失真降低的信号检测的制作方法

失真降低的信号检测的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于从检测到的特征信号中提取信息的设备和方法。可从由对象(12)所发射或者反射的电磁辐射(14)得到的数据流(26)被接收。数据流(26)包括基于连续或离散时间的特征信号(;98)，其包括与信号空间(88)的相应互补通道(90a,90b,90c)相关的至少两个主要分量(92a,92b,92c)。特征信号(;98)在考虑大体上线性的代数信号构成模型的情况下被映射到定义的分量表示(;)以便规定线性代数方程。所述线性代数方程在考虑规定的信号部分()的至少近似估计的情况下被至少部分地求解。因此，高度地指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的表达能够从所述线性代数方程得到。
【专利说明】失真降低的信号检测
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于从特征信号中提取信息的设备和方法，其中特征信号被嵌入在可从电磁辐射得到的数据流中，特别地其中数据流包括基于连续或离散时间的特征信号，其中特征信号包括与信号空间相关联的至少两个主要分量，信号空间包括用于表示特征信号的互补通道，特征信号的主要分量与信号空间的相应互补通道相关。本发明进一步解决了失真降低的信号检测。
【背景技术】
[0002]WO 2011/021128 A2公开了用于图像分析的方法和系统，包括:
-获得图像的序列；
-对图像的序列中的至少一个执行基于视觉的分析以便获得用于对在图像中表示的主体的状态进行分类的数据；
-确定在图像的序列中的至少一些中表示的生物的生理参数的至少一个值,其中生理参数的至少一个值通过对来自图像的相同的序列的图像数据的分析而被确定，对其执行了基于视觉的分析的至少一个图像取自所述图像的序列；以及
-使用用基于视觉的分析所获得的数据和生理参数的至少一个值来分类主体的状态。
[0003]本文档进一步公开了所述方法和系统的若干细化。例如，远程光电容积脉搏波(PPG)分析的使用被设想。一般而言，在图像处理的领域中，许多进步被做出，因为记录数据的深入分析被实现了。在这个上下文中，能够设想以某种方式从记录的数据中提取信息以便使能实现关于被观察生命个体的身体状况或甚至健康的具体结论。
[0004]WO 2011/042858 Al公开了解决处理信号的另一个方法和系统，所述信号至少包括表示生物中的周期性现象的分量。远程光电容积脉搏波描记法(photoplethysmography)的附加的基本方法在 Optics Express, Optical Society of America, Washington,D.C., USA, vol.16，n0.26，pp.21434-21445 中 Verkruysse, W等人(2008)的“Remoteplethysmographic imaging using ambient light，，中被描述。
[0005]然而，通过例子，诸如由于改变的光照条件或被观察对象的移动而导致的噪声，诸如捕获到的反射的或发射的电磁辐射之类的记录数据(尤其是记录的图像帧)除了要被从其提取的所期望的信号外还常常包括从总体干扰得到的另外的信号分量。从而，所期望的信号的具体精确提取对这样的数据的处理仍然提出了较大挑战。
[0006]尽管计算性能领域中的相当大的进步已被做出了，但是提供即时图像识别和图像处理从而使能实现期望的生命信号的立即的(可以说是在线的)检测仍然是一个挑战。这特别地适用于通常缺少充足计算能力的移动设备应用。此外，数据传输容量能够在若干应用中被限制。
[0007]对这个挑战的可能方法可以针对当捕获感兴趣信号时提供准备充分且稳定的环境条件，所期望的信号分量被嵌入在所述感兴趣信号中以便最小化重叠该信号的干扰信号分量。然而，这样的实验室条件不能够被转移到日常现场应用，因为高的努力和准备工作对其来说将是要求的。
[0008]毕竟，当干扰信号分量的幅度和/或标称值比要被提取的期望信号分量的幅度和/或标称值大得多时，生命信号检测变得甚至更加困难。潜在地，相应分量之间的差异的量级能够被预期甚至包括几个数量级。这特别地适用于远程PPG。

【发明内容】

[0009]因此，本发明的目标是提供用于从检测到的特征信号中提取信息从而提供便于以较高准确性获得所期望的信号的进一步细化的系统和方法。
