人体体征信号测量装置

1.本实用新型涉及人体体征信号测量技术领域，特别涉及一种人体体征信号测量装置。


背景技术：

2.目前基于光学的非接触人体体征信号测量方案都是直接用摄像头采集人体面部光照信息。如图1所示，环境光1照射到皮肤表面再反射到摄像头形成ppg信号，摄像头接收到的光包括环境光经面部皮肤表面的镜面反射光2和环境光经面部皮肤表面弥散后携带人体体征信号的弥散光3，这种方案的优点是结构简单、成本低，缺点是大量经皮肤表面反射到摄像头的光为镜面反射光，携带的人体体征信号较少，使得形成的ppg信号的信噪比较低、鲁棒性较差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种人体体征信号测量装置，利用偏振片去除镜面反射光的影响，提升ppg信号的信噪比。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下具体技术方案：
5.本实用新型提供的人体体征信号测量装置，包括：光源背板和摄像头；其中，摄像头固定在光源背板的中心位置，在光源背板上围绕摄像头排布安装有光源阵列，在摄像头上固定有摄像头偏振片，沿光源的出射方向依次设置有毛玻璃、光源偏振片和透明保护层，透明保护层与光源背板固定连接，将毛玻璃与光源偏振片夹在中间，光源偏振片的偏振方向与摄像头偏振片的偏振方向垂直。
6.优选地，毛玻璃、光源偏振片与透明保护层的轮廓均与光源阵列相适配，且毛玻璃、光源偏振片与透明保护层均为中空结构，供摄像头穿过。
7.优选地，在毛玻璃、光源偏振片与透明保护层的中心开设有圆孔或方孔，形成中空结构。
8.优选地，光源背板上位于光源阵列的外侧形成一圈凸起，凸起与透明保护层的边缘粘接固定。
9.优选地，在光源背板上位于光源阵列的外侧形成一圈凸起，在凸起上开设有螺纹盲孔，在透明保护层上开设有螺纹通孔，螺丝穿过螺纹通孔旋入螺纹盲孔，将凸起与透明保护层固定。
10.本实用新型能够取得如下技术效果：
11.通过增设光源阵列、光源偏振片、镜头偏振片滤过掉环境光与光源经皮肤表面反射到摄像头的镜面反射光，而大量携带人体体征信号的弥散光进入摄像头，从而提高ppg信号的信噪比。
附图说明
12.图1是传统测量方案的原理示意图；
13.图2是根据本实用新型实施例提供的人体体征信号测量装置的结构示意图；
14.图3是根据本实用新型实施例提供的人体体征信号测量装置的原理示意图。
15.图1中的附图标记包括：环境光1、镜面反射光2、弥散光3；
16.图2和图3中的附图标记包括：光源背板4、凸起4-1、摄像头5、光源阵列6、摄像头偏振片7、毛玻璃8、光源偏振片9、透明保护层10、环境光11、混合光12、环境光经皮肤表面的镜面反射光13、环境光经皮肤表面的弥散光14、混合光与光源偏振片偏振方向相同的光分量经皮肤表面的镜面反射光15、混合光与光源偏振片偏振方向相同的光分量经皮肤表面的弥散光16、环境光经皮肤表面的镜面反射光在摄像头偏振片偏振方向的光分量17、环境光经皮肤表面的弥散光在摄像头偏振片偏振方向的光分量18、混合光与光源偏振片偏振方向相同的光分量经皮肤表面的弥散光在摄像头偏振片偏振方向的光分量19、混合光与光源偏振片偏振方向相同的光分量20。
具体实施方式
17.在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
18.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，而不构成对本实用新型的限制。
19.图2和图3分别示出了根据本实用新型实施例提供的人体体征信号测量装置的结构和原理。
20.如图2和图3所示，实用新型实施例提供的人体体征信号测量装置包括：光源背板4、摄像头5、光源阵列6、摄像头偏振片7、毛玻璃8、光源偏振片9和透明保护层10，摄像头5固定在光源背板4的中心位置，以摄像头5为中心，光源阵列6围绕摄像头5排布固定在光源背板4上，摄像头偏振片7固定在摄像头5上，透明保护层10与光源背板4相固定，将毛玻璃8和光源偏振片9夹紧在透明保护层10与光源背板4之间，毛玻璃8相比光源偏振片9更靠近光源阵列6。
