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CN105816163B - 检测心率的方法、装置及可穿戴设备 - Google Patents

检测心率的方法、装置及可穿戴设备 Download PDF

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CN105816163B
CN105816163B CN201610308849.4A CN201610308849A CN105816163B CN 105816163 B CN105816163 B CN 105816163B CN 201610308849 A CN201610308849 A CN 201610308849A CN 105816163 B CN105816163 B CN 105816163B
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Anhui Huami Information Technology Co Ltd
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Abstract

本申请提供一种检测心率的方法、装置及可穿戴设备，该方法包括：计算预设时间周期内获取的第一PPG数据的时域特征值和频域特征值；根据所述第一PPG数据的时域特征值、所述频域特征值以及所述用户在所述预设时间周期内的活动量，确定所述预设时间周期内的心率信号质量；根据所述第一PPG数据的时域特征值、所述频域特征值、所述预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定所述用户在所述预设时间周期内的心率值，其中，所述心率相关数据包括心率值和心率信号质量。本申请的技术方案可以有效减小噪声对PPG数据的影响，提高安静心率计算的准确性。

Description

检测心率的方法、装置及可穿戴设备
技术领域
本申请涉及可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种检测心率的方法、装置及可穿戴设备。
背景技术
心率是指正常人安静状态下每分钟心跳的次数，是确定人身体是否健康的重要指标，实时和便捷测量心率越来越受到人们的重视。
现有技术中，可通过光电容积描记(Photo Plethysmo Graphy，PPG)技术检测人体心率。受多种因素影响，使用设备采集的PPG数据可能会受到干扰，例如，设备佩戴位置、佩戴设备的用户的身体姿势、皮肤与设备的相对位移等等都会对PPG数据产生干扰，对PPG数据造成污染，所采集的PPG数据无法保证心率信号质量，导致心率检测不准确，进而影响对用户身体健康的判断。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种新的技术方案，可以解决由于心率信号质量导致的心率检测不准确的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供技术方案如下：
根据本申请的第一方面，提出了一种检测心率的方法，应用在可穿戴设备上，包括：
计算预设时间周期内获取的第一光电容积描记PPG数据的时域特征值和频域特征值；
根据所述第一PPG数据的时域特征值、所述频域特征值以及所述用户在所述预设时间周期内的活动量，确定所述预设时间周期内的心率信号质量；
根据所述第一PPG数据的时域特征值、所述频域特征值、所述预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定所述用户在所述预设时间周期内的心率值，其中，所述心率相关数据包括心率值和心率信号质量。
根据本申请的第二方面，提出了一种检测心率的装置，应用在可穿戴设备上，包括：
计算模块，用于计算预设时间周期内获取的第一光电容积描记PPG数据的时域特征值和频域特征值；
质量确定模块，用于根据所述计算模块计算得到的所述第一PPG数据的时域特征值、所述频域特征值以及所述用户在所述预设时间周期内的活动量，确定所述预设时间周期内的心率信号质量；
心率确定模块，用于根据所述计算模块计算得到的所述第一PPG数据的时域特征值、所述频域特征值、所述质量确定模块确定的所述预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定所述用户在所述预设时间周期内的心率值，其中，所述心率相关数据包括心率值和心率信号质量。
根据本申请的第三方面，提出了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器，被配置为执行上述权利要求所述的检测心率的方法。
由以上技术方案可见，本申请可以准确地确定用户的心率信号质量、时域特征值和频域特征值，从而实现在将心率信号质量考虑在内的情况下结合PPG数据的时域特征值和频域特征值计算用户的心率值，可以有效减小噪声对PPG数据的影响，提高安静心率计算的准确性；此外，本申请还可以使用历史心率相关数据对当前心率值进行修正，进而可以保证心率值的稳定性和准确性，提高对用户心率检测的可信度。
