感器采集用户的心跳生理信号,实现能够结合表征心电变化的面部心跳信号、脉搏信号和表皮心跳信号估计用户的心率,降低单一传感器贴合不紧密导致的检测误差,提高车辆驾驶场景下心率检测的准确度。

实施例六

本发明实施例六提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的心率估计方法:分别控制各所述心跳采集设备采集用户的心跳生理信号;对各所述心跳生理信号进行信号预处理得到同步心跳生理信号;提取各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列,所述心跳间隔序列为所述同步心跳生理信号中每两个相邻波峰之间的时间间隔所构成的序列;对各所述同步心跳生理信号的心跳间隔序列进行加权求和得到最终心跳间隔序列,基于所述最终心跳间隔序列估计所述用户的心率。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中,计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质,该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言,诸如Java、Smalltalk、C++,还包括常规的过程式程序设计语言,诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

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