《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》是安徽華米信息科技有限公司於2016年5月9日申請的專利，該專利申請號2016103088494，專利公布號：CN105816163A，專利公布日：2016年8月3日，發明人是：高一軍、馮鏑、穆納爾埃托·約瑟夫。
《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》提供一種檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備，該方法包括：計算預設時間周期內獲取的第一PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值；根據所述第一PPG數據的時域特徵值、所述頻域特徵值以及所述用戶在所述預設時間周期內的活動量，確定所述預設時間周期內的心率信號質量；根據所述第一PPG數據的時域特徵值、所述頻域特徵值、所述預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定所述用戶在所述預設時間周期內的心率值，其中，所述心率相關數據包括心率值和心率信號質量。該申請的技術方案可以有效減小噪聲對PPG數據的影響，提高安靜心率計算的準確性。
2021年8月16日，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》獲得安徽省第八屆專利獎金獎。
（概述圖為《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備
- 公布日：2016年8月3日
- 公布號：CN105816163A
- 申請日：2016年5月9日
- 申請號：2016103088494
- 申請人：安徽華米信息科技有限公司
- 地址：安徽省合肥市高新區望江西路800號國家動漫基地A4樓1201室
- 專利代理機構：北京博思佳智慧財產權代理有限公司
- 代理人：陳蕾
- Inc.Cl.：A61B5/024(2006.01)I、A61B5/11(2006.01)I
- 發明人：高一軍、馮鏑、穆納爾埃托·約瑟夫
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
心率是指正常人安靜狀態下每分鐘心跳的次數，是確定人身體是否健康的重要指標，實時和便捷測量心率越來越受到人們的重視。
2016年5月9日以前的技術中，可通過光電容積描記（Photo Plethysmo Graphy，PPG）技術檢測人體心率。受多種因素影響，使用設備採集的PPG數據可能會受到干擾，例如，設備佩戴位置、佩戴設備的用戶的身體姿勢、皮膚與設備的相對位移等等都會對PPG數據產生干擾，對PPG數據造成污染，所採集的PPG數據無法保證心率信號質量，導致心率檢測不準確，進而影響對用戶身體健康的判斷。
發明內容
專利目的
《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》可以解決由於心率信號質量導致的心率檢測不準確的技術問題。
技術方案
根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的第一方面，提出了一種檢測心率的方法，套用在可穿戴設備上，包括：
計算預設時間周期內獲取的第一光電容積描記PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值；
根據所述第一PPG數據的時域特徵值、所述頻域特徵值以及所述用戶在所述預設時間周期內的活動量，確定所述預設時間周期內的心率信號質量；
根據所述第一PPG數據的時域特徵值、所述頻域特徵值、所述預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定所述用戶在所述預設時間周期內的心率值，其中，所述心率相關數據包括心率值和心率信號質量。
根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的第二方面，提出了一種檢測心率的裝置，套用在可穿戴設備上，包括：
計算模組，用於計算預設時間周期內獲取的第一光電容積描記PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值；
質量確定模組，用於根據所述計算模組計算得到的所述第一PPG數據的時域特徵值、所述頻域特徵值以及所述用戶在所述預設時間周期內的活動量，確定所述預設時間周期內的心率信號質量；
心率確定模組，用於根據所述計算模組計算得到的所述第一PPG數據的時域特徵值、所述頻域特徵值、所述質量確定模組確定的所述預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定所述用戶在所述預設時間周期內的心率值，其中，所述心率相關數據包括心率值和心率信號質量。
根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的第三方面，提出了一種可穿戴設備，所述可穿戴設備包括：
處理器；
用於存儲所述處理器可執行指令的存儲器；
其中，所述處理器，被配置為執行上述權利要求所述的檢測心率的方法。
改善效果
《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》可以準確地確定用戶的心率信號質量、時域特徵值和頻域特徵值，從而實現在將心率信號質量考慮在內的情況下結合PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值計算用戶的心率值，可以有效減小噪聲對PPG數據的影響，提高安靜心率計算的準確性；此外，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》還可以使用歷史心率相關數據對當前心率值進行修正，進而可以保證心率值的穩定性和準確性，提高對用戶心率檢測的可信度。