附图说明
图1A示出了根据本发明的一示例性实施例的检测心率的方法的流程示意图；
图1B示出了根据本发明的一示例性实施例的采集的第二PPG数据的示意图；
图1C示出了根据本发明的一示例性实施例的对图1B所示的第二PPG数据进行预处理后的第一PPG数据的时域数据示意图；
图1D示出了根据本发明的一示例性实施例的对图1B所示的第二PPG数据进行预处理后的第一PPG数据的时域数据进行快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation，FFT)后的频域数据示意图；
图1E示出了根据本发明的一示例性实施例的采集的又一PPG数据的示意图；
图1F示出了根据本发明的一示例性实施例的技术方案对采集的图1E所示的又一PPG数据进行处理后得到的心率结果示意图；
图1G示出了根据本发明的一示例性实施例的用于检测心率的可穿戴设备的示意图；
图2A示出了根据本发明的又一示例性实施例的如何得到心率信号质量的流程示意图；
图2B示出了根据本发明的又一示例性实施例的心率信号质量计算方式示意图；
图3示出了根据本发明的又一示例性实施例的如何计算心率值的流程示意图；
图4示出了根据本发明的又一示例性实施例的检测心率的方法的流程示意图；
图5示出了根据本发明的一示例性实施例的可穿戴设备的结构示意图；
图6示出了根据本发明的一示例性实施例的检测心率的装置的结构示意图；
图7示出了根据本发明的又一示例性实施例的检测心率的装置的结构示意图；
图8示出了根据本发明的另一示例性实施例的检测心率的装置的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
为对本申请进行进一步说明，提供下列实施例：
图1A示出了根据本发明的一示例性实施例的检测心率的方法的流程示意图，图1B示出了根据本发明的一示例性实施例的采集的第二PPG数据的示意图，图1C示出了根据本发明的一示例性实施例的对图1B所示的第二PPG数据进行预处理后的第一PPG数据的时域数据示意图，图1D示出了根据本发明的一示例性实施例的对图1B所示的第二PPG数据进行预处理后的第一PPG数据的时域数据进行FFT变换后的频域数据示意图，图1E示出了根据本发明的一示例性实施例的采集的又一PPG数据的示意图，图1F示出了根据本发明的一示例性实施例的技术方案对采集的图1E所示的又一PPG数据进行处理后得到的心率结果示意图，图1G示出了根据本发明的一示例性实施例的用于检测心率的可穿戴设备的示意图；本实施例可应用在可穿戴设备(智能手环，智能脚环等)上，如图1A所示，包括如下步骤：
步骤101，计算预设时间周期内获取的第一光电容积描记PPG数据的时域特征值和频域特征值。
在一实施例中，预设时间周期可以为每分钟或者每秒钟等设定时间间隔。
在一实施例中，由于所采集的第二PPG数据往往伴有高频噪声甚至脉冲噪声等，因此可对第二PPG数据进行预处理，得到第一PPG数据。
在一实施例中，预处理包括但不限于：滤波处理(例如：时域滤波、平滑滤波、中值滤波和自适应滤波等滤波方法)、降低采样率的处理。
如图1B所示，为可穿戴设备的光电接收器所采集的第二PPG数据的波形示意图，横轴表示采样时间点，例如横轴对应的“150”表示第150个采样点，纵轴表示PPG数据的幅度。
如图1C所示，为对图1B所示的第一PPG数据的时域数据波形示意图，其中，横轴表示采样时间点，例如横轴对应的“150”表示第150个采样点，纵轴表示PPG数据的幅度。
如图1D所示，为对图1B所示的第二PPG数据进行预处理后的时域数据进行FFT变换得到的频域数据波形示意图，其中，横轴表示频率，纵轴表示幅度。
在一实施例中，第一PPG数据的时域特征值包括但不限于以下特征值中的任意一项或者两项以上的组合：时域波形离散程度(F1)、极大值(F2)、所有采样点的幅值均值(F3)和波形特征(如心率波动的最大峰值(F4)、平均极大波峰值(F5)、峰谷震荡值(F6，即时间窗内相邻极大波峰值与极小波谷值的差值)、极大波峰间距(F7，即相邻极大波峰之间相距的采样点数))。
在一实施例中，第一PPG数据的频域特征值包括但不限于以下任意一项或者两项以上的组合：主频率(F8)、频域离散程度(F9)，以及与历史频谱的相似性(F10)。
本领域技术人员可以理解的是，第一PPG数据可以使用多种方法计算出时域特征值和频域特征值，例如：可以通过求方差、差分、均值、平移等方法得到。
步骤102，根据第一PPG数据的时域特征值、频域特征值以及用户在预设时间周期内的活动量，确定预设时间周期内的心率信号质量。
在一实施例中，用户在预设时间周期内的活动量(F11)可以根据可穿戴设备中的加速度传感器检测到的加速度数据得到。在一实施例中，加速度传感器可在预设时间周期内采集加速度数据，并根据加速度数据确定用户在预设时间周期内的活动量。
在一实施例中，心率信号质量可通过下述图2A实施例得到，这里先不详述。
