消除运动干扰噪声的方法、装置、电子设备和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种消除运动干扰噪声的方法、装置、电子设备和存储介质，方法包括：采集PPG原始信号以及运动参考信号并进行傅里叶变换后对应得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱；对运动参考信号的频谱进行反向处理，得到反向处理后的运动参考信号的频谱；利用反向处理后的运动参考信号的频谱对PPG频谱进行第一阶滤波；对第一阶滤波结果进行二次滤波得到第二阶滤波结果。本发明专利技术实施例采用运动参考信号的反向频谱滤波，将运动参考信号的所有频率都加进了计算，大大修正了现有技术算法的片面性和局限性，并通过两阶滤波，以频率相乘的形式有效消除了PPG信号中的运动干扰噪声。

【技术实现步骤摘要】
消除运动干扰噪声的方法、装置、电子设备和存储介质
本专利技术涉及信号处理
，具体涉及一种消除运动干扰噪声的方法、装置、电子设备和存储介质。
技术介绍
PPG(PhotoPlethysmoGraphy，光电容积脉搏波描记法)是借助光电信号在活体组织中检测血液容积变化的技术。当一定波长的光透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器时光照有一定的衰减的。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等等对光的吸收是基本不变的(前提是测量部位没有大幅度的运动)，但是血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当心脏收缩时，外围血管血容量最多，光吸收量也最大，检测到的光强度最小；而在心脏舒张时，外围血管血容量最少，检测到的光强度最大。当把光转换成电信号时，由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变，得到的信号就可以分为直流DC信号和交流AC信号。提取其中的AC信号，就能反应出血液流动的特点，通过对电信号的节律、周期、振幅分析计算获得心率。人体的运动会引起脉搏波波形的变化，采集到的脉搏波中就包含了噪声，这些噪声是由于运动引起的，所以叫运动干扰噪声，由于运动干扰噪声的主要频率在很多情况下与心率的频率发生重叠，在多种噪声中，最难以消除。传统算法采用谱减法进行噪声消除，即将原始PPG信号振幅平方减去噪声信号振幅平方，这种消除噪声的方案有很大的局限性，如前述，因为运动干扰噪声的频率在很多时候与心率信号的频率发生重叠，即，计算时并不知道确切的噪声信号在PPG信号中表现的值是多少，这也决定了传统算法的噪声消除效果有限，进而心率监测的精度不高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种消除运动干扰噪声的方法、装置、电子设备和存储介质，解决传统算法噪声消除效果局限性以及心率监测精度不高的问题，实现了即使存在运动干扰噪声的情况下也能实现心率的准确监测的有益效果。根据本申请的一个方面，提供了一种消除运动干扰噪声的方法，应用于基于光电容积脉搏波描记法的心率监测设备，包括：采集光电容积脉搏波PPG原始信号以及运动参考信号并进行傅里叶变换后对应得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱；对所述运动参考信号的频谱进行反向处理，得到反向处理后的运动参考信号的频谱；利用反向处理后的运动参考信号的频谱对所述PPG频谱进行第一阶滤波；对第一阶滤波结果进行二次滤波处理，得到第二阶滤波结果。根据本申请的另一个方面，提供了一种消除运动干扰噪声的装置，应用于基于光电容积脉搏波描记法的心率监测设备，包括：处理器，与所述处理器连接的PPG传感器和运动传感器以及第一滤波器；所述PPG传感器，采集光电容积脉搏波PPG原始信号并发送给所述处理器；所述运动传感器，采集运动参考信号并发送给所述处理器；所述处理器，用于对PPG原始信号以及所述运动参考信号进行傅里叶变换后对应得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱，对所述运动参考信号的频谱进行反向处理，得到反向处理后的运动参考信号的频谱，所述第一滤波器，利用反向处理后的运动参考信号的频谱对所述PPG频谱进行第一阶滤波；所述第二滤波器连接至所述第一滤波器，用于对第一阶滤波结果进行二次滤波处理，得到第二阶滤波结果。根据本申请的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时能够实现本申请一个方面所述的方法。根据本申请的再一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现本申请一个方面所述的方法。本申请实施例的技术方案，对采集的PPG原始信号以及运动参考信号进行傅里叶变换得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱，再对运动参考信号的频谱进行反向处理，利用反向处理后的运动参考信号的频谱对PPG频谱进行第一阶滤波，对第一阶滤波结果进行二次滤波处理，得到第二阶滤波结果。在得到第二阶滤波结果后即可根据第二阶滤波结果计算当前心率。由此，本专利技术实施例基于运动参考信号的反向频谱对PPC频谱进行第一次滤波，将运动参考信号的所有频率都加进了噪声消除的计算过程，修正了现有技术算法的片面性和局限性，并通过两阶滤波，以频率相乘的形式有效消除了PPG信号中的运动干扰噪声，进而根据第二阶滤波结果计算出的心率值的精度更高。