附圖說明
圖1A示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的檢測心率的方法的流程示意圖；
圖1B示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的採集的第二PPG數據的示意圖；
圖1C示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的對圖1B所示的第二PPG數據進行預處理後的第一PPG數據的時域數據示意圖；
圖1D示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的對圖1B所示的第二PPG數據進行預處理後的第一PPG數據的時域數據進行快速傅氏變換（Fast Fourier Transformation，FFT）後的頻域數據示意圖；
圖1E示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的採集的又一PPG數據的示意圖；
圖1F示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的技術方案對採集的圖1E所示的又一PPG數據進行處理後得到的心率結果示意圖；
圖1G示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的用於檢測心率的可穿戴設備的示意圖；
圖2A示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的如何得到心率信號質量的流程示意圖；
圖2B示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的心率信號質量計算方式示意圖；
圖3示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的如何計算心率值的流程示意圖；
圖4示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的檢測心率的方法的流程示意圖；
圖5示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的可穿戴設備的結構示意圖；
圖6示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的檢測心率的裝置的結構示意圖；
圖7示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的檢測心率的裝置的結構示意圖；
圖8示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的另一示例性實施例的檢測心率的裝置的結構示意圖。
技術領域
《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》涉及可穿戴設備技術領域，尤其涉及一種檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備。
權利要求
1.一種檢測心率的方法，其特徵在於，套用在可穿戴設備上，所述方法包括：
計算預設時間周期內獲取的第一光電容積描記數據的時域特徵值和頻域特徵值；
根據所述第一光電容積描記數據的時域特徵值、所述頻域特徵值以及用戶在所述預設時間周期內的活動量，確定所述預設時間周期內的心率信號質量；
根據所述第一光電容積描記數據的時域特徵值、所述頻域特徵值、所述預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定所述用戶在所述預設時間周期內的心率值，其中，所述心率相關數據包括心率值和心率信號質量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：在所述預設時間周期內採集加速度數據；
根據所述加速度數據確定所述用戶在預設時間周期內的活動量。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據所述第一光電容積描記數據的時域特徵值、所述頻域特徵值以及所述用戶在所述預設時間周期內的活動量，確定所述預設時間周期內的心率信號質量，包括：
根據所述用戶在所述預設時間周期內的活動量、所述時域特徵值中的第一預設時域特徵值，以及所述頻域特徵值中的第一預設頻域特徵值確定所述用戶是否處於第一活動狀態，其中，所述第一活動狀態用於表示所述用戶處於活動狀態；
如果所述用戶處於所述第一活動狀態，確定所述第一光電容積描記數據的心率信號質量為第一預設質量；
如果所述用戶不處於所述第一活動狀態，則根據時域特徵值中的第二預設時域特徵值確定所述第一光電容積描記數據是否為噪聲數據；
如果所述第一光電容積描記數據為噪聲數據，則確定所述第一光電容積描記數據的心率信號質量為第二預設質量；
如果所述第一光電容積描記數據不為所述噪聲數據，則確定所述第一光電容積描記數據的心率信號質量為第三預設質量。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：
如果所述第一光電容積描記數據為所述噪聲數據，則根據所述時域特徵值中的第三預設時域特徵值確定所述第一光電容積描記數據的噪聲強度，其中所述噪聲數據用於表示所述第一光電容積描記數據為有擾動的信號數據；
