一种光电式脉搏信号测量方法、装置及测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信号检测技术领域，特别涉及一种能够抑制噪声干扰、增强脉搏检测 信号强度的光电式脉搏信号测量方法、装置及测量设备。
【背景技术】
[0002] 光电式脉搏信号检测因其使用方式便捷，体积小巧，功耗低的特点，在医疗和消费 电子领域都有广泛的应用，特别在可穿戴设备中引人注目。
[0003] 光电式脉搏信号检测的原理主要是，当光照射到皮肤上时，一部分被吸收，一部分 被反射，当心脏搏动时，动脉血在血管中的流速呈现与心跳周期相同的周期运动，引起反射 光强度的周期变化。光电发射器发射光束到皮肤上，经过皮肤反射，由光电接收器接收，根 据反射光强度的变化趋势，就可以得到心跳的周期和频率。
[0004] 在实际应用中，光电式脉搏检测常会遇到环境光干扰。光电传感器以外的自然光 和人造光照射到光电接收器上，形成干扰，影响反射光的信号能量统计，进而影响心跳周期 检测精度。
[0005] 以往的技术中，消除和减弱环境光干扰，一种惯用方法为改进结构，尽量减小光传 感器和外部环境之间的缝隙以遮挡环境光；又一种惯用方法为加强光源的发射强度。然而， 这些方法在便携设备和可穿戴设备中适用性会降低，在这类设备中，为了使用方便和舒适， 传感器和皮肤的贴合并不紧密，容易出现缝隙，且缝隙的大小还会随着相对运动而变化，难 以有效遮挡环境光；在可穿戴设备中需要设备有较长的工作时间，增大光源强度，会使功耗 过大，缩短使用时间，并不适用。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种光电式脉搏信号测量方法、装置及 测量设备，能够简单、有效地消除脉搏信号测量时的环境光干扰。
[0007] 为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
[0008] 一方面，本发明实施例提供了一种光电式脉搏信号测量方法，该方法包括：
[0009] 获取一路光电发射器发出的从皮下有动脉的皮肤表面反射回来的主路光信号，获 取至少一路接收环境光信号的辅路光信号；
[0010] 依据所述至少一路辅路光信号自适应滤除所述主路光信号中的环境光干扰，获取 自适应滤波结果；
[0011] 从自适应滤波结果中提取出脉搏信号。
[0012] 其中，所述获取一路光电发射器发出的从皮下有动脉的皮肤表面反射回来的主路 光信号，获取至少一路接收环境光信号的辅路光信号包括：
[0013] 在可佩戴测量设备上设置一个光电发射器和两个以上的光电接收器，其中一个光 电接收器为主接收器，其余的为辅接收器；
[0014] 在使用者佩戴所述测量设备进行脉搏信号测量时，将主接收器和所述光电发射器 置于皮肤的指定位置，使所述主接收器与所述光电发射器之间至少有一条动脉经过，各辅 接收器朝向外环境，所述各辅接收器与所述光电发射器的距离大于距离阈值，以使所述光 电发射器产生的反射光不会进入各辅接收器；
[0015] 利用所述主接收器接收光电发射器发出的从皮下有动脉的皮肤表面反射回来的 光信号，利用所述各辅接收器接收环境光信号。
[0016] 其中，在依据所述至少一路辅路光信号自适应滤除所述主路光信号中的环境光干 扰之前，该方法还包括：
[0017] 滤除主路光信号和各辅路光信号中的直流成分和高频成分。
[0018] 在将主路光信号和辅路光信号中的直流成分和高频成分滤除之后，该方法还包 括：
[0019] 对滤除直流成分和高频成分的主路光信号和各辅路光信号分别进行与脉搏信号 有关的频率能量均衡。
[0020] 其中，所述依据所述至少一路辅路光信号自适应滤除所述主路光信号中的环境光 干扰包括：
[0021 ] 根据各辅路光信号中的环境光与主路光信号中的环境光的光强度关系，得到各辅 路光信号的传输路径滤波器；
[0022] 在一次自适应滤波周期中，计算各辅路光信号经过对应的传输路径滤波器的输 出信号；
[0023] 从主路光信号中减去各辅路光信号的输出信号，得到本次自适应滤波周期下输出 的滤波结果。
[0024] 进一步地，在得到本次自适应滤波周期下输出的滤波结果之后，该方法还包括：
