本主題一般涉及光電體積描記術(shù)，具體但不排他地，涉及基于光電體積描記術(shù)估計受試者的生理參數(shù)。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的進步，已經(jīng)開發(fā)出（PPG）用于測量生理參數(shù)，諸如個體的心率。PPG是一種非侵入式光學技術(shù)并且涉及光用于測量個體的血液體積的變化的用途。基于該測量，可以獲得指示血液體積變化的PPG信號。然后，PPG信號可以用于估計與個體相關(guān)聯(lián)的生理參數(shù)。

附圖說明

參照附圖對詳細描述進行描述。在附圖中，附圖標記最左邊的數(shù)字標識該附圖標記首次出現(xiàn)的附圖。在整個附圖中，使用相同附圖標記來指示相似的特征和組件。

圖1示出了根據(jù)本主題的實施方式的用于確定與受試者相關(guān)聯(lián)的生理參數(shù)的生理參數(shù)測量裝置；和

圖2示出了根據(jù)本主題的實施方式的用于確定與受試者相關(guān)聯(lián)的生理參數(shù)的方法。

具體實施方式

本主題涉及使用光電體積描記術(shù)（PPG）確定受試者（例如，個體）的生理參數(shù)。PPG是一種用于測量生理參數(shù)（諸如受試者的心率）的非侵入式光學技術(shù)。

在PPG中，使用標準醫(yī)用級設(shè)備記錄與個體相關(guān)聯(lián)的PPG信號。PPG信號指示個體血流的體積變化并且用于確定個體的心率。然而，這種醫(yī)療設(shè)備獲得成本高，因此，定期尋求測量他們心率的個體可能必須反復拜訪具有這種醫(yī)療設(shè)備的診所以測量他們的心率。此外，醫(yī)療設(shè)備可能只能由熟練的人員操作，從而限制了醫(yī)療設(shè)備的操作效用。

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前，個體可以使用配備有光源（諸如發(fā)光二極管（LED））閃光燈和視頻捕捉裝置（例如，攝像機）的智能電話來測量他們的生理參數(shù)。為了使用智能電話估計個體的生理參數(shù)，使用具有接通的LED閃光燈的智能電話的攝像機來記錄個體的身體部位（通常，手指）的視頻。然后，對視頻進行處理以提取與個體相關(guān)聯(lián)的PPG信號?；谠揚PG信號，估計個體的生理參數(shù)。

在用于從視頻中提取PPG信號的常規(guī)途徑中，從視頻的每一幀中選擇預定尺寸的中心塊。該中心塊可以被理解為位于幀中心的塊。此后，基于對應于各個中心塊的平均值，提取PPG信號。由于閃光燈位于相對于攝像機的位置，所以基于中心塊獲得PPG信號的質(zhì)量可能很差。例如，閃光燈可能導致更靠近閃光燈的幀的像素的飽和度。因此，從這樣的區(qū)域（例如，中心塊）中提取的PPG信號的質(zhì)量可能很差。因此，基于這樣的PPG信號所確定的任何生理參數(shù)均不能反映生理參數(shù)的精確值。另外，個體的膚色也會影響所獲得的PPG信號的質(zhì)量。例如，在淺皮膚個體的情況下，來自LED閃光燈的大部分光被反射回來并且所記錄的視頻的強度高。因此，從這樣的視頻中提取的PPG信號的質(zhì)量可能很差并且不能用于估計個體的生理參數(shù)。

本主題描述了用于估計受試者的生理參數(shù)的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個方面，對應于受試者的身體部位的視頻的多個幀中的每一個幀可以被劃分為多個塊。此后，PPG信號可以基于多個塊中的具有最高峰值信噪比（PSNR）的塊從視頻中提取，基于該PPG信號可以確定受試者的生理參數(shù)。該高PSNR表明對應于該塊的幀的區(qū)域包含最低噪聲分量，并且因此，基于這樣的塊所提取的PPG信號產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的PPG信號。因此，可以提高確定生理參數(shù)的精度。

視頻的幀可以被劃分成多個塊。在示例中，視頻的幀可以以各個塊可以具有相同的預定尺寸的這種方式進行劃分。在實施方式中，可以計算用于各個塊的峰值信噪比（PSNR）。PSNR可以指示對應于塊的幀的區(qū)域中的噪聲水平。例如，具有高PSNR的塊可以指示具有較低噪聲分量的幀的區(qū)域，同時，具有低PSNR的塊可以指示具有高噪聲分量的幀的區(qū)域?；趬K的PSNR，可以選擇具有最高PSNR的塊。