根據所述噪聲強度，確定所述第一光電容積描記數據的信號質量為所述第二預設質量中的預設級數的信號質量。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：
如果所述第一光電容積描記數據不為所述噪聲數據，則根據所述時域特徵值中的第四預設時域特徵值和所述頻域特徵值中的第二預設頻域特徵值確定所述第一光電容積描記數據的周期性和信號強度；
根據所述周期性和信號強度，確定所述第一光電容積描記數據的信號質量為所述第三預設質量中的預設級數的信號質量。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據所述第一光電容積描記數據的時域特徵值、所述頻域特徵值、所述預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定所述用戶在所述預設時間周期內的心率值，包括：
根據所述第一光電容積描記數據的時域特徵值中的心率波峰數、波峰間隔，確定時域心率估計值；
根據所述頻域特徵值中的頻譜，確定頻域心率估計值；
根據所述時域心率估計值、所述頻域心率估計值、所述預設時間周期內的心率信號質量，以及所述前一預設時間周期的心率信號質量，確定所述預設時間周期內的心率值。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述根據所述第一光電容積描記數據的時域特徵值中的心率波峰數、波峰間隔，確定時域心率估計值，包括：
根據式（1）確定所述時域心率估計值：
其中，PeakNumber用於表示心率波峰數，PeakInterval用於表示波峰間隔，SampleRate用於表示採樣率。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述根據所述時域心率估計值、所述頻域心率估計值、所述預設時間周期內的心率信號質量，以及所述前一預設時間周期的心率信號質量，確定所述預設時間周期內的心率值，包括：
根據式（2）確定所述預設時間周期內的心率值：
HeartRatecurrent
=
*HeartRateprevious+HeartRatet+
式（2）
*HeartRatet
其中，
用於表示所述前一預設時間周期的心率值的權重，
用於表示所述時域心率估計值的權重，用於表示所述頻域心率估計值的權重。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：
對所述預設時間周期內採集的第二光電容積描記數據進行預處理，得到所述預設時間周期內的第一光電容積描記數據。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括：
根據所述第二光電容積描記數據確定所述可穿戴設備是否處於未穿戴狀態；
如果所述可穿戴設備處於未穿戴狀態，則生成提示信息，用於提醒所述用戶所述可穿戴設備處於未穿戴狀態。
11.一種檢測心率的裝置，其特徵在於，套用在可穿戴設備上所述裝置包括：
計算模組，用於計算預設時間周期內獲取的第一光電容積描記數據的時域特徵值和頻域特徵值；
質量確定模組，用於根據所述計算模組計算得到的所述第一光電容積描記數據的時域特徵值、所述頻域特徵值以及用戶在所述預設時間周期內的活動量，確定所述預設時間周期內的心率信號質量；
心率確定模組，用於根據所述計算模組計算得到的所述第一光電容積描記數據的時域特徵值、所述頻域特徵值、所述質量確定模組確定的所述預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定所述用戶在所述預設時間周期內的心率值，其中，所述心率相關數據包括心率值和心率信號質量。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括：加速度採集模組，用於在所述預設時間周期內採集加速度數據；活動量確定模組，用於根據所述加速度採集模組採集的所述加速度數據確定所述用戶在預設時間周期內的活動量。
13.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述質量確定模組包括：
第一確定單元，用於根據所述用戶在所述預設時間周期內的活動量、所述計算模組計算得到的所述時域特徵值中的第一預設時域特徵值，以及所述計算模組計算得到的所述頻域特徵值中的第一預設頻域特徵值確定所述用戶是否處於第一活動狀態，其中，所述第一活動狀態用於表示所述用戶發生劇烈活動的狀態；
第二確定單元，用於如果所述第一確定單元確定所述用戶處於所述第一活動狀態，確定所述第一光電容積描記數據的心率信號質量為第一預設質量；
第三確定單元，用於如果所述第一確定單元確定所述用戶不處於所述第一活動狀態，則根據時域特徵值中的第二預設時域特徵值確定所述第一光電容積描記數據是否為噪聲數據；
第四確定單元，用於如果所述第三確定單元確定所述第一光電容積描記數據為噪聲數據，則確定所述第一光電容積描記數據的心率信號質量為第二預設質量；
第五確定單元，用於如果所述第三確定單元確定第一光電容積描記數據不為所述噪聲數據，則確定所述第一光電容積描記數據的心率信號質量為第三預設質量。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述質量確定模組還包括：
第六確定單元，用於如果所述第三確定單元確定所述第一光電容積描記數據為所述噪聲數據，則根據所述時域特徵值中的第三預設時域特徵值確定所述第一光電容積描記數據的噪聲強度，其中所述噪聲數據用於表示所述第一光電容積描記數據為有擾動的信號數據；