[0010]此外，提供甚至被适配用于在相当差的环境条件(例如小信噪比)、变化的光照条件和/或要被观察的对象的稳定或甚至不稳定移动下使能实现所期望的信号的提取的设备和方法将是有利的。提供被适配成是不太易受干扰的设备将是进一步有利的，所述干扰影响要被处理和分析的所捕获到的信号。
[0011]在本发明的第一方面，用于从检测到的特征信号中提取信息的系统被呈现，所述系统包括:
-接口，其用于接收可从被对象反射的电磁辐射得到的数据流，数据流包括基于连续或离散时间的特征信号，特征信号包括与信号空间相关联的至少两个主要分量，信号空间包括用于表示特征信号的互补通道，特征信号的主要分量与信号空间的相应互补通道相关，
-转换器装置，其用于在考虑大体上线性的代数信号构成模型的情况下将特征信号映射到定义的分量表示以便规定线性代数方程，特征信号至少大体上由生理反射分量和干扰反射分量组成，其中生理反射分量包括可归因于要被观察的对象的基本生理属性的基本反射部分和可归因于至少一个至少部分周期性的生命信号的指示性的反射部分，
-其中基本反射部分包括基本反射指数元素和基本反射系数，
-其中指示性的反射部分包括指示性的反射指数元素和时间相关的指示性的反射系数，指示性的反射系数高度地指示感兴趣的至少一个至少部分周期性的生命信号，
-其中干扰反射分量包括干扰反射指数元素和干扰反射系数，
-处理装置，其用于在考虑基本反射指数元素、指示性的反射指数元素以及干扰反射指数元素的定向的至少近似估计的情况下来至少部分地求解线性代数方程以便得到高度地指示至少一个至少部分周期性的生命信号的表达，所述高度地指示性的表达至少包括指示性的反射系数。
[0012]特别地当即时信号检测被要求时，对象运动和改变的光照条件对信号检测形成了较大挑战。例如，检测到的光照改变能够是由对象运动引起的。这特别地在对象跟踪经受诸如时间延迟之类的限制时或甚至在光照仅在非常小的区域中是一致的时适用。此外，光照条件能够由于不稳定的光照源(例如变化的环境光)而劣化。这特别地适用于基于远程捕获到的数据的信号检测。
[0013]本发明是基于这样的洞察力的:特征信号能够被分解成可归因于若干现象的信号部分。考虑这个关系，信号提取能够被改进，因为关于若干信号部分的定向的估计能够被应用以便简化底层问题。
[0014]换句话说，当将特征信号“映射”到所定义的分量表示并且将信号“分裂”成指数元素(例如，单位向量)和表示相应量级的系数时，复杂问题能够被转换成包括简化的子问题的表达。从而，数据处理能够集中于这些子问题。假设和估计能够针对子问题并且可以至少部分地在处理复杂问题中做出贡献。特别地，干扰反射分量的定向在某种程度上能够被估计。因此，特征信号能够针对干扰反射分量被至少部分地补偿。信噪比能够被以这种方式改进。因此，下游信号分析能够甚至在相当挑战性的条件下被简化。
[0015]数据流能够包括数据序列，例如，包括色彩信息的一系列图像帧，诸如RGB图像。图像帧能够表示感兴趣对象和另外的元素。基本上，另外的元素不指示要被从数据流中提取的所期望的信号。在这点上，能够设想到的是，特征信号包括三个(例如R、G以及B)或甚至更多的主要分量。
[0016]存在转换器装置和处理装置的若干实施例。在第一个十分简单的实施例中，转换器装置和处理装置由处理单元、特别是由被相应的逻辑命令驱动的个人计算机或移动设备的处理器单元来体现。这样的处理单元还可以包括适合的输入和输出接口。
[0017]然而，在替代方案中，转换器装置和处理装置中的每一个都能够由单独的处理单元来体现，所述单独的处理单元被或者可由相应命令驱动。从而，每个相应的处理单元能够适于其特殊目的。因此，任务的分配可以被应用，其中不同的任务被处理，例如，在多处理器处理单元的单个处理器上被执行，或者，再次参考个人计算机，图像处理相关的任务在图像处理上被执行，然而其它操作任务在中央处理单元上被执行。
[0018]不言而喻，进一步的信号优化措施能够被应用于包括特征信号的数据流。这些措施能够包括运动补偿、图式检测(例如面部检测)或归一化措施。归一化能够致使信号分量至少部分地独立于总体干扰。在该上下文中，应提醒的是，在日常条件下，感兴趣信号相比于非指示性的干扰是相当小的。此外，上游和/或下游滤波器能够被利用以便衰减数据流的潜在地非指示性的部分。
[0019]根据所述设备的另一个方面，至少一个至少部分周期性的生命信号选自由心率、心跳、呼吸率、心率变异性、Traube - Hering - Mayer波以及氧饱和度构成的组，并且其中信号空间是加性(additive)或减性(subtractive)色彩信号空间,其中至少两个主要分量表示由互补通道所指示的相应的不同的色彩分量，其中互补通道与定义的光谱部分相关。