如上所述，PPG信號可以基于具有最高PSNR的塊從視頻中提取。為了提取PPG信號，可以確定與塊相關(guān)聯(lián)的塊標識符。該塊標識符可以被理解為指示幀的區(qū)域的識別符（例如，與塊相關(guān)聯(lián)的塊編號或坐標）。在示例中，塊標識符可以使用已知技術(shù)確定。在確定塊標識符時，在視頻的每一幀中標識對應于塊標識符的區(qū)域。當區(qū)域?qū)趬K標識符時，對應于這種區(qū)域的PSNR也可以很高，并且因此可以表示具有最低噪聲分量的視頻的區(qū)域。

隨后，PPG信號可以從視頻的幀的所標識的區(qū)域中提取。出于上述原因，從這種區(qū)域中提取的PPG信號可以具有高質(zhì)量，并且可以有利于確定具有更高精度的生理參數(shù)。

如可以理解的是，PPG信號處于頻域中并且PPG信號的頻譜中的主峰用于計算生理參數(shù)。在實施方式中，PPG信號可以被增強用于提高確定生理參數(shù)的精度。例如，PPG信號可以通過自適應濾波器（諸如歸一化最小均方（NLMS）濾波器）以獲得噪聲減小的已經(jīng)濾波的PPG信號。此后，插值技術(shù)可以應用于已經(jīng)濾波的PPG信號，用于增強該已經(jīng)濾波的PPG信號。插值技術(shù)的示例可以包括但不限于線性插值和Jacobsen插值。PPG信號的增強可以產(chǎn)生已經(jīng)濾波的PPG信號的頻域表示的微調(diào)形式。因此，PPG信號的頻譜中的主峰更容易從增強的PPG信號中確定。因此，PPG信號的增強進一步提高了確定生理參數(shù)的精度。

如從前面的描述可以清楚地看出的是，選擇具有最高PSNR的塊用于提取PPG信號有利于獲得具有更低噪聲分量的優(yōu)質(zhì)PPG信號。因此，從這樣的PPG信號中所確定的生理參數(shù)以更高精度確定。此外，相比從完整的視頻中提取PPG信號之下，PPG信號可以基于塊標識符從視頻中提取。因此，具有較低的計算能力的裝置（諸如低處理能力的智能電話）可以被實施用于提取PPG信號并進而確定生理參數(shù)。進一步地，增強的PPG信號進一步提高了確定受試者的生理參數(shù)的精度。

結(jié)合以下附圖，將對本主題的這些和其它優(yōu)點進行更詳細地描述。雖然所述系統(tǒng)和方法的各方面可以在許多不同的計算系統(tǒng)、環(huán)境和/或配置中實施，但是在以下裝置的上下文中對實施例進行了描述。

圖1示出了根據(jù)本主題的實施方式的用于確定與受試者相關(guān)聯(lián)的生理參數(shù)的生理參數(shù)測量裝置100。該生理參數(shù)測量裝置100（下文中被稱為裝置100）可以為手持裝置，并且可以包括任一個裝置，例如，移動電話、個人數(shù)字助理（PDA）、智能電話、或臺式個人計算機。在另一個示例中，裝置100可以為電氣裝置，諸如在臨床環(huán)境中用于監(jiān)測或估計與受試者相關(guān)聯(lián)的生理參數(shù)的那些。

在一個實施方式中，裝置100包括處理器102和存儲器104。處理器102可以被實施為一個或多個微處理器、微計算機、微控制器、數(shù)字信號處理器、中央處理單元、狀態(tài)機、邏輯電路和/或基于操作指令操縱信號的任何裝置。除了其它能力之外，處理器102被提供以取得并執(zhí)行存儲在存儲器104中的計算機可讀指令。存儲器104可以耦合到處理器102并且包括本領(lǐng)域已知的任何計算機可讀介質(zhì)，例如，包括易失性存儲器（諸如靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM））、和/或非易失性存儲器（諸如只讀存儲器（ROM）、可擦除可編程ROM、閃存、硬盤、光盤、和磁帶）。

進一步地，裝置100可以包括模塊106和數(shù)據(jù)108。模塊106和數(shù)據(jù)108可以耦合到處理器102。模塊106除其它外（amongst other things）還包括執(zhí)行特定任務或?qū)崿F(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。模塊106還可以被實施為信號處理器、狀態(tài)機、邏輯電路和/或基于操作指令操縱信號的任何其它裝置或組件。