第七確定單元，用於根據所述第六確定單元確定的所述噪聲強度，確定所述第一光電容積描記數據的信號質量為所述第二預設質量中的預設級數的信號質量。
15.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於，所述質量確定模組還包括：
第八確定單元，用於如果所述第三確定單元確定所述第一光電容積描記數據不為所述噪聲數據，則根據所述時域特徵值中的第四預設時域特徵值和所述頻域特徵值中的第二預設頻域特徵值確定所述第一光電容積描記數據的周期性和信號強度；
第九確定單元，用於根據所述第八確定單元確定的所述周期性和信號強度，確定所述第一光電容積描記數據的信號質量為所述第三預設質量中的預設級數的信號質量。
16.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述心率確定模組包括：
時域心率確定單元，用於根據所述第一光電容積描記數據的時域特徵值中的心率波峰數、波峰間隔，確定時域心率估計值；
頻域心率確定單元，用於根據所述頻域特徵值中的頻譜，確定頻域心率估計值；
心率確定單元，用於根據所述時域心率確定單元確定的所述時域心率估計值、所述頻域心率確定單元確定的所述頻域心率估計值、所述預設時間周期內的心率信號質量，以及所述前一預設時間周期的心率信號質量，確定所述預設時間周期內的心率值。
17.根據權利要求16所述的裝置，其特徵在於，所述時域心率確定單元，用於根據式（1）確定所述時域心率估計值：
式（1）
其中，PeakNumber用於表示心率波峰數，PeakInterval用於表示波峰間隔，SampleRate用於表示採樣率。
18.根據權利要求16所述的裝置，其特徵在於，所述心率確定單元，用於根據式（2）確定所述預設時間周期內的心率值：
HeartRatecurrent
=*HeartRateprevious +HeartRatet+式（2）
*HeartRatet
式（2）
其中，用於表示所述前一預設時間周期的心率值的權重，用於表示所述時域心率估計值的權重，用於表示所述頻域心率估計值的權重。
19.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括：
傳送模組，用於通過無線通信的方式將所述用戶在所述預設時間周期內的心率值和心率信號質量傳送給主機設備，以供所述主機設備根據所述心率值和所述心率信號質量確定所述用戶的身體健康狀態。
20.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括：
處理模組，用於對所述預設時間周期內採集的第二光電容積描記數據進行預處理，得到所述預設時間周期內的第一光電容積描記數據。
21.根據權利要求20所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括：
狀態確定模組，用於根據所述第二光電容積描記數據確定所述可穿戴設備是否處於未穿戴狀態；
生成模組，用於如果所述狀態確定模組確定所述可穿戴設備處於未穿戴狀態，則生成提示信息，用於提醒所述用戶所述可穿戴設備處於未穿戴狀態。
22.一種可穿戴設備，其特徵在於，所述可穿戴設備包括：處理器；
用於存儲所述處理器可執行指令的存儲器；
其中，所述處理器，被配置為執行上述權利要求1—10任一所述的檢測心率的方法。
實施方式
圖1A示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的檢測心率的方法的流程示意圖，圖1B示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的採集的第二PPG數據的示意圖，圖1C示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的對圖1B所示的第二PPG數據進行預處理後的第一PPG數據的時域數據示意圖，圖1D示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的對圖1B所示的第二PPG數據進行預處理後的第一PPG數據的時域數據進行FFT變換後的頻域數據示意圖，圖1E示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的採集的又一PPG數據的示意圖，圖1F示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的技術方案對採集的圖1E所示的又一PPG數據進行處理後得到的心率結果示意圖，圖1G示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的用於檢測心率的可穿戴設備的示意圖；本實施例可套用在可穿戴設備（智慧型手環，智慧型腳環等）上，如圖1A所示，包括如下步驟： 步驟101，計算預設時間周期內獲取的第一光電容積描記PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值。
在一實施例中，預設時間周期可以為每分鐘或者每秒鐘等設定時間間隔。
在一實施例中，由於所採集的第二PPG數據往往伴有高頻噪聲甚至脈衝噪聲等，因此可對第二PPG數據進行預處理，得到第一PPG數據。
在一實施例中，預處理包括但不限於：濾波處理（例如：時域濾波、平滑濾波、中值濾波和自適應濾波等濾波方法）、降低採樣率的處理。
如圖1B所示，為可穿戴設備的光電接收器所採集的第二PPG數據的波形示意圖，橫軸表示採樣時間點，例如橫軸對應的“150”表示第150個採樣點，縱軸表示PPG數據的幅度。 如圖1C所示，為對圖1B所示的第一PPG數據的時域數據波形示意圖，其中，橫軸表示採樣時間點，例如橫軸對應的“150”表示第150個採樣點，縱軸表示PPG數據的幅度。 如圖1D所示，為對圖1B所示的第二PPG數據進行預處理後的時域數據進行FFT變換得到的頻域數據波形示意圖，其中，橫軸表示頻率，縱軸表示幅度。