[0025] 根据本次自适应滤波周期下的滤波结果与各辅路光信号的相关函数，计算各辅路 光信号的传输路径滤波器系数的更新量；
[0026] 将所述更新量对应叠加到各辅路光信号的传输路径滤波器系数中，对各辅路光信 号的传输路径滤波器进行更新，得到下一自适应滤波周期下各辅路光信号的传输路径滤波 器。
[0027] 更进一步地，在对各辅路光信号的传输路径滤波器进行更新后，该方法还包括：
[0028] 判断更新后的传输路径滤波器是否满足滤波器约束条件，若是，将更新后的传输 路径滤波器作为下一自适应滤波周期下该辅路光信号的传输路径滤波器，若否，对更新后 的传输路径滤波器进行归一化处理，将归一化后的传输路径滤波器作为下一自适应滤波周 期下该辅路光信号的传输路径滤波器。
[0029] 另一方面，本发明实施例还提供了一种光电式脉搏信号测量装置，该装置包括：
[0030] 光信号获取单元，用于获取一路光电发射器发出的从皮下有动脉的皮肤表面反射 回来的主路光信号，获取至少一路接收环境光信号的辅路光信号；
[0031] 自适应滤波单元，用于依据所述至少一路辅路光信号自适应滤除所述主路光信号 中的环境光干扰，获取自适应滤波结果；
[0032] 脉搏信号提取单元，用于从自适应滤波结果中提取出脉搏信号。
[0033] 可选地，该装置还包括：
[0034] 预处理单元，用于滤除主路光信号和各辅路光信号中的直流成分和高频成分；优 选地，预处理单元还用于对滤除直流成分和高频成分的主路光信号和各辅路光信号分别进 行与脉搏信号有关的频率能量均衡。
[0035] 具体地，所述自适应滤波单元包括：
[0036] 传输路径滤波器，用于根据各辅路光信号中的环境光与主路光信号中的环境光的 光强度关系得到各辅路光信号的传输路径滤波器；在一次自适应滤波周期中，计算各辅路 光信号经过对应的传输路径滤波器的输出信号；从主路光信号中减去各辅路光信号的输出 信号，得到本次自适应滤波周期下输出的滤波结果；
[0037] 滤波控制器，用于根据本次自适应滤波周期下的滤波结果与各辅路光信号的相关 函数，计算各辅路光信号的传输路径滤波器系数的更新量；将所述更新量对应叠加到各辅 路光信号的传输路径滤波器系数中，对各辅路光信号的传输路径滤波器进行更新，得到下 一自适应滤波周期下各辅路光信号的传输路径滤波器；
[0038] 归一化模块，用于判断更新后的传输路径滤波器是否满足滤波器约束条件，若是， 将更新后的传输路径滤波器作为下一自适应滤波周期下该辅路光信号的传输路径滤波器， 若否，对更新后的传输路径滤波器进行归一化处理，将归一化后的传输路径滤波器作为下 一自适应滤波周期下该辅路光信号的传输路径滤波器。
[0039] 又一方面，本发明实施例还提供了一种测量设备，包括上述光电式脉搏信号测量 装置，
[0040] 所述测量设备上设置一个光电发射器和两个以上的光电接收器，其中一个光电接 收器为主接收器，其余的为辅接收器，
[0041] 在使用者佩戴所述测量设备进行脉搏信号测量时，主接收器和所述光电发射器置 于皮肤的指定位置，所述主接收器与所述光电发射器之间至少有一条动脉经过，各辅接收 器朝向外环境，所述各辅接收器与所述光电发射器的距离大于距离阈值，以使所述光电发 射器产生的反射光不会进入各辅接收器。
[0042] 其中，所述测量设备为与人体腕部相适配的环状设备，所述光电发射器、主光电接 收器位于环状设备与腕部皮肤相贴合的内侧，所述各辅接收器位于环状设备与腕部皮肤不 相贴合的外侧；
[0043] 所述测量设备为耳机，所述光电发射器、主光电接收器位于耳塞上与耳朵皮肤相 贴合的部位，所述各辅接收器位于耳塞上与耳朵皮肤不相贴合的部位。
[0044] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0045] 本发明实施例的技术方案，基于光传播模型和光强度信号的物理特征，利用光电 传感器阵列技术，获取一路光电发射器发出的从皮下有动脉的皮肤表面反射回来的主路光 信号，获取至少一路接收环境光信号的辅路光信号后，依据辅路光信号自适应滤除主路光 信号中的环境光干扰信号，从而消除或降低光电测量脉搏信号时的环境光干扰，提高脉搏 信号测量的精度。本技术方案，由于利