步骤103，根据第一PPG数据的时域特征值、频域特征值、预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定用户在预设时间周期内的心率值。
在一实施例中，心率相关数据包括心率值和心率信号质量。
在一实施例中，心率值可通过下述图3实施例得到，这里先不详述。
在一实施例中，对于采集到的有运动干扰的PPG数据，使用本申请技术方案所得到的心率值可以更加逼近心率带的结果。图1E为根据本发明的一示例性实施例的采集的又一PPG数据的示意图，横轴表示采样时间点，纵轴表示PPG数据的幅度；图1F为根据本发明的一示例性实施例的技术方案对采集的图1E所示的又一PPG数据进行处理后得到的心率结果示意图，本申请结合频域数据和时域数据进行处理，最大程度上避免了频域计算结果受分辨率和运动干扰的影响，不能准确逼近实际心率值的问题，同时避免了时域计算方法在出现部分心率消失或者脉冲干扰时会引入误差的问题。
在一示例性场景中，如图1G所示，以可穿戴设备为智能手环为例说明进行示例性说明，可穿戴设备中光电发射器110和光电接收器120位于相近的位置，并且位于可穿戴设备上接近用户皮肤的一侧，光电发射器110发出的光信号照射到用户皮肤后，可通过反射的方式返回光电信号并由光电接收器120接收，可穿戴设备即可对光电接收器120接收的PPG数据确定人体心率。另外，为了得到用户处于安静状态下的心率信号，可穿戴设备中还可内置加速度传感器130，用于确定可穿戴设备的加速度数据，进而确定用户的运动状态，进而可排除运动状态为剧烈状态时所采集的PPG数据，或者根据运动状态为PPG数据确定不同的信号质量，以便在计算心率值时根据信号质量对心率值进行修正，提高心率检测的准确度。
由上述描述可知，本发明实施例通过上述步骤101-步骤104可以准确地确定用户的心率信号质量、时域特征值和频域特征值，从而实现在将心率信号质量考虑在内的情况下结合PPG数据的时域特征值和频域特征值计算用户的心率值，可以有效减小噪声对PPG数据的影响，提高安静心率计算的准确性；此外，本申请还可以使用历史心率相关数据对当前心率值进行修正，进而可以保证心率值的稳定性和准确性，提高对用户心率检测的可信度。
图2A示出了根据本发明的又一示例性实施例的如何得到心率信号质量的流程示意图，图2B示出了根据本发明的又一示例性实施例的心率信号质量计算方式示意图；如图2A所示，包括以下步骤：
步骤201，根据用户在预设时间周期内的活动量、时域特征值中的第一预设时域特征值，以及频域特征值中的第一预设频域特征值确定用户是否处于第一活动状态，如果用户处于第一活动状态，则执行步骤202，否则执行步骤203。
在一实施例中，第一活动状态用于表示用户处于活动状态。
在一实施例中，如果用户佩戴可穿戴设备的部位发生了剧烈运动，可穿戴设备可根据加速度传感器采集的加速度数据检测出来。
在又一实施例中，如果用户的可穿戴设备在采集数据过程中只是有轻微的晃动，则加速度传感器可能无法检测出，则可联合第一预设时域特征值和第一预设频域特征值确定用户是否处于活动状态。
在一实施例中，第一预设时域特征值包括以下任意一项或者两项以上的组合：峰谷震荡值(F6，即预设时间周期内相邻极大波峰值与极小波谷值的差值)和极大波峰间距(F7，即相邻极大波峰之间相距的采样点数)。
在一实施例中，第一预设频域特征值包括历史频谱的相似性(F10)。
在一实施例中，可联合考虑F6、F7、F10、F11、F12特征值确定用户是否处于第一活动状态。例如，根据F6得到的特征序列中，如果最大峰谷震荡值(F6a)>2*平均峰谷震荡值(F6b)，并且根据F7得到的特征序列中，最大波峰间距(F7a)>2*最小波峰间距(F7b)，则可以确定用户是否处于第一活动状态。在又一实施例中，如果PPG频谱的相似性(F10)小于0.4，并且活动量(F11)大于设定的经验阈值T1，那么也可以判定用户处于第一活动状态。采用集合的形式表示为：
((F6a>2*F6b)^(F7a>2*F7b))ⅴ((F10<0.4)^(F11>T1))
那么联合考虑F6、F7、F10、F11特征，可以认为用户处于第一活动状态。
步骤202，确定第一PPG数据的心率信号质量为第一预设质量。
在一实施例中，如果用户处于第一活动状态，则表示所获得的第一PPG数据的心率信号质量较差，则可设置为第一预设质量，如图2B中的心率信号质量SQ:1。
步骤203，根据时域特征值中的第二预设时域特征值确定第一PPG数据是否为噪声数据，如果为噪声数据，则执行步骤204，如果不为噪声数据，则执行步骤207。
在一实施例中，如果用户不处于第一活动状态，则可进一步根据第二预设时域特征值确定第一PPG数据是否有扰动。
在一实施例中，第二预设时域特征值包括以下任意一项或者两项以上的组合：极大值(F2)、所有采样点的幅值均值(F3)、心率波动的最大峰值(F4)、平均极大波峰值(F5)。可穿戴设备在根据上述特征值确定第一PPG数据是否有扰动时可根据经验数据为每个特征值分配一定的权重(其中，经验数据可根据用户在测定时间段内使用可穿戴设备检测心率时统计的数据得到)。例如，根据特征(F2)中的特征序列，如果极大值中的最大值(F2a)>2*极大值均值(F2b)，或者最大峰值(F4)>3*幅值均值(F3)，又或者预设时间周期内的平均极大波峰值(F5)与最大峰值(F4)的比值小于经验阈值(T2)，采用集合的形式表示为：