在一實施例中，第一PPG數據的時域特徵值包括但不限於以下特徵值中的任意一項或者兩項以上的組合：時域波形離散程度（F1）、極大值（F2）、所有採樣點的幅值均值（F3）和波形特徵（如心率波動的最大峰值（F4）、平均極大波峰值（F5）、峰谷震盪值（F6，即時間窗內相鄰極大波峰值與極小波谷值的差值）、極大波峰間距（F7，即相鄰極大波峰之間相距的採樣點數））。
在一實施例中，第一PPG數據的頻域特徵值包括但不限於以下任意一項或者兩項以上的組合：主頻率（F8）、頻域離散程度（F9），以及與歷史頻譜的相似性（F10）。
該領域技術人員可以理解的是，第一PPG數據可以使用多種方法計算出時域特徵值和頻域特徵值，例如：可以通過求方差、差分、均值、平移等方法得到。
步驟102，根據第一PPG數據的時域特徵值、頻域特徵值以及用戶在預設時間周期內的活動量，確定預設時間周期內的心率信號質量。
在一實施例中，用戶在預設時間周期內的活動量（F11）可以根據可穿戴設備中的加速度感測器檢測到的加速度數據得到。在一實施例中，加速度感測器可在預設時間周期內採集加速度數據，並根據加速度數據確定用戶在預設時間周期內的活動量。
在一實施例中，心率信號質量可通過下述圖2A實施例得到，這裡先不詳述。
步驟103，根據第一PPG數據的時域特徵值、頻域特徵值、預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定用戶在預設時間周期內的心率值。 在一實施例中，心率相關數據包括心率值和心率信號質量。
在一實施例中，心率值可通過下述圖3實施例得到，這裡先不詳述。
在一實施例中，對於採集到的有運動干擾的PPG數據，使用《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》技術方案所得到的心率值可以更加逼近心率帶的結果。圖1E為根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的採集的又一PPG數據的示意圖，橫軸表示採樣時間點，縱軸表示PPG數據的幅度；圖1F為根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的技術方案對採集的圖1E所示的又一PPG數據進行處理後得到的心率結果示意圖，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》結合頻域數據和時域數據進行處理，最大程度上避免了頻域計算結果受解析度和運動干擾的影響，不能準確逼近實際心率值的問題，同時避免了時域計算方法在出現部分心率消失或者脈衝干擾時會引入誤差的問題。
在一示例性場景中，如圖1G所示，以可穿戴設備為智慧型手環為例說明進行示例性說明，可穿戴設備中光電發射器110和光電接收器120位於相近的位置，並且位於可穿戴設備上接近用戶皮膚的一側，光電發射器110發出的光信號照射到用戶皮膚後，可通過反射的方式返回光電信號並由光電接收器120接收，可穿戴設備即可對光電接收器120接收的PPG數據確定人體心率。另外，為了得到用戶處於安靜狀態下的心率信號，可穿戴設備中還可內置加速度感測器130，用於確定可穿戴設備的加速度數據，進而確定用戶的運動狀態，進而可排除運動狀態為劇烈狀態時所採集的PPG數據，或者根據運動狀態為PPG數據確定不同的信號質量，以便在計算心率值時根據信號質量對心率值進行修正，提高心率檢測的準確度。由上述描述可知，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》實施例通過上述步驟101—步驟104可以準確地確定用戶的心率信號質量、時域特徵值和頻域特徵值，從而實現在將心率信號質量考慮在內的情況下結合PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值計算用戶的心率值，可以有效減小噪聲對PPG數據的影響，提高安靜心率計算的準確性；此外，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》還可以使用歷史心率相關數據對當前心率值進行修正，進而可以保證心率值的穩定性和準確性，提高對用戶心率檢測的可信度。圖2A示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的如何得到心率信號質量的流程示意圖，圖2B示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的心率信號質量計算方式示意圖；如圖2A所示，包括以下步驟：
步驟201，根據用戶在預設時間周期內的活動量、時域特徵值中的第一預設時域特徵值，以及頻域特徵值中的第一預設頻域特徵值確定用戶是否處於第一活動狀態，如果用戶處於第一活動狀態，則執行步驟202，否則執行步驟203。
在一實施例中，第一活動狀態用於表示用戶處於活動狀態。
在一實施例中，如果用戶佩戴可穿戴設備的部位發生了劇烈運動，可穿戴設備可根據加速度感測器採集的加速度數據檢測出來。
在又一實施例中，如果用戶的可穿戴設備在採集數據過程中只是有輕微的晃動，則加速度感測器可能無法檢測出，則可聯合第一預設時域特徵值和第一預設頻域特徵值確定用戶是否處於活動狀態。
在一實施例中，第一預設時域特徵值包括以下任意一項或者兩項以上的組合：峰谷震盪值（F6，即預設時間周期內相鄰極大波峰值與極小波谷值的差值）和極大波峰間距（F7，即相鄰極大波峰之間相距的採樣點數）。
在一實施例中，第一預設頻域特徵值包括歷史頻譜的相似性（F10）。