[0020]有利地，这些生命信号中的至少一些能够被转成彼此。特征信号的轻微脉动或振荡能够被分析和解释以便得出所期望的生命信号的检测。此外，应理解，一般而言，(一个或多个)所期望的生命信号能够直接地或间接地从感兴趣对象展示的至少一个至少部分周期性的信号得到。不言而喻，本发明的设备和方法能够与进一步的检测和分析措施组合以便进一步增强信号提取。
[0021]例如，RGB信号空间可以被应用。替代信号空间可以包括YUV、CIE XYZ、HSV、HSL、sRGB以及xvYCC信号或者从其得到。并且其衍生物能够被利用。应指出，基本上线性的RGB信号能够被利用于所期望的信号检测。因此，非线性信号空间(例如伽玛校正的信号)能够被相应地变换。能够进一步设想至少部分地组合若干不同的信号空间，以便为所要求的分析过程提供更广的光谱基础。例如，所谓的RGBY信号也能够被应用。在RGBY信号空间中，除红、绿以及蓝信号之外，黄信号同样能够携带色彩信息。
[0022]在输入数据流与减性色彩模型(例如CMYK)相关的情况下，数据能够被相应地转换以便得出加性信号空间。[0023]另外的光谱分量能够被利用于从数据流中提取所期望的(一个或多个)生命信号。在这点上，红外线辐射分量同样能够被应用。例如红信号与红外线信号之间的比率能够高度地指示所期望的信号。并且红外线辐射能够经历镜面反射比(reflectance)。同样能够设想将红外线信号添加到RGB信号空间。
[0024]根据更进一步的方面，所述设备包括用于从经计算的高度地指示性的表达中提取生命信号的提取器装置，生命信号优选地在考虑指示性的反射系数或者考虑指示性的反射系数和基本反射系数的比率的情况下而被提取。
[0025]例如，能够将指示性的反射系数除以基本反射系数或基本反射系数的平均值。适合的强度归一化能够被以这种方式实现。因此，所期望的信号能够变得平滑，这对于进一步的信号处理措施能够被认为是所期望的。
[0026]根据所述设备的另一有利的实施例，基本反射部分至少大体上指示感兴趣对象展示的平均组织色彩，其中指示性的反射部分至少大体上指示感兴趣对象的组织色彩的至少部分周期性的脉动，并且其中干扰反射分量至少大体上指示干扰镜面反射。
[0027]例如，光照相关干扰的相当大的一部分能够由镜面反射来解释。镜面反射比是入射辐射在界面处的“完美”反射。基本上，入射光线对应于反射光线。反射的角度等于入射的角度。换句话说，镜面反射暗示在表面和界面处的类似镜面的反射。此外，反射光线高度地指示电磁辐射的源，即光照源。这个关系能够被利用以便创建并且求解表示特征信号的构成模型的线性代数方程。
[0028]应理解，主要地，漫反射提供所期望的生命信号。漫反射大体上包括体反射而不是界面反射。例如，体反射受身体的感兴趣区域的色彩的轻微改变的影响。色彩改变可能是尤其由归因于血液循环的血管脉动引起的。所期望的生命信号能够被从其得到。此外，入射辐射能够在某种程度上被吸收。然而，可检测的反射信号非常可能包括干扰镜面反射部分。镜面反射基本上“映出”入射辐射而不受存在于界面(例如，皮肤的上表面)下面的对象属性影响。特别地，汗性皮肤区域和油性或多脂的皮肤区域高度地易受到镜面反射。在特定情况，例如体育实践、锻炼、体力工作下，或者甚至由于生病，被对象反射的电磁辐射的巨大部分能够与镜面反射比相关。因此，特征信号能够假设具有差的(即相当小)的信噪比。
[0029]根据所述设备的又一个方面，估计的指示性的反射指数元素在考虑包括基本反射指数元素的估计的表达和预定示范性的指示性的反射指数元素的归一化表达的情况下被获得。
[0030]与相应的归一化相组合以便避免皮肤类型相关的影响的样本指示性的反射指数元素的初始或移动估计能够被认为是求解由转换器装置所建立的线性代数方程的适合方法。
[0031 ] 应理解,在示范性测量期间获得的预定的示范性的指示性的反射指数元素能够在相应的基本反射指数元素被确定时使能实现要被观察的对象的另外的指示性的反射指数元素的确定。基本上，基本反射指数元素能够被利用于指示性的反射指数元素的所期望的估计。应用于示范性的指示性的反射指数元素的归一化能够针对至少在一定程度上衰减皮肤类型相关的影响。因此，经归一化的(皮肤类型无关的)指示性的反射指数元素能够与基本反射指数元素组合以便“代替”目前的指示性的反射指数元素。
[0032]根据有利的替代方法，经估计的指示性的反射指数元素被认为与由基本反射指数元素和干扰反射指数元素所跨越的信号平面正交，其中经估计的干扰反射指数元素至少大体上与指示影响感兴趣对象的电磁辐射源的特征的光照指数元素对准(align)。