(F2a>2*F2b)ⅴ(F3>1.5*F3)ⅴ(F5/F4<T2)
那么可以认为PPG信号受到扰动。
在一实施例中，每个特征值是相关联的，因此也可根据其中一个特征值确定第一PPG数据是否有扰动。
步骤204，确定第一PPG数据的心率信号质量为第二预设质量。
如果第一PPG数据有扰动，则可确定心率信号质量为第二预设质量，如图2B中的心率信号质量SQ:2。
步骤205，根据时域特征值中的第三预设时域特征值确定第一PPG数据的噪声强度。
在一实施例中，噪声数据用于表示第一PPG数据为有扰动的信号数据。
在一实施例中，第三预设时域特征值包括时域波形离散程度(F1)，可通过确定时域波形的离散程度确定噪声强度，如果离散程度比较大，则说明噪声强度大，如果离散程度比较小，则说明噪声强度小。
步骤206，根据噪声强度，确定第一PPG数据的信号质量为第二预设质量中的预设级数的信号质量。
在一实施例中，可穿戴设备可根据第一PPG数据的离散程度的具体值将第二预设质量分为若干个等级，例如根据离散程度的强、中、弱，分为三个级别，或者根据离散程度的强弱分为两个级别，或者根据离散程度的具体值分为三个以上的级别，每个级别对应一个信号质量。
图2B中，将第二预设质量分为两个级别，如心率信号质量SQ:2.1和SQ:2.2。
步骤207，确定第一PPG数据的心率信号质量为第三预设质量。
在一实施例中，如果第一PPG数据不为噪声数据，则表示所采集的第一PPG数据为用户完全静止的安静状态下采集的数据，可将第一PPG数据的心率信号质量确定为第三预设质量。
步骤208，根据时域特征值中的第四预设时域特征值和频域特征值中的第二预设频域特征值确定第一PPG数据的周期性和信号强度。
在一实施例中，第四预设时域特征值包括平均极大波峰值(F5)；在又一实施例中，第二预设频域特征值包括主频率(F8)和/或频域离散程度(F9)。例如，平均极大波峰值(F5)大于经验阈值(T3)，主频率(F8)与频域离散程度(F9)大于经验阈值(T4)时，采用集合的形式表示为：
(F5>T3)^(F9>T4)
可以确定PPG数据的心率质量信号为第三预设质量SQ:3。
在一实施例中，上述经验阈值可根据用户在测定时间段内使用可穿戴设备检测心率时统计的数据得到。
步骤209，根据周期性和信号强度，确定第一PPG数据的信号质量为第三预设质量中的预设级数的信号质量。
在一实施例中，可综合考虑第一PPG数据的周期性和信号强度，将第三预设质量分为若干个等级。
图2B中，将第三预设质量分为两个级别，如心率信号质量SQ:3.1和SQ:3.2。
本领域技术人员可以理解的是，可穿戴设备可根据第一PPG数据的时域特征值和频域特征值将所第一PPG数据划分为不同的信号质量级别，本申请并不对信号质量的具体等级数进行限定，也不对根据哪些具体特征值进行信号质量的等级划分进行限定。
由上述描述可知，本发明实施例通过上述步骤可以综合考虑第一PPG数据的多种特征值来准确地确定第一PPG数据的信号质量，进而可以提高后续计算安静心率的准确性。
图3示出了根据本发明的又一示例性实施例的如何计算心率值的流程示意图，如图3所示，包括以下步骤：
步骤301，根据第一PPG数据的时域特征值中的心率波峰数、波峰间隔，确定时域心率估计值。
在一实施例中，根据第一PPG数据的时域特征值中的心率波峰数、波峰间隔，确定时域心率估计值，包括：
根据式(1)确定时域心率估计值HeartRatet：
其中，PeakNumber用于表示心率波峰数，PeakInterval用于表示波峰间隔，SampleRate用于表示采样率。
在一实施例中，PeakNumber、PeakInterval、SampleRate等都是表示每秒钟的数据，而一般心率是指一分钟的心率，因此式(1)中通过*60计算出一分钟的心率。
步骤302，根据频域特征值中的频谱，确定频域心率估计值。
在一实施例中，可通过计算主频点*60得到频域心率估计值HeartRatef，如图1D中，主频点为1.27，则频域心率估计值为1.27*60＝76.2，可取整得到频域心率估计值为76。
步骤303，根据时域心率估计值、频域心率估计值、预设时间周期内的心率信号质量，以及前一预设时间周期的心率信号质量，确定预设时间周期内的心率值。
在一实施例中，根据时域心率估计值、频域心率估计值、预设时间周期内的心率信号质量，以及前一预设时间周期的心率信号质量，确定预设时间周期内的心率值，包括：
根据式(2)确定时域心率估计值：
HeartRatecurrent＝ω1*HeartRateprevious+ω2*HeartRatet+ω3*HeartRatef
式(2)