在一實施例中，可聯合考慮F6、F7、F10、F11、F12特徵值確定用戶是否處於第一活動狀態。例如，根據F6得到的特徵序列中，如果最大峰谷震盪值（F6a）>2*平均峰谷震盪值（F6b），並且根據F7得到的特徵序列中，最大波峰間距（F7a）>2*最小波峰間距（F7b），則可以確定用戶是否處於第一活動狀態。在又一實施例中，如果PPG頻譜的相似性（F10）小於0.4，並且活動量（F11）大於設定的經驗閾值T1，那么也可以判定用戶處於第一活動狀態。採用集合的形式表示為：
（（F6a>2*F6b）^（F7a>2*F7b））ⅴ（（F10<0 .4）^（F11>T1））
那么聯合考慮F6、F7、F10、F11特徵，可以認為用戶處於第一活動狀態。
步驟202，確定第一PPG數據的心率信號質量為第一預設質量。
在一實施例中，如果用戶處於第一活動狀態，則表示所獲得的第一PPG數據的心率信號質量較差，則可設定為第一預設質量，如圖2B中的心率信號質量SQ:1。
信號質量較差，則可設定為第一預設質量，如圖2B中的心率信號質量SQ:1。
步驟203，根據時域特徵值中的第二預設時域特徵值確定第一PPG數據是否為噪聲數據，如果為噪聲數據，則執行步驟204，如果不為噪聲數據，則執行步驟207。
在一實施例中，如果用戶不處於第一活動狀態，則可進一步根據第二預設時域特徵值確定第一PPG數據是否有擾動。
在一實施例中，第二預設時域特徵值包括以下任意一項或者兩項以上的組合：極大值（F2）、所有採樣點的幅值均值（F3）、心率波動的最大峰值（F4）、平均極大波峰值（F5）。可穿戴設備在根據上述特徵值確定第一PPG數據是否有擾動時可根據經驗數據為每個特徵值分配一定的權重（其中，經驗數據可根據用戶在測定時間段內使用可穿戴設備檢測心率時統計的數據得到）。例如，根據特徵（F2）中的特徵序列，如果極大值中的最大值（F2a）>2*極大值均值（F2b），或者最大峰值（F4）>3*幅值均值（F3），又或者預設時間周期內的平均極大波峰值（F5）與最大峰值（F4）的比值小於經驗閾值（T2），採用集合的形式表示為：
（F2a>2*F2b）ⅴ（F3>1 .5*F3）ⅴ（F5/F4<T2）
那么可以認為PPG信號受到擾動。
在一實施例中，每個特徵值是相關聯的，因此也可根據其中一個特徵值確定第一PPG數據是否有擾動。
步驟204，確定第一PPG數據的心率信號質量為第二預設質量。
如果第一PPG數據有擾動，則可確定心率信號質量為第二預設質量，如圖2B中的心率信號質量SQ:2。
步驟205，根據時域特徵值中的第三預設時域特徵值確定第一PPG數據的噪聲強度。
在一實施例中，噪聲數據用於表示第一PPG數據為有擾動的信號數據。
在一實施例中，第三預設時域特徵值包括時域波形離散程度（F1），可通過確定時域波形的離散程度確定噪聲強度，如果離散程度比較大，則說明噪聲強度大，如果離散程度比較小，則說明噪聲強度小。
步驟206，根據噪聲強度，確定第一PPG數據的信號質量為第二預設質量中的預設級數的信號質量。
在一實施例中，可穿戴設備可根據第一PPG數據的離散程度的具體值將第二預設質量分為若干個等級，例如根據離散程度的強、中、弱，分為三個級別，或者根據離散程度的強弱分為兩個級別，或者根據離散程度的具體值分為三個以上的級別，每個級別對應一個信號質量。
圖2B中，將第二預設質量分為兩個級別，如心率信號質量SQ:2.1和SQ:2.2。
步驟207，確定第一PPG數據的心率信號質量為第三預設質量。
在一實施例中，如果第一PPG數據不為噪聲數據，則表示所採集的第一PPG數據為用戶完全靜止的安靜狀態下採集的數據，可將第一PPG數據的心率信號質量確定為第三預設質量。
步驟208，根據時域特徵值中的第四預設時域特徵值和頻域特徵值中的第二預設頻域特徵值確定第一PPG數據的周期性和信號強度。
在一實施例中，第四預設時域特徵值包括平均極大波峰值（F5）；在又一實施例中，第二預設頻域特徵值包括主頻率（F8）和/或頻域離散程度（F9）。例如，平均極大波峰值（F5）大於經驗閾值（T3），主頻率（F8）與頻域離散程度（F9）大於經驗閾值（T4）時，採用集合的形式表示為：
（F5>T3）^（F9>T4）
可以確定PPG數據的心率質量信號為第三預設質量SQ:3。
在一實施例中，上述經驗閾值可根據用戶在測定時間段內使用可穿戴設備檢測心率時統計的數據得到。
步驟209，根據周期性和信號強度，確定第一PPG數據的信號質量為第三預設質量中的預設級數的信號質量。
在一實施例中，可綜合考慮第一PPG數據的周期性和信號強度，將第三預設質量分為若干個等級。
圖2B中，將第三預設質量分為兩個級別，如心率信號質量SQ:3.1和SQ:3.2。
該領域技術人員可以理解的是，可穿戴設備可根據第一PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值將所第一PPG數據劃分為不同的信號質量級別，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》並不對信號質量的具體等級數進行限定，也不對根據哪些具體特徵值進行信號質量的等級劃分進行限定。
由上述描述可知，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》實施例通過上述步驟可以綜合考慮第一PPG數據的多種特徵值來準確地確定第一PPG數據的信號質量，進而可以提高后續計算安靜心率的準確性。圖3示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的如何計算心率值的流程示意圖，如圖3所示，包括以下步驟：
步驟301，根據第一PPG數據的時域特徵值中的心率波峰數、波峰間隔，確定時域心率估計值。