[0033]如上面所提到的那样，镜面反射基本上“映出”入射辐射。因此，干扰反射指数元素能够被认为展示了发射已反射辐射的辐射源的色彩。通常，至少大体上白的光被辐射源发射。结果，对于镜面反射，由传感器装置所检测的镜面反射的辐射同样展示白辐射(光)。当聚结的指示性的图式的主要分量以便得出特征信号时，镜面反射相关的干扰反射分量基本上引起与干扰反射指数元素对准的“信号偏移”。信号偏移的长度(或量级)能够归因于经受镜面反射的指示性的图式的部分。对于白光，干扰反射指数元素能够被认为与穿越信号空间的对角向量平行，所述对角向量表示辐射源特征。在(统一的)RGB信号空间被应用情况下，对角向量基本上在黑点(例如(0，O, O))处开始，并且在信号空间的白点(例如(1，1，1))处结束。从而，干扰反射指数元素能够由向量(1，1，I)来表示。不言而喻，(长度)归一化能够被应用于相应的向量，因为干扰反射指数元素指示方向(即空间定向)而不是包括长度信息的不同的值表达。
[0034]在整个聚结的图式(agglomerated pattern)经受镜面反射情况下,特征信号大体上对应于能够被认为等于对角向量的干扰反射分量。在所观察到的图式仅部分地受镜面反射影响的情况下，特征信号部分地由能够被认为平行于但分别比对角向量要短的干扰反射分量组成。
[0035]应理解，“对角向量”能够在非白光被应用的情况下被相应地适配。
[0036]进一步假设:估计的指示性的反射指数元素能够被认为与由基本反射指数元素和干扰反射指数元素所跨越的平面正交是充分假设，因为信号中所期望的生命信号的波动能够被假定为既不与基本反射指数元素也不与干扰反射指数元素平行。换句话说，假定指示性的反射指数元素能够被认为是基本反射指数元素和干扰反射指数元素的(归一化的)叉积(cross product)在(预定的)示范性的指示性的反射指数元素的归一化的表达不能够被提前确定的情况下是有利的方法。
[0037]根据又更进一步的方面，估计的基本反射指数元素是从感兴趣对象的指示性的区域的特征信号的聚结的主要分量得到的，其中估计的干扰反射指数元素至少大体上与指示影响感兴趣对象的电磁辐射源的特征的光照指数对准，优选地所述设备被进一步适配成在观察感兴趣对象时应用基本反射指数元素的初始确定。
[0038]例如，感兴趣对象的面部部分能够被观察到。当跟踪面部部分时，归一化能够被应用以便概括重叠面部部分的相应(像素)图式的单个(像素)值。因此，特征信号能够包括单个聚结的值。特征信号能够以这种方式针对对象运动和/或改变的光照而被归一化。
[0039]根据这个实施例的有利的变例，估计的指示性的反射指数元素被认为至少大体上与基本反射指数元素正交并且至少大体上与干扰反射指数元素正交。
[0040]根据更进一步的实施例，对数信号表示被应用于所定义的分量表示，优选地基本反射系数与干扰反射系数之间的假定比率被考虑用于指示性的反射系数的确定。
[0041]这个实施例在同样利用包括对数标度的信号空间时可以是特别适合的。例如，1gRGB信号空间能够被应用以用于表示特征信号。一般而言，对数数据表示能够通过将广泛的值的表示降低到较小范围来解决预期的差信噪比。此外，对数能够便于数据计算，因为复杂计算能够被对数值的简化计算运算代替或者至少近似。而且，对数数据表示允许诸如泰勒(Taylor)级数之类的另外的简化表示。从而，例如，对于基本上依赖两个不同值的比率的数据处理，这个比率能够被转换成对数表示，对数表示能够被转换成(近似的)泰勒级数。因此，除法项能够被差项容易地代替。
[0042]根据这个实施例的变例，基本改变被应用于所定义的分量表示以便确保指示性的反射系数的平均值大于零，其中生命信号能够从指示性的反射系数的变换的表示得到。
[0043]根据本发明的另一方面，数据处理进一步包括特征信号在考虑基本反射指数元素的情况下的归一化。
[0044]根据本发明的另一个方面，干扰反射指数元素在考虑包括基本反射指数元素的预定归一化值的表达的情况下被获得，所述基本反射指数元素在考虑光照指数元素的假定的标准定向的情况下被获得，所述光照指数元素指示影响感兴趣对象的电磁辐射源的特征。
[0045]在这个上下文中，应理解，在一些情况下，估计的(常见的)基本反射指数元素能够被考虑。例如，当辐射源基本上发射白光时，基本反射指数元素能够被估计为至少在一定程度上与感兴趣对象的皮肤类型无关。考虑到这个估计，实际的基本反射指数元素能够被估计的基本反射指数元素代替以用于进一步处理。
[0046]根据进一步有利的变例，所述设备进一步包括缓冲装置，其用于缓冲特征信号以及基本反射系数、指示性的反射系数和干扰反射系数的结果得到的表示达定义的周期，其中处理装置被进一步适配成对经缓冲的指示性的反射系数应用傅里叶(Fourier)变换以便确定其优势频率分量，其中基本反射系数、指示性的反射系数以及干扰反射系数被转换为包括相应系数的内积的变换的信号表示，其中指示性的反射指数元素在考虑经变换的信号表示的情况下被确定。