其中，ω1+ω2+ω3＝1，ω1用于表示前一预设时间周期的心率值的权重，ω2用于表示时域心率估计值的权重，ω3用于表示频域心率估计值的权重。下标current表示根据预设时间周期内采集的PPG数据计算所得的结果，下标previous表示根据前一预设时间周期内采集的PPG数据计算所得的结果。
在一实施例中，ω1大小具体可根据前一预设时间周期的心率信号质量和当前预设时间周期的心率信号质量的大小确定，例如，如果前一预设时间周期的心率信号质量为第二预设质量，当前预设时间周期的心率信号质量也为第二预设质量，则可设置ω1为0.5，其中当前预设时间周期的心率信号质量越好，ω1越小。
在一实施例中，ω2和ω3的值具体可以根据经验值设置，时域特征值稳定，则可设置ω2的值大一些，而频域特征值稳定时，可设置ω3的值大一些。
在一实施例中，当第一次计算心率值时，没有历史数据可以参与计算，可穿戴设备可在当前所获取的心率信号质量比较好时计算心率值。
由以上技术方案可见，本申请可以准确地确定用户的心率信号质量、时域特征值和频域特征值，从而实现在将心率信号质量考虑在内的情况下结合PPG数据的时域特征值和频域特征值计算用户的心率值，可以有效减小噪声对PPG数据的影响，提高安静心率计算的准确性；此外，本申请还可以使用历史心率相关数据对当前心率值进行修正，进而可以保证心率值的稳定性和准确性，提高对用户心率检测的可信度。
图4示出了根据本发明的又一示例性实施例的检测心率的方法的流程示意图，如图4所示，包括以下步骤：
步骤401，在预设时间周期内采集第二PPG数据。
步骤402，根据第二PPG数据确定可穿戴设备是否处于未穿戴状态，如果处于未穿戴状态，则执行步骤403，否则执行步骤404。
步骤403，生成提示信息，用于提醒用户可穿戴设备处于未穿戴状态。
在一实施例中，提示信息可以为文字提示信息；在又一实施例中，提示信息可以为声音提示信息；在再一实施例中，提示信息可以为振动提示信息；在再一实施例中，提示信息可以为光信号提示信息。
步骤404，对预设时间周期内采集的第二PPG数据进行预处理，得到预设时间周期内的第一PPG数据。
步骤405，计算第一PPG数据的时域特征值和频域特征值。
步骤406，根据第一PPG数据的时域特征值、频域特征值以及用户在预设时间周期内的活动量，确定预设时间周期内的心率信号质量。
步骤407，根据第一PPG数据的时域特征值、频域特征值、预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定用户在预设时间周期内的心率值，其中，心率相关数据包括心率值和心率信号质量，执行步骤408和步骤409。
步骤404至步骤407的相关描述可参见图1A实施例的步骤101至步骤104的详细描述，这里不再赘述。
步骤408，在可穿戴设备上推出心率值和心率信号质量。
在一实施例中，可穿戴设备可显示心率值和心率信号质量，以供用户确定自身的身体健康状态。
在又一实施例中，可穿戴设备可播放心率值和心率信号质量，以供用户确定自身的身体健康状态。
步骤409，通过无线通信的方式将心率值和心率信号质量发送给主机设备，以供主机设备根据心率值确定用户的身体健康状态。
由以上技术方案可见，本实施例在上述实施例的有益效果的基础上，还具有以下效果：通过确定可穿戴设备是否处于未穿戴状态并且在可穿戴设备处于未穿戴状态时提醒用户正确佩戴可穿戴设备，可以避免采集无效的PPG数据，进而有效降低可穿戴设备处理噪声数据的功耗。
对应于上述的检测心率的方法，本申请还提出了图5所示的根据本申请的一示例性实施例的可穿戴设备的示意结构图。请参考图5，在硬件层面，该可穿戴设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行计算机程序，在逻辑层面上形成检测心率的装置。当然，除了软件实现方式之外，本申请并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
图6示出了根据本发明的一示例性实施例的检测心率的装置的结构示意图；如图6所示，该检测心率的装置可以包括：计算模块61、质量确定模块62、心率确定模块63。其中：
计算模块61，用于计算预设时间周期内获取的第一光电容积描记PPG数据的时域特征值和频域特征值；
质量确定模块62，用于根据计算模块61计算得到的第一PPG数据的时域特征值、频域特征值以及用户在预设时间周期内的活动量，确定预设时间周期内的心率信号质量；
心率确定模块63，用于根据计算模块61计算得到的第一PPG数据的时域特征值、频域特征值、质量确定模块62确定的预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定用户在预设时间周期内的心率值，其中，心率相关数据包括心率值和心率信号质量。
图7示出了根据本发明的又一示例性实施例的检测心率的装置的结构示意图；如图7所示，在上述图6所示实施例的基础上，在一实施例中，装置还包括：
加速度采集模块64，用于在预设时间周期内采集加速度数据；
活动量确定模块65，用于根据加速度采集模块采集的加速度数据确定用户在预设时间周期内的活动量。
在一实施例中，质量确定模块62包括：