在一實施例中，根據第一PPG數據的時域特徵值中的心率波峰數、波峰間隔，確定時域心率估計值，包括：
根據式（1）確定時域心率估計值HeartRatet：
其中，PeakNumber用於表示心率波峰數，PeakInterval用於表示波峰間隔，SampleRate用於表示採樣率。
在一實施例中，PeakNumber、PeakInterval、SampleRate等都是表示每秒鐘的數據，而一般心率是指一分鐘的心率，因此式（1）中通過*60計算出一分鐘的心率。
步驟302，根據頻域特徵值中的頻譜，確定頻域心率估計值。
在一實施例中，可通過計算主頻點*60得到頻域心率估計值HeartRatef，如圖1D中，主頻點為1.27，則頻域心率估計值為1.27*60＝76.2，可取整得到頻域心率估計值為76。步驟303，根據時域心率估計值、頻域心率估計值、預設時間周期內的心率信號質量，以及前一預設時間周期的心率信號質量，確定預設時間周期內的心率值。
在一實施例中，根據時域心率估計值、頻域心率估計值、預設時間周期內的心率信號質量，以及前一預設時間周期的心率信號質量，確定預設時間周期內的心率值，包括：
HeartRatecurrent
=*HeartRateprevious +HeartRatet+式（2）
*HeartRatet
其中，用於表示所述前一預設時間周期的心率值的權重，用於表示所述時域心率估計值的權重，用於表示所述頻域心率估計值的權重。下標current表示根據預設時間周期內採集的PPG數據計算所得的結果，下標previous表示根據前一預設時間周期內採集的PPG數據計算所得的結果。
在一實施例中，ω1大小具體可根據前一預設時間周期的心率信號質量和當前預設時間周期的心率信號質量的大小確定，例如，如果前一預設時間周期的心率信號質量為第二預設質量，當前預設時間周期的心率信號質量也為第二預設質量，則可設定ω1為0.5，其中當前預設時間周期的心率信號質量越好，ω1越小。
在一實施例中，ω2和ω3的值具體可以根據經驗值設定，時域特徵值穩定，則可設定ω2的值大一些，而頻域特徵值穩定時，可設定ω3的值大一些。
在一實施例中，當第一次計算心率值時，沒有歷史數據可以參與計算，可穿戴設備可在當前所獲取的心率信號質量比較好時計算心率值。
由以上技術方案可見，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》可以準確地確定用戶的心率信號質量、時域特徵值和頻域特徵值，從而實現在將心率信號質量考慮在內的情況下結合PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值計算用戶的心率值，可以有效減小噪聲對PPG數據的影響，提高安靜心率計算的準確性；此外，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》還可以使用歷史心率相關數據對當前心率值進行修正，進而可以保證心率值的穩定性和準確性，提高對用戶心率檢測的可信度。
圖4示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的檢測心率的方法的流程示意圖，如圖4所示，包括以下步驟：
步驟401，在預設時間周期內採集第二PPG數據。
步驟402，根據第二PPG數據確定可穿戴設備是否處於未穿戴狀態，如果處於未穿戴狀態，則執行步驟403，否則執行步驟404。
步驟403，生成提示信息，用於提醒用戶可穿戴設備處於未穿戴狀態。
在一實施例中，提示信息可以為文字提示信息；在又一實施例中，提示信息可以為聲音提示信息；在再一實施例中，提示信息可以為振動提示信息；在再一實施例中，提示信息可以為光信號提示信息。
步驟404，對預設時間周期內採集的第二PPG數據進行預處理，得到預設時間周期內的第一PPG數據。
步驟405，計算第一PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值。
步驟406，根據第一PPG數據的時域特徵值、頻域特徵值以及用戶在預設時間周期內的活動量，確定預設時間周期內的心率信號質量。
步驟407，根據第一PPG數據的時域特徵值、頻域特徵值、預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定用戶在預設時間周期內的心率值，其中，心率相關數據包括心率值和心率信號質量，執行步驟408和步驟409。
步驟404至步驟407的相關描述可參見圖1A實施例的步驟101至步驟104的詳細描述，這裡不再贅述。
步驟408，在可穿戴設備上推出心率值和心率信號質量。
在一實施例中，可穿戴設備可顯示心率值和心率信號質量，以供用戶確定自身的身體健康狀態。
在又一實施例中，可穿戴設備可播放心率值和心率信號質量，以供用戶確定自身的身體健康狀態。
步驟409，通過無線通信的方式將心率值和心率信號質量傳送給主機設備，以供主機設備根據心率值確定用戶的身體健康狀態。
由以上技術方案可見，本實施例在上述實施例的有益效果的基礎上，還具有以下效果：通過確定可穿戴設備是否處於未穿戴狀態並且在可穿戴設備處於未穿戴狀態時提醒用戶正確佩戴可穿戴設備，可以避免採集無效的PPG數據，進而有效降低可穿戴設備處理噪聲數據的功耗。
對應於上述的檢測心率的方法，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》還提出了圖5所示的根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的可穿戴設備的示意結構圖。請參考圖5，在硬體層面，該可穿戴設備包括處理器、內部匯流排、網路接口、記憶體以及非易失性存儲器，當然還可能包括其他業務所需要的硬體。處理器從非易失性存儲器中讀取對應的電腦程式到記憶體中然後運行電腦程式，在邏輯層面上形成檢測心率的裝置。當然，除了軟體實現方式之外，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》並不排除其他實現方式，比如邏輯器件抑或軟硬體結合的方式等等，也就是說以下處理流程的執行主體並不限定於各個邏輯單元，也可以是硬體或邏輯器件。