[0047]指示性的反射系数能够以这种方式针对适任性(eligibility)而被评估以用于进一步信号处理。基本上，当经缓冲的指示性的反射系数的傅里叶变换示出了与相应频率相关的干净的信号峰值时，进一步的处理能够被应用于指示性的反射系数。在这点上，能够设想对最大信号峰值和另外的信号峰值的比率应用特定门限。优势频率能够被以这种方式确定。
[0048]在本发明的另一个方面，一种用于从检测到的特征信号中提取信息的方法被呈现，包括步骤:
-接收可从被对象反射的电磁辐射得到的数据流，数据流包括基于连续或离散时间的特征信号，特征信号包括与信号空间相关联的至少两个主要分量，信号空间包括用于表示特征信号的互补通道，特征信号的主要分量与信号空间的相应互补通道相关，
-在考虑大体上线性的代数信号构成模型的情况下将特征信号映射到定义的分量表示以便规定线性代数方程，特征信号至少大体上由生理反射分量和干扰反射分量组成，其中生理反射分量包括可归因于要被观察的对象的基本生理属性的基本反射部分和可归因于至少一个至少部分周期性的生命信号的指示性的反射部分，
-其中基本反射部分包括基本反射指数元素和基本反射系数，
-其中指示性的反射部分包括指示性的反射指数元素和时间相关的指示性的反射系数，指示性的反射系数高度地指示感兴趣的至少一个至少部分周期性的生命信号，
-其中干扰反射分量包括干扰反射指数元素和干扰反射系数，
-在考虑基本反射指数元素、指示性的反射指数元素以及干扰反射指数元素的定向的至少近似估计的情况下来至少部分地求解线性代数方程以便得到高度地指示至少一个至少部分周期性的生命信号的表达，所述高度地指示性的表达至少包括指示性的反射系数。
[0049]有利地，所述方法能够利用本发明的用于提取信息的所述设备来执行。
[0050]根据本发明的更进一步的方面，计算机程序被呈现，计算机程序包括程序代码装置，其用于当所述计算机程序在计算机上被执行时使计算机执行本发明的用于提取信息的所述方法的步骤。
[0051]本发明的优选实施例在从属权利要求中被定义。应理解，所要求保护的方法具有与所要求保护的设备和如在从属权利要求中所定义的类似的和/或相同的优选实施例。
【专利附图】

【附图说明】
[0052]本发明的这些和其它方面从在下文中所描述的实施例将是明显的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。在以下附图中
图1示出了其中本发明能够被使用的、设备的一般性布局的示意说明，
图2示出了利用体反射和界面反射方法的反射比模型的示意说明，
图3示出了反射比模型的另外的示范性的示意说明，
图4a示出了包括表示特征信号的指数元素的信号空间的示范性示意说明，
图4b作为解释示出了信号空间的另外的示范性的简化示意说明，以及 图5示出了包括信号转换和信号处理的系统的示意说明。
【具体实施方式】
[0053]图1示出了由附图标记10所表示的用于提取信息的设备的示意说明。例如，设备10能够被利用用于记录或者处理表示远程对象12的图像帧以用于远程PPG监测。图像帧能够从被对象12反射的电磁辐射14得到。对象12可以是人类或动物，或者一般地是生物。此外，对象12可以是人类的高度地指示期望信号的一部分，例如，面部部分或一般地皮肤部分。
[0054]诸如太阳光16a或人工辐射源16b之类的辐射的源以及若干辐射源的组合能够影响对象12。辐射源16a、16b基本上发射击打对象12的入射辐射18a、18b。为了从已记录数据(例如图像帧的序列)中提取信息，对象12的定义的部分或一部分能够被传感器装置24检测到。传感器装置24能够作为例子由适配成捕获至少属于电磁辐射14的光谱分量的信息的相机来体现。不言而喻，设备10同样能够被适配成处理已经提前记录并且同时被存储或者缓冲的输入信号，即输入数据流。如上面所指示的那样，电磁辐射14能够包含能够高度地指示至少一个至少部分周期性的生命信号20的连续或离散的特征信号。特征信号能够由(输入)数据流26来体现。对于数据捕获，对象12的潜在地指示性的部分能够被用像素图式22来掩蔽。当聚结加性分量的相应单个像素值时，平均像素值能够从像素图式22得到。以这种方式，所检测到的信号能够被归一化并且在某种程度上针对不期望的对象运动被补偿。平均像素值能够由特征信号来表示。在下文中，所捕获到的数据流26能够被认为是可以覆盖单个像素的对象12的感兴趣的特定区域或优选地覆盖多个像素的聚结的像素区域的表示。