第一确定单元621，用于根据用户在预设时间周期内的活动量、计算模块计算得到的时域特征值中的第一预设时域特征值，以及计算模块计算得到的频域特征值中的第一预设频域特征值确定用户是否处于第一活动状态，其中，第一活动状态用于表示用户发生剧烈活动的状态；
第二确定单元622，用于如果第一确定单元621确定用户处于第一活动状态，确定第一PPG数据的心率信号质量为第一预设质量；
第三确定单元623，用于如果第一确定单元621确定用户不处于第一活动状态，则根据时域特征值中的第二预设时域特征值确定第一PPG数据是否为噪声数据；
第四确定单元624，用于如果第三确定单元623确定第一PPG数据为噪声数据，则确定第一PPG数据的心率信号质量为第二预设质量；
第五确定单元625，用于如果第三确定单元623确定第一PPG数据不为噪声数据，则确定第一PPG数据的心率信号质量为第三预设质量。
在一实施例中，质量确定模块62还包括：
第六确定单元626，用于如果第三确定单元确定623第一PPG数据为噪声数据，则根据时域特征值中的第三预设时域特征值确定第一PPG数据的噪声强度，其中噪声数据用于表示第一PPG数据为有扰动的信号数据；
第七确定单元627，用于根据第六确定单元626确定的噪声强度，确定第一PPG数据的信号质量为第二预设质量中的预设级数的信号质量。
在一实施例中，质量确定模块62还包括：
第八确定单元628，用于如果第三确定单元623确定第一PPG数据不为噪声数据，则根据时域特征值中的第四预设时域特征值和频域特征值中的第二预设频域特征值确定第一PPG数据的周期性和信号强度；
第九确定单元629，用于根据第八确定单元628确定的周期性和信号强度，确定第一PPG数据的信号质量为第三预设质量中的预设级数的信号质量。
图8示出了根据本发明的另一示例性实施例的检测心率的装置的结构示意图；如图8所示，在上述图6和/或图7所示实施例的基础上，在一实施例中，心率确定模块63包括：
时域心率确定单元631，用于根据第一PPG数据的时域特征值中的心率波峰数、波峰间隔，确定时域心率估计值；
频域心率确定单元632，用于根据频域特征值中的频谱，确定频域心率估计值；
心率确定单元633，用于根据时域心率确定单元确定的时域心率估计值、频域心率确定单元确定的频域心率估计值、预设时间周期内的心率信号质量，以及前一预设时间周期的心率信号质量，确定预设时间周期内的心率值。
在一实施例中，时域心率确定单元631，用于根据式(1)确定时域心率估计值：
其中，PeakNumber用于表示心率波峰数，PeakInterval用于表示波峰间隔，SampleRate用于表示采样率。
在一实施例中，心率确定单元633，用于根据式(2)确定预设时间周期内的心率值：
HeartRatecurrent＝ω1*HeartRateprevious+ω2*HeartRatet+ω3*HeartRatef
式(2)
其中，ω1+ω2+ω3＝1，ω1用于表示前一预设时间周期的心率值的权重，ω2用于表示时域心率估计值的权重，ω3用于表示频域心率估计值的权重。
在一实施例中，装置还包括：
发送模块66，用于通过无线通信的方式将心率值和心率信号质量发送给主机设备，以供主机设备根据心率值和心率信号质量确定用户的身体健康状态。
在一实施例中，装置还包括：
处理模块67，用于对所述预设时间周期内采集的第二PPG数据进行预处理，得到所述预设时间周期内的第一PPG数据。
在一实施例中，装置还包括：
状态确定模块68，用于根据第二PPG数据确定可穿戴设备是否处于未穿戴状态；
生成模块69，用于如果状态确定模块68确定可穿戴设备处于未穿戴状态，则生成提示信息，用于提醒用户可穿戴设备处于未穿戴状态。
由上述实施例可见，本申请可以准确地确定用户的心率信号质量、时域特征值和频域特征值，从而实现在将心率信号质量考虑在内的情况下结合PPG数据的时域特征值和频域特征值计算用户的心率值，可以有效减小噪声对PPG数据的影响，提高安静心率计算的准确性；此外，本申请还可以使用历史心率相关数据对当前心率值进行修正，进而可以保证心率值的稳定性和准确性，提高对用户心率检测的可信度。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (22)

1.一种检测心率的方法，其特征在于，应用在可穿戴设备上，所述方法包括：
计算预设时间周期内获取的第一光电容积描记数据的时域特征值和频域特征值；
根据所述第一光电容积描记数据的时域特征值、所述频域特征值以及用户在所述预设时间周期内的活动量，确定所述预设时间周期内的心率信号质量；
根据所述第一光电容积描记数据的时域特征值、所述频域特征值、所述预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定所述用户在所述预设时间周期内的心率值，其中，所述心率相关数据包括心率值和心率信号质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述预设时间周期内采集加速度数据；