21.在本实用新型的一个示例中，光源阵列6可以为led灯阵列。
22.毛玻璃8能够使光源阵列6发出的混合光12更加均匀。
23.毛玻璃8、光源偏振片9与透明保护层10的轮廓均与光源阵列6相适配。如光源阵列6为圆形，则毛玻璃8、光源偏振片9与透明保护层10的轮廓为圆环形，如光源阵列6为方形，毛玻璃8、光源偏振片9与透明保护层10的轮廓为方形。
24.毛玻璃8、光源偏振片9与透明保护层10均为中空结构，供摄像头5穿过。毛玻璃8、光源偏振片9与透明保护层10的中空结构通过开设圆孔或方孔形成。另外，毛玻璃8和光源偏振片9的尺寸略小于透明保护层10的尺寸，使毛玻璃8和光源偏振片9被包覆在透明保护层10与光源背板4之间。当毛玻璃8和光源偏振片9被夹紧时，正对光源阵列6的位置。
25.透明保护层10起到保护光源偏振片9的作用，且不会对光源偏振片9造成光线遮
挡。
26.透明保护层10与光源背板4的固定方式不唯一。在一些示例中，一种固定方式为在光源背板4上位于光源阵列6的外侧形成一圈凸起4-1，凸起4-1与透明保护层10的边缘通过胶水相粘接实现透明保护层10与光源背板4的固定。另一种固定方式在凸起4-1上开设有螺纹盲孔，在透明保护层上开设有螺纹通孔，螺丝穿过螺纹通孔旋入螺纹盲孔，实现透明保护层10与光源背板4的固定。
27.若不设置光源阵列6与光源偏振片9，只设置摄像头偏振片7，则环境光11除与摄像头偏振片7偏振方向相同的光分量均被摄像头偏振片7遮蔽，无法入射到摄像头5，因此能够进入摄像头的5光通量非常少，导致采集的图像较暗，存在亮度不足的问题。本实用新型为了解决图像亮度不足的问题，增设光源阵列6与光源偏振片9，但光源阵列6发出的混合光12经人体表面也会产生镜面反射光，为了遮蔽该镜面反射光，将摄像头偏振片7的偏振方向设置为与光源偏振片9的偏振方向垂直，以遮蔽镜面反射光，使环境光11经皮肤表面的镜面反射光在摄像头偏振片偏振方向的光分量17、环境光经皮肤表面的弥散光在摄像头偏振片偏振方向的光分量18、混合光与光源偏振片偏振方向相同的光分量经皮肤表面的弥散光在摄像头偏振片偏振方向的光分量19入射到摄像头5。
28.图2示出了光源偏振片9的偏振方向为横向，而摄像头偏振片7的偏振方向为纵向。光源偏振片9使混合光12与光源偏振片9的偏振方向相同的光分量20通过，而混合光12其他偏振方向的光分量被遮蔽，保证混合光12只有与光源偏振片9偏振方向相同的光分量入射至人体表面。
29.环境光11和混合光12与光源偏振片9偏振方向相同的光分量分别入射至人体表面进行反射，摄像头偏振片7能够过滤掉环境光经皮肤表面的镜面反射光13以及光源偏振片偏振方向的混合光经皮肤表面的镜面反射光15，使环境光经皮肤表面的镜面反射光在摄像头偏振片偏振方向的光分量17、环境光经皮肤表面的弥散光在摄像头偏振片偏振方向的光分量18、混合光与光源偏振片偏振方向相同的光分量经皮肤表面的弥散光在摄像头偏振片偏振方向的光分量19入射到摄像头5。
30.如图1所示，传统方案获得的ppg信号信噪比＝10*lg(弥散光3的光强/镜面反射光2的光强)。
31.如图3所示，本实用新型方案获取的ppg信号信噪比＝10*lg((光分量18的光强+光分量19的光强)/光分量17的光强)。
32.由于图1中弥散光3的光强/镜面反射光2的光强＝图3中光分量18的光强/光分量17的光强，所以本实用新型方案获得的ppg信号信噪比一定高于传统方案获得的ppg信号信噪比。
33.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
34.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
35.以上本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。