[0055]在图1中，生命信号20可以允许关于心率、心跳、心率变异性、呼吸率或甚至氧饱和度的若干结论。
[0056]例如，用于获得这样的生命信号的常见方法可以包括触觉心率监测、心电描记法或脉冲血氧定量法。然而，为此目的，突兀的检测是要求的。如上面所指示的那样，替代方法针对利用图像处理方法的非突兀的远程测量。
[0057]包括连续或离散特征信号的数据流26能够被从传感器装置24输送到接口 28。不必说，缓冲装置同样能够被插入在传感器装置24与接口 28之间。在接口 28的下游，数据流30能够被输送到的输入滤波器32能够被提供。输入滤波器32能够被认为可选的，这由虚线来指示。输入滤波器32能够被适配用于对输送到其的数据流30进行滤波。例如，输入滤波器能够包括带通滤波、高通滤波和/或低通滤波装置。对于一些方法来说，输入滤波能够被认为是适合的措施以便至少在某种程度上从数据流去除不期望的(频率)部分。输入滤波器32能够借助于硬件或软件来体现。经滤波的数据流34能够被以这种方式获得。
[0058]经滤波的数据流34能够被输送到转换器装置36以便在考虑数据流26、30、34的(假定的)分量的情况下来建立定义的数据表示。为此目的，在数据流26、30、34中包括的特征信号基本上等于合并了生理反射分量和干扰反射分量的信号构成模型。而且，生理反射分量能够归因于基本反射部分和指示性的反射部分。指示性的反射部分被认为高度地指示感兴趣信号。通过“确立”暗示这些关系的方程，在信号提取下的问题能够被简化并且准备好用于进一步的适合的信号处理措施。
[0059]在转换器装置36的下游，转换的数据流38能够被输送到的处理装置40被提供。转换器装置36被适配用于至少部分地求解由转换器装置36所建立的方程。因此，经处理的数据流42能够被获得。例如，经处理的数据流42能够包括与指示性的反射部分相关的值，例如，指示指示性的反射部分的时间“强度”或“能量”的表达。基本上，指示性的反射部分应该依照所期望的感兴趣信号轻微脉动。
[0060]经处理的数据流42能够通过利用可选的强度归一化装置44而被进一步优化。强度归一化可以包括了应该不指示感兴趣的生命信号而是指示总体强度改变的信号分量的考虑。例如，强度改变能够包括变化的光照条件。因此，归一化的数据流46能够被获得。
[0061]进一步可选的数据处理措施能够通过输出滤波器48而被执行。输出滤波器48能够进一步增强信号质量。输出滤波器48能够包括带通滤波、高通滤波和/或低通滤波装置以便增强潜在地指示性的(频率)信号部分。
[0062]经滤波的数据流50能够被输送到提取器装置52，所述提取器装置52能够被适配用于从经滤波的数据流50中提取感兴趣的生命信号20。例如，牵涉指示性的反射部分相关项的特征信号的分量能够被比较以便得到高度地指示性的项。因此，提取的输出信号54能够被创建。此外，提取器装置52能够被适配用于进一步的信号处理，例如，诸如心率指示性的频率峰值之类的优势信号峰值的检测。
[0063]输入滤波器32、转换器装置36、处理装置40、强度归一化装置44、输出滤波器48以及提取器装置52能够共同地由常见处理单元56 (例如具有单个处理器或多个处理器的中央处理单元)来体现。同样，接口 28能够在容纳相应子组件的常见处理单元56中被连接到其。通过例子，处理单元56能够通过由相应逻辑命令所驱动的个人计算机来体现。在传感器装置24借助于硬件而被同样共同地连接到接口 28情况下，布置在更高层的捕获单元可以容纳相应的子组件。[0064]然而，在替代方案中，能够设想使单独的传感器装置24与处理单元56组合。这个连接能够借助于电缆链路或者借助于无线链路而被确立。代替传感器装置24，包括预记录数据的存储装置同样能够被连接到处理单元56。
[0065]以下部分描述了利用本发明的设备和方法的若干方面的远程光电容积脉搏波描记法的示范性方法。应理解，所示出的方法和实施例的单个步骤和特征能够被从解释的上下文中提取。这些步骤和特征因此可以是仍然由本发明的范围所覆盖的单独的实施例的一部分。
[0066]使用远程检测器的非突兀生命信号监测已被引入。例如，视频相机能够被利用。通过例子，感兴趣的生命信号能够包括心率、心跳或呼吸率。特别地，这些尝试中的一些能够被称为远程光电容积脉搏波描记法(PPG)。
[0067]用于远程PPG的可能方法能够包括跟踪感兴趣对象的平均皮肤色调的算法，所述平均皮肤色调随着血容量和血氧而变化或者波动。然而，一般而言，这个一般性方法对运动、皮肤色调的局部变化以及光照水平/光谱非常敏感，因为所期望的信号当被这些现象影响时相应地变得失真。