根据所述加速度数据确定所述用户在预设时间周期内的活动量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光电容积描记数据的时域特征值、所述频域特征值以及所述用户在所述预设时间周期内的活动量，确定所述预设时间周期内的心率信号质量，包括：
根据所述用户在所述预设时间周期内的活动量、所述时域特征值中的第一预设时域特征值，以及所述频域特征值中的第一预设频域特征值确定所述用户是否处于第一活动状态，其中，所述第一活动状态用于表示所述用户处于活动状态；
如果所述用户处于所述第一活动状态，确定所述第一光电容积描记数据的心率信号质量为第一预设质量；
如果所述用户不处于所述第一活动状态，则根据时域特征值中的第二预设时域特征值确定所述第一光电容积描记数据是否为噪声数据；
如果所述第一光电容积描记数据为噪声数据，则确定所述第一光电容积描记数据的心率信号质量为第二预设质量；
如果所述第一光电容积描记数据不为所述噪声数据，则确定所述第一光电容积描记数据的心率信号质量为第三预设质量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述第一光电容积描记数据为所述噪声数据，则根据所述时域特征值中的第三预设时域特征值确定所述第一光电容积描记数据的噪声强度，其中所述噪声数据用于表示所述第一光电容积描记数据为有扰动的信号数据；
根据所述噪声强度，确定所述第一光电容积描记数据的信号质量为所述第二预设质量中的预设级数的信号质量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述第一光电容积描记数据不为所述噪声数据，则根据所述时域特征值中的第四预设时域特征值和所述频域特征值中的第二预设频域特征值确定所述第一光电容积描记数据的周期性和信号强度；
根据所述周期性和信号强度，确定所述第一光电容积描记数据的信号质量为所述第三预设质量中的预设级数的信号质量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光电容积描记数据的时域特征值、所述频域特征值、所述预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定所述用户在所述预设时间周期内的心率值，包括：
根据所述第一光电容积描记数据的时域特征值中的心率波峰数、波峰间隔，确定时域心率估计值；
根据所述频域特征值中的频谱，确定频域心率估计值；
根据所述时域心率估计值、所述频域心率估计值、所述预设时间周期内的心率信号质量，以及所述前一预设时间周期的心率信号质量，确定所述预设时间周期内的心率值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光电容积描记数据的时域特征值中的心率波峰数、波峰间隔，确定时域心率估计值，包括：
根据式（1）确定所述时域心率估计值：
式（1）
其中，PeakNumber用于表示心率波峰数，PeakInterval用于表示波峰间隔，SampleRate用于表示采样率。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述时域心率估计值、所述频域心率估计值、所述预设时间周期内的心率信号质量，以及所述前一预设时间周期的心率信号质量，确定所述预设时间周期内的心率值，包括：
根据式（2）确定所述预设时间周期内的心率值：
式（2）
其中，，用于表示所述前一预设时间周期的心率值的权重，用于表示所述时域心率估计值的权重，用于表示所述频域心率估计值的权重。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述预设时间周期内采集的第二光电容积描记数据进行预处理，得到所述预设时间周期内的第一光电容积描记数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第二光电容积描记数据确定所述可穿戴设备是否处于未穿戴状态；
如果所述可穿戴设备处于未穿戴状态，则生成提示信息，用于提醒所述用户所述可穿戴设备处于未穿戴状态。
11.一种检测心率的装置，其特征在于，应用在可穿戴设备上所述装置包括：
计算模块，用于计算预设时间周期内获取的第一光电容积描记数据的时域特征值和频域特征值；
质量确定模块，用于根据所述计算模块计算得到的所述第一光电容积描记数据的时域特征值、所述频域特征值以及用户在所述预设时间周期内的活动量，确定所述预设时间周期内的心率信号质量；
心率确定模块，用于根据所述计算模块计算得到的所述第一光电容积描记数据的时域特征值、所述频域特征值、所述质量确定模块确定的所述预设时间周期内的心率信号质量、以及前一预设时间周期的心率相关数据，确定所述用户在所述预设时间周期内的心率值，其中，所述心率相关数据包括心率值和心率信号质量。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
加速度采集模块，用于在所述预设时间周期内采集加速度数据；