圖6示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的一示例性實施例的檢測心率的裝置的結構示意圖；如圖6所示，該檢測心率的裝置可以包括：計算模組61、質量確定模組62、心率確定模組63。其中：計算模組61，用於計算預設時間周期內獲取的第一光電容積描記PPG數據的時域特徵值和頻域特徵值；
質量確定模組62，用於根據計算模組61計算得到的第一PPG數據的時域特徵值、頻域特徵值以及用戶在預設時間周期內的活動量，確定預設時間周期內的心率信號質量； 心率確定模組63，用於根據計算模組61計算得到的第一PPG數據的時域特徵值、頻域特徵值、質量確定模組62確定的預設時間周期內的心率信號質量、以及前一預設時間周期的心率相關數據，確定用戶在預設時間周期內的心率值，其中，心率相關數據包括心率值和心率信號質量。
圖7示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的又一示例性實施例的檢測心率的裝置的結構示意圖；如圖7所示，在上述圖6所示實施例的基礎上，在一實施例中，裝置還包括：
加速度採集模組64，用於在預設時間周期內採集加速度數據；
活動量確定模組65，用於根據加速度採集模組採集的加速度數據確定用戶在預設時間周期內的活動量。
在一實施例中，質量確定模組62包括：
第一確定單元621，用於根據用戶在預設時間周期內的活動量、計算模組計算得到的時域特徵值中的第一預設時域特徵值，以及計算模組計算得到的頻域特徵值中的第一預設頻域特徵值確定用戶是否處於第一活動狀態，其中，第一活動狀態用於表示用戶發生劇烈活動的狀態；
第二確定單元622，用於如果第一確定單元621確定用戶處於第一活動狀態，確定第一PPG數據的心率信號質量為第一預設質量；
第三確定單元623，用於如果第一確定單元621確定用戶不處於第一活動狀態，則根據時域特徵值中的第二預設時域特徵值確定第一PPG數據是否為噪聲數據；
第四確定單元624，用於如果第三確定單元623確定第一PPG數據為噪聲數據，則確定第一PPG數據的心率信號質量為第二預設質量；
第五確定單元625，用於如果第三確定單元623確定第一PPG數據不為噪聲數據，則確定第一PPG數據的心率信號質量為第三預設質量。
在一實施例中，質量確定模組62還包括：
第六確定單元626，用於如果第三確定單元確定623第一PPG數據為噪聲數據，則根據時域特徵值中的第三預設時域特徵值確定第一PPG數據的噪聲強度，其中噪聲數據用於表示第一PPG數據為有擾動的信號數據；
第七確定單元627，用於根據第六確定單元626確定的噪聲強度，確定第一PPG數據的信號質量為第二預設質量中的預設級數的信號質量。
在一實施例中，質量確定模組62還包括：
第八確定單元628，用於如果第三確定單元623確定第一PPG數據不為噪聲數據，則根據時域特徵值中的第四預設時域特徵值和頻域特徵值中的第二預設頻域特徵值確定第一PPG數據的周期性和信號強度；
第九確定單元629，用於根據第八確定單元628確定的周期性和信號強度，確定第一PPG數據的信號質量為第三預設質量中的預設級數的信號質量。
圖8示出了根據《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》的另一示例性實施例的檢測心率的裝置的結構示意圖；如圖8所示，在上述圖6和/或圖7所示實施例的基礎上，在一實施例中，心率確定模組63包括：
時域心率確定單元631，用於根據第一PPG數據的時域特徵值中的心率波峰數、波峰間隔，確定時域心率估計值；
頻域心率確定單元632，用於根據頻域特徵值中的頻譜，確定頻域心率估計值；
心率確定單元633，用於根據時域心率確定單元確定的時域心率估計值、頻域心率確定單元確定的頻域心率估計值、預設時間周期內的心率信號質量，以及前一預設時間周期的心率信號質量，確定預設時間周期內的心率值。
在一實施例中，時域心率確定單元631，用於根據式（1）確定時域心率估計值：
其中，PeakNumber用於表
示心率波峰數，PeakInterval用於表示波峰間隔，SampleRate用於表示採樣率。
在一實施例中，心率確定單元633，用於根據式（2）確定預設時間周期內的心率值：
HeartRatecurrent
=*HeartRateprevious +HeartRatet+式（2）
*HeartRatet
其中，用於表示所述前一預設時間周期的心率值的權重，用於表示所述時域心率估計值的權重，用於表示所述頻域心率估計值的權重。
在一實施例中，裝置還包括：
傳送模組66，用於通過無線通信的方式將心率值和心率信號質量傳送給主機設備，以供主機設備根據心率值和心率信號質量確定用戶的身體健康狀態。
在一實施例中，裝置還包括：
處理模組67，用於對所述預設時間周期內採集的第二PPG數據進行預處理，得到所述預設時間周期內的第一PPG數據。
在一實施例中，裝置還包括：
狀態確定模組68，用於根據第二PPG數據確定可穿戴設備是否處於未穿戴狀態；生成模組69，用於如果狀態確定模組68確定可穿戴設備處於未穿戴狀態，則生成提示信息，用於提醒用戶可穿戴設備處於未穿戴狀態。
榮譽表彰
2021年8月16日，《檢測心率的方法、裝置及可穿戴設備》獲得安徽省第八屆專利獎金獎。