[0068]所谓的加性(additive)失真能够被认为是对这些基础方法的巨大挑战。基本上，加性失真(例如镜面反射比中的改变)不包括感兴趣信号，例如心跳信号。从而，已知方法和算法的性能当面对加性失真时可能显著地劣化。
[0069]标准光电容积脉搏波描记法(PPG)能够被用来以非侵入性方式获得期望的生命信号。例如，心血管脉冲能够被监测。然而，标准PPG利用了牢固地固定到感兴趣对象(例如到指尖或耳垂)的附着物。因此，标准PPG仍然能够被认为是突兀的方法。一般而言，PPG利用光的反射比或透射，其能够被认为成归因于血容量的局部改变或氧饱和度中的改变而改变。例如，在不同波长(例如红光和红外线光)下的发光二极管(LED)能够被用于生成导向感兴趣对象的辐射。此外，光电二极管检测器能够被使用以便检测光改变。因此，例如，为了估计心率，与对红光和红外线光的光电二极管响应相对应的两个时间信号
Vr和Vjr的比率V能够被分析:
【权利要求】
1.用于从检测到的特征信号中提取信息的设备，包括: -接口(28)，其用于接收可从被对象(12)反射的电磁辐射(14)得到的数据流(26),数据流(14)包括基于连续或离散时间的特征信号(￡ ； 98)，特征信号(_ ; 98)包括与信号空间(88)相关联的至少两个主要分量(92a，92b, 92c)，信号空间(88)包括用于表示特征信号(￡: ; 98)的互补通道(90a，90b,90c)，特征信号(_ ; 98)的主要分量(92a，92b, 92c)与信号空间(88)的相应互补通道(90a, 90b, 90c)相关，-转换器装置(36)，其用于在考虑大体上线性的代数信号构成模型的情况下将特征信号; 98)映射到定义的分量表示(H, ; Zc )以便规定线性代数方程，特征信号(—98)至少大体上由生理反射分量(100)和干扰反射分量(102)组成，其中生理反射分量(100)包括可归因于要被观察的对象(12)的基本生理属性的基本反射部分(104)和可归因于至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的指示性的反射部分(106)， -其中基本反射部分(104)包括基本反射指数元素(_ )和基本反射系数(c。)， -其中指示性的反射部分(106)包括指示性的反射指数元素(_ )和时间相关的指示性的反射系数(C1),所述指示性的反射系数(C1)高度地指示感兴趣的至少一个至少部分周期性的生命信号(20)， -其中干扰反射分量(102)包括干扰反射指数元素(s_ )和干扰反射系数(c2)， -处理装置(40)，其用于在考虑基本反射指数元素(t )、指示性的反射指数元素(二)以及干扰反射指数元素)的定向的至少近似估计的情况下来至少部分地求解线性代数方程以便得到高度地指亍至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的表达，所述高度地指示性的表达至少包括指示性的反射系数(C1)。
2.如权利要求1中所要求保护的设备，其中至少一个至少部分周期性的生命信号(20)选自由心率、心跳、呼吸率、心率变异性、Traube-Hering-Mayer波以及氧饱和度构成的组，并且其中信号空间(88)是加性或减性色彩信号空间，其中至少两个主要分量(92a, 92b, 92c)表示由互补通道(90a, 90b, 90c)所指示的相应的不同的色彩分量,其中互补通道(90a，90b, 90c)与定义的光谱部分相关。
3.如权利要求1中所要求保护的设备，进一步包括用于从经计算的高度地指示性的表达中提取生命信号(20)的提取器装置(52)，优选地所述生命信号在考虑指示性的反射系数(C1)或者在考虑指示性的反射系数(C1)和基本反射系数(Ctl)的比率的情况下而被提取。
4.如权利要求1中所要求保护的设备,其中基本反射部分(104)至少大体上指示感兴趣对象(12)展示的平均组织色彩，其中指示性的反射部分(106)至少大体上指示感兴趣对象(12)的组织色彩的至少部分周期性的 脉动，并且其中干扰反射分量(102)至少大体上指示干扰镜面反射。
5.如权利要求1中所要求保护的设备，其中估计的指示性的反射指数元素(古)在考虑包括基本反射指数元孝(_ )的估计的表达和预定的示范性的指示性的反射指数元素(4)的归一化表达的情况下被获得。
6.如权利要求1中所要求保护的设备，其中估计的指示性的反射指数元素(上)被认为与由基本反射指数元素(4 )和干扰反射指数元素(_ )所跨越的信号平面正交，并且其中估计的干扰反射指数元素)至少大体上与指示影响感兴趣对象(12)的电磁辐射源(16)的特征的光照指数元素(94)对准。