附图说明图1是本专利技术一个实施例的消除运动干扰噪声的方法的流程示意图；图2是基于图1所示方法计算当前心率的流程图；图3是本专利技术一个实施例的采集的加速度数据的示意图；图4是图3所示加速度数据的傅里叶变换结果示意图；图5是本专利技术一个实施例的对加速度数据进行平滑后的结果示意图；图6是本专利技术一个实施例的加速度数据均一化处理结果示意图；图7是本专利技术一个实施例的Gsensor频谱反向处理步骤之一的处理结果示意图；图8是本专利技术一个实施例的Gsensor频谱反向处理步骤之二的处理示意图；图9是本专利技术一个实施例的Gsensor频谱反向处理步骤之三的处理示意图；图10是本专利技术一个实施例采集的PPG数据的示意图；图11是本专利技术一个实施例PPG数据的傅里叶变换结果示意图；图12是本专利技术一个实施例第一阶滤波结果示意图；图13是本专利技术一个实施例汉明窗的示意图；图14是本专利技术一个实施例第二阶滤波结果的示意图；图15是本专利技术一个实施例窗函数构造原理示意图；图16是根据图15构造出的窗函数的示意图；图17是本专利技术一个实施例第三阶滤波结果的示意图；图18是本专利技术一个实施例的消除运动干扰噪声的装置的框图；图19为本专利技术一个实施例的电子设备的结构示意图。具体实施方式本专利技术的设计构思在于：针对现有技术采用频谱相减消除运动干扰噪声的局限性，本专利技术实施例采用了三阶滤波，以频率相乘的形式进行滤波降噪处理，从而达到将PPG数据中的加速度计(Gsensor)信号准确消除的目的。大致过程是，首先对运动参考信号(如，加速度计信号)和PPG信号进行傅里叶变换，得到加速度计的频谱和PPG的频谱；为了将两路信号直接进行比较，将加速度计的频谱和PPG频谱进行均一化(或称归一化)处理；以及，将加速度计的频谱反向处理而后进行第一次滤波，这是本申请的一个重要专利技术点。进一步的，为了消除第一次滤波带来的低频部分过大问题，进行第二次滤波处理。又考虑到脉搏信号的连续性，当前心率值与上一周期的心率有一个平滑过渡的过程，所以基于上一周期的心率对当前心率值计算过程中的到的第二阶滤波结果进行再次滤波，最终可以得到当前PPG数据的主频。这是本申请的另一个重要专利技术点。根据当前PPG的主频即可计算出当前心率值。图1是本专利技术一个实施例的消除运动干扰噪声的方法的流程示意图，参见图1，本实施例的消除运动干扰噪声的方法包括下列步骤：步骤S101，采集光电容积脉搏波PPG原始信号以及运动参考信号并进行傅里叶变换后对应得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱；步骤S102，对所述运动参考信号的频谱进行反向处理，得到反向处理后的运动参考信号的频谱；步骤S103，利用反向处理后的运动参考信号的频谱对所述PPG频谱进行第一阶滤波；步骤S104，对第一阶滤波结果进行二次滤波处理，得到第二阶滤波结果。由图1所示可知，本实施例的消除运动干扰噪声的方法，采集PPG原始信号以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除运动干扰噪声的方法，应用于基于光电容积脉搏波描记法的心率监测设备，其特征在于，包括：采集光电容积脉搏波PPG原始信号以及运动参考信号并进行傅里叶变换后对应得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱；对所述运动参考信号的频谱进行反向处理，得到反向处理后的运动参考信号的频谱；利用反向处理后的运动参考信号的频谱对所述PPG频谱进行第一阶滤波；对第一阶滤波结果进行二次滤波处理，得到第二阶滤波结果。

【技术特征摘要】
1.一种消除运动干扰噪声的方法，应用于基于光电容积脉搏波描记法的心率监测设备，其特征在于，包括：采集光电容积脉搏波PPG原始信号以及运动参考信号并进行傅里叶变换后对应得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱；对所述运动参考信号的频谱进行反向处理，得到反向处理后的运动参考信号的频谱；利用反向处理后的运动参考信号的频谱对所述PPG频谱进行第一阶滤波；对第一阶滤波结果进行二次滤波处理，得到第二阶滤波结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集光电容积脉搏波PPG原始信号以及运动参考信号并进行傅里叶变换后对应得到PPG频谱以及运动参考信号的频谱包括：采集三轴加速度信号并合成加速度信号后进行傅里叶变换，得到加速度信号频谱；该方法还包括：在对加速度信号频谱进行反向处理之前，对加速度信号频谱进行平滑和归一化处理。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对加速度信号频谱进行反向处理包括下列步骤：利用加速度信号频谱的最大值减去加速度信号频谱中每一个频点的值，得到反向频谱；对得到的反向频谱进行归一化。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用反向处理后的运动参考信号的频谱对所述PPG频谱进行第一阶滤波包括：将得到的加速度信号的反向频谱与PPG频谱进行对应点相乘，得到第一阶滤波结果。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对第一阶滤波结果进行二次滤波处理，得到第二阶滤波结果包括：利用指定窗函数对第一阶滤波结果进行加窗处理，以抑制第一阶滤波结果中的低频噪声。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：构造窗函数，利用构造的窗函数对所述第二阶滤波结果进行第三阶滤波。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述构造窗函数，利用构造的窗函数对所述第二阶滤波结果进行第三阶滤波包括：根据上一周期的心率值确定当前心率值的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维亮，姚艳红，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37