一种生命信号检测方法、系统及存储介质

本发明涉及生命体征监测，更具体的涉及一种无接触式生命信号检测方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、心跳频率和呼吸频率作为生命活动中的重要物理指标，在医疗诊断、生物研究等领域均有采集要求。在医疗技术与生物科学的日渐发展中，许多场景下接触式的生命信号采集方式具有局限性，如患有皮肤病、传染病或皮肤烧伤的患者。因此，无接触式检测心跳频率与呼吸频率的技术具有重大的研究价值。

2、在基于雷达的无接触式生命信号检测研究方面，国内外许多机构与个人均开展了相关研究。张杨等提出了基于能量谱的多目标探测识别算法，使得单基地生命信号探测雷达在多人体目标检测与识别中容易漏判的问题得到解决，但并没有提到心跳信号的提取与识别问题。张华等给出了35ghz雷达中基于滤波的心跳信号分离技术，但由于无法获取心电图信息，所以在一般环境中并不适用。在sharpe等首次提出利用fmcw毫米波雷达实现生命体征检测后，park等利用77ghzfmcw毫米波雷达中频信号的相位信息检测人体生命信号，避免了高次谐波影响，也解决了i/q两路信号引起的直流信号频移的问题，但并没有考虑到呼吸信号谐波与生命信号谐波相互干扰、环境噪声干扰的问题。罗朗娟等提出噪声消除方法，并利用iir带通滤波器分离呼吸和心跳信号，避免心跳信号谐波与呼吸信号谐波相干扰，但在多活体环境下的检测中存在盲目性，无法实现生命信号与待测目标的匹配。

3、综上，现有技术中均是在简单环境下的检测，对于目标距离门的判定，大多默认在距离维fft的前三个峰值内，或通过扫频在每帧信号上计算不同距离区间的最大平均功率。但在复杂环境中，由于无效目标或多个活体的存在，在距离维fft过程中会产生多个高峰值点，在相位信号分离的过程中会产生干扰，无法实现生命信号与待测目标的匹配，导致无法指向性分离出目标的相位信息。

技术实现思路

1、针对上述领域中存在的问题，本发明提出了一种生命信号检测方法、系统及存储介质，能够解决在复杂环境中，由于无效目标或多个活体的存在，在距离维fft过程中会产生多个高峰值点，在相位信号分离的过程中会产生干扰，无法实现生命信号与待测目标的匹配，导致无法指向性分离出目标的相位信息的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明公开了一种生命信号检测方法，包括以下步骤：

3、向待测目标发射线性调频连续波信号；

4、接收待测目标反射后的回波信号；

5、将接收的待测目标反射后的回波信号混频，得到中频信号；

6、对中频信号进行距离维快速傅里叶变换，得到中频信号的距离维fft频谱；

7、基于yolov5s神经网络与deepsort目标跟踪算法，采用双目相机对人体进行识别与跟踪，并对识别出的人体目标进行视差法测距，获得待测目标到相机基线的垂直距离，作为深度信息；以深度信息为中心，在中频信号的距离维fft频谱中进行谱峰搜索，确定待测目标距离门；

8、循环提取待测目标距离门处的相位，通过相位解缠绕恢复待测目标真实位移曲线，并进行相位差分加强脉冲信号，构建一个新的差分相位序列；通过带通滤波处理去除差分相位序列中的噪声，并分离出呼吸信号与心跳信号；

9、分别对呼吸信号和心跳信号进行fft处理，并通过谱峰搜索获得待测目标的呼吸频率与心跳频率。

10、优选地，所述向待测目标发射线性调频连续波信号的发射信号模型为：

11、

12、式中，at为线性调频信号的振幅；fc为线性调频信号载波；b为信号的带宽；t为信号的扫频时间；为信号随机初始相位。

13、优选地，所述接收待测目标反射后的回波信号，包括以下步骤：

14、通过人体胸腔的反射后的电磁波信号，由雷达接收天线接收，接收信号sr(t)为：

15、

16、式中，ar为接收信号的振幅；为反射附加相移；td为回波信号的延迟时间。

17、优选地，所述得到中频信号，包括以下步骤：

18、对接收的待测目标反射后的回波信号，通过混频器与本振信号进行混频，得到中频信号：

19、

20、式中，r是目标到雷达的距离；fb是中频信号载频，φb是初相。

21、优选地，所述深度信息的获取，包括以下步骤：

22、定义b'为基线距离，qr、qt分别为两个相机的光心，p为实际待测物体，p1、p2为待测物体在两个相机的感光器上的成像点，p1、p2之间的距离dis为：

23、dis＝b′-(xr-xt)

24、式中，xr，xt分别为待测目标在两相机上的成像点；

25、根据三角形的相似定理：

26、

27、获得待测物体到相机基线的垂直距离，即深度信息z为：

28、

29、式中，f为相机焦距。

30、优选地，所述通过相位解缠绕恢复待测目标真实位移曲线，包括以下步骤：

31、设当前时刻的相位为θn，下一时刻的相位为θn+1；

32、当|θn+1-θn|>π时，表明此时相位发生跳变，则进行解缠绕处理，处理过程为：

33、若θn+1-θn>π，则θn+1＝θn+1-2π；

34、若θn+1-θn<-π，则θn+1＝θn+1+2π。

35、优选地，所述分离出呼吸信号与心跳信号为采用无限冲激响应巴特沃斯型数字滤波器分离呼吸信号和心跳信号，其中，呼吸信号频率范围为0.1～0.5hz，心跳信号频率范围为0.8～2.0hz。

36、优选地，还包括一种生命信号检测方法的检测系统，包括：

37、毫米波雷达板，用于向待测目标发射线性调频连续波信号，接收待测目标反射后的回波信号；将接收的待测目标反射后的回波信号混频，得到中频信号；

38、信号处理模块，对中频信号进行距离维快速傅里叶变换，得到中频信号的距离维fft频谱；基于yolov5s神经网络与deepsort目标跟踪算法，采用双目相机对人体进行识别与跟踪，并对识别出的人体目标进行视差法测距，获得待测目标到相机基线的垂直距离，作为深度信息；以深度信息为中心，在中频信号的距离维fft频谱中进行谱峰搜索，确定待测目标距离门；循环提取待测目标距离门处的相位，通过相位解缠绕恢复待测目标真实位移曲线，并进行相位差分加强脉冲信号，构建一个新的差分相位序列；通过带通滤波处理去除差分相位序列中的噪声，并分离出呼吸信号与心跳信号；分别对呼吸信号和心跳信号进行fft处理，并通过谱峰搜索获得待测目标的呼吸频率与心跳频率；

39、数据存储模块，用于存储所述信号处理模块的计算结果。

40、优选地，还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的生命信号检测方法。

41、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

42、本发明基于yolov5s神经网络与deepsort目标跟踪算法，能够检测出生命体征信号，有效剔除了环境干扰对生命体征信号探测的影响，可以指向性地分离出目标的相位信息，实现目标与雷达信号解算出的生命信号的匹配。通过使用调频连续波体制的毫米波雷达进行生命信号探测，并利用双目相机视差法测距获取目标深度信息，与雷达回波信号的距离维fft频谱进行谱峰匹配，降低生命体征探测的盲目性；通过谱峰搜索获得呼吸频率与心跳频率，能够实现目标与雷达信号解算出的生命信号的匹配，从而达到在多目标环境下对目标与生命信号进行匹配的效果，能够有效克服环境干扰对生命体征信号探测的影响。