7.如权利要求1中所要求保护的设备，其中估计的基本反射指数元素(t)是从感兴趣对象(12)的指示性的区域(22)的特征信号(；98)的聚结的主要分量(92a，92b,92c)得到的，并且其中估计的干扰反射指数元素(s_ )至少大体上与指示影响感兴趣对象(12)的电磁辐射源(16)的特征的光照指数元素(94)对准，优选地所述设备被进一步适配成在观察感兴趣对象(12)时应用基本反射指数元素(_ )的初始确定。
8.如权利要求7中所要求保护的设备，其中估计的指示性的反射指数元素(k)被认为至少大体上与基本反射指数元素(&)正交并且至少大体上与干扰反射指数元素(5)正交。
9.如权利要求1中所要求保护的设备，其中对数信号表示被应用于所定义的分量表示(bh’a ； Zc )，优选地基本反射系数(C。)与干扰反射系数(C2)之间的假定比率被考虑以用于指示性的反射系数(C1)的确定。
10.如权利要求9中所要求保护的设备，其中基本改变被应用于所定义的分量表示(?, h, S,C ; TjC )以便确保指示性的反射系数(C1)的平均值大于零，并且其中生命信号(20)能够从指示性的反射系数(C1)的变换的表示(Z1)得到。
11.如权利要求1中所要求保护的设备，进一步包括特征信号(；98)在考虑基本反射指数元素(t)的情况下的归一化。
12.如权利要求1中所要求保护的设备，其中干扰反射指数元孝(_)在考虑包括基本反射指数元素(& )的预定的归一化值的表达的情况下被获得，所述基本反射指数元素(i)在考虑光照指数元素(94)的假定的标准定向的情况下被获得，所述光照指数元素(94)指示影响感兴趣对象(12)的电磁辐射源(16)的特征。
13.如权利要求1中所要求保护的设备，进一步包括缓冲装置，其用于缓冲特征信号(—98)以及基本反射系数(CO)、指示性的反射系数(C1)和干扰反射系数(C2)的结果得到的表示()达定义周期，其中处理装置(40)被进一步适配成对缓冲的指示性的反射系数(C1)应用傅里叶变换以便确定其优势频率分量，其中基本反射系数(Ctl)、指示性的反射系数(C1)以及干扰反射系数(C2)被转换为包括相应系数(C(1，C1, c2)的内积的变换的信号表示(? a1； a2)，其中指示性的反射指数元素(t )在考虑经变换的信号表示(?, B1,a2)的情况下被确定。
14.用于从检测到的特征信号中提取信息的方法，包括步骤:-接收可从被对象(12)反射的电磁辐射(14)得到的数据流(26)，数据流(14)包括基于连续或离散时间的特征信号(；98)，特征信号 98)包括与信号空间(88)相关联的至少两个主要分量(92a，92b, 92c)，信号空间(88)包括用于表示特征信号(—；98)的互补通道(90a，90b, 90c)，特征信号; 98)的主要分量(92a，92b, 92c)与信号空间(88)的相应互补通道(90a, 90b, 90c)相关， -在考虑大体上线性的代数信号构成模型的情况下将特征信号； 98)映射到定义的分量表示(色么54 ； T,c )以便规定线性代数方程，特征信号; 98)至少大体上由生理反射分量(100)和干扰反射分量(102)组成，其中生理反射分量(100)包括可归因于要被观察的对象(12)的基本生理属性的基本反射部分(104)和可归因于至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的指示性的反射部分(106)， -其中基本反射部分(104)包括基本反射指数元素(_ )和基本反射系数(c。)， -其中指示性的反射部分(106)包括指示性的反射指数元素(k )和时间相关的指示性的反射系数(C1),所述指示性的反射系数(C1)高度地指示感兴趣的至少一个至少部分周期性的生命信号(20)， -其中干扰反射分量(102)包括干扰反射指数元素(!)和干扰反射系数(c2)，-在考虑基本反射指数元素(_)、指示性的反射指数元素(_ )以及干扰反射指数元素「_ )的定向的至少近似估计的情况下来至少部分地求解线性代数方程以便得到高度地指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的表达，所述高度地指示性的表达至少包括指示性的反射系数(C1)。
15.计算机程序，其包括程序代码装置以用于当所述计算机程序在计算机上被执行时使计算机执行如权利要求14中所要求保护的所述方法的步骤。
【文档编号】G06K9/20GK103890780SQ201280048064
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】A.J.范里斯特 申请人:皇家飞利浦有限公司