活动量确定模块，用于根据所述加速度采集模块采集的所述加速度数据确定所述用户在预设时间周期内的活动量。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述质量确定模块包括：
第一确定单元，用于根据所述用户在所述预设时间周期内的活动量、所述计算模块计算得到的所述时域特征值中的第一预设时域特征值，以及所述计算模块计算得到的所述频域特征值中的第一预设频域特征值确定所述用户是否处于第一活动状态，其中，所述第一活动状态用于表示所述用户发生剧烈活动的状态；
第二确定单元，用于如果所述第一确定单元确定所述用户处于所述第一活动状态，确定所述第一光电容积描记数据的心率信号质量为第一预设质量；
第三确定单元，用于如果所述第一确定单元确定所述用户不处于所述第一活动状态，则根据时域特征值中的第二预设时域特征值确定所述第一光电容积描记数据是否为噪声数据；
第四确定单元，用于如果所述第三确定单元确定所述第一光电容积描记数据为噪声数据，则确定所述第一光电容积描记数据的心率信号质量为第二预设质量；
第五确定单元，用于如果所述第三确定单元确定第一光电容积描记数据不为所述噪声数据，则确定所述第一光电容积描记数据的心率信号质量为第三预设质量。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述质量确定模块还包括：
第六确定单元，用于如果所述第三确定单元确定所述第一光电容积描记数据为所述噪声数据，则根据所述时域特征值中的第三预设时域特征值确定所述第一光电容积描记数据的噪声强度，其中所述噪声数据用于表示所述第一光电容积描记数据为有扰动的信号数据；
第七确定单元，用于根据所述第六确定单元确定的所述噪声强度，确定所述第一光电容积描记数据的信号质量为所述第二预设质量中的预设级数的信号质量。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述质量确定模块还包括：
第八确定单元，用于如果所述第三确定单元确定所述第一光电容积描记数据不为所述噪声数据，则根据所述时域特征值中的第四预设时域特征值和所述频域特征值中的第二预设频域特征值确定所述第一光电容积描记数据的周期性和信号强度；
第九确定单元，用于根据所述第八确定单元确定的所述周期性和信号强度，确定所述第一光电容积描记数据的信号质量为所述第三预设质量中的预设级数的信号质量。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述心率确定模块包括：
时域心率确定单元，用于根据所述第一光电容积描记数据的时域特征值中的心率波峰数、波峰间隔，确定时域心率估计值；
频域心率确定单元，用于根据所述频域特征值中的频谱，确定频域心率估计值；
心率确定单元，用于根据所述时域心率确定单元确定的所述时域心率估计值、所述频域心率确定单元确定的所述频域心率估计值、所述预设时间周期内的心率信号质量，以及所述前一预设时间周期的心率信号质量，确定所述预设时间周期内的心率值。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述时域心率确定单元，用于根据式（1）确定所述时域心率估计值：
式（1）
其中，PeakNumber用于表示心率波峰数，PeakInterval用于表示波峰间隔，SampleRate用于表示采样率。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述心率确定单元，用于根据式（2）确定所述预设时间周期内的心率值：
式（2）
其中，，用于表示所述前一预设时间周期的心率值的权重，用于表示所述时域心率估计值的权重，用于表示所述频域心率估计值的权重。
19.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
发送模块，用于通过无线通信的方式将所述用户在所述预设时间周期内的心率值和心率信号质量发送给主机设备，以供所述主机设备根据所述心率值和所述心率信号质量确定所述用户的身体健康状态。
20.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
处理模块，用于对所述预设时间周期内采集的第二光电容积描记数据进行预处理，得到所述预设时间周期内的第一光电容积描记数据。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
状态确定模块，用于根据所述第二光电容积描记数据确定所述可穿戴设备是否处于未穿戴状态；
生成模块，用于如果所述状态确定模块确定所述可穿戴设备处于未穿戴状态，则生成提示信息，用于提醒所述用户所述可穿戴设备处于未穿戴状态。
22.一种可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器，被配置为执行上述权利要求1-10任一所述的检测心率的方法。
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