在一個實施方式中，模塊106包括視頻處理模塊110、信號增強模塊112和其它模塊114。其它模塊114可以包括補充由裝置100執(zhí)行的應用程序或功能的程序或編碼指令。另外，在所述實施方式中，數(shù)據(jù)108包括視頻處理數(shù)據(jù)116、信號增強數(shù)據(jù)118和其它數(shù)據(jù)120。其它數(shù)據(jù)120還（amongst other things）可以用作儲存庫，用于儲存由于執(zhí)行模塊106中的一個或多個模塊從而所處理、接收、或生成的數(shù)據(jù)。盡管數(shù)據(jù)108被示出內(nèi)置于裝置100，但可以理解的是，數(shù)據(jù)108可以位于外部儲存庫（圖中未示出），該外部儲存庫可以可操作地耦合到裝置100。因此，裝置100可以設(shè)有接口（未示出）以與外部儲存庫通信來從數(shù)據(jù)108中獲得信息。

在操作期間，為了開始測量生理參數(shù)，待測量心率的受試者（即，人）讓身體部位126位于裝置100的攝像機128上。在示例中，受試者可以將身體部位126與攝像機128的鏡頭接觸，或反之亦然，同時接通攝像機128的閃光燈。例如，受試者可以將他的手指的指尖放在攝像機128上用于捕捉射頻。在這種位置中，根據(jù)實施方式，使用裝置100的攝像機128來捕捉受試者的身體部位126的視頻。在示例中，閃光燈可以為發(fā)光二極管（LED）類型的閃光燈并且可以向身體部位126提供適當?shù)恼彰饔糜谟行У夭蹲揭曨l以便進一步處理。在一個示例中，裝置100的攝像機128可以以大約每秒30幀（fps）的速率捕捉視頻。然后，所捕捉的視頻可以被存儲在裝置100的視頻處理數(shù)據(jù)116中。

在一個示例中，視頻可以被處理以獲得PPG信號，基于該PPG信號對受試者的生理參數(shù)進行估計。例如，視頻處理模塊110可以將視頻的幀劃分為多個塊。在示例中，視頻處理模塊110可以以各個塊具有相同的預定尺寸的這種方式來劃分視頻的幀。進一步地，視頻處理模塊110可以生成用于各個塊的塊標識符。例如，視頻處理模塊110可以生成用于各個塊的塊編號，用于標識塊。在另一個示例中，視頻處理模塊110可以生成對應于各個塊的坐標。視頻處理模塊110可以將塊標識符存儲在視頻處理數(shù)據(jù)116中用于將來標識塊。

一旦將幀劃分成塊，視頻處理模塊110就可以計算用于各個塊的PSNR。與幀的塊相關(guān)聯(lián)的PSNR可以指示存在于對應于該塊的幀的區(qū)域中的噪聲分量的度量。在示例中，視頻處理模塊110可以使用已知的常規(guī)技術(shù)計算PSNR。進一步地，視頻處理模塊110可以將PSNR存儲在視頻處理數(shù)據(jù)116中。

之后，視頻處理模塊110可以從多個塊中選擇具有最高PSNR的塊用于基于該塊提取PPG信號。為了提取PPG信號，視頻處理模塊110可以首先確定對應于塊的塊標識符。如前所述，塊標識符被存儲在視頻處理數(shù)據(jù)116中。為了確定對應于塊的塊標識符，視頻處理模塊110可以訪問視頻處理數(shù)據(jù)116，并且隨后可以確定對應于塊的塊編號。其次，視頻處理模塊110可以在視頻的各個幀中標識對應于該塊編號的區(qū)域用于從區(qū)域中提取PPG信號。如可以理解的是，對應于塊編號的區(qū)域并且進而具有最高PSNR的塊可以具有高PSNR。因此，相應的區(qū)域可以具有較低的噪聲分量，并且因此從這種區(qū)域中獲得的PPG信號可以具有高質(zhì)量。在標識區(qū)域時，視頻處理模塊110可以基于該區(qū)域從視頻中提取PPG信號。

在一個實施方式中，信號增強模塊112可以增強PPG信號。例如，信號增強模塊112可以使PPG信號通過濾波器用于獲得經(jīng)過濾波的PPG信號。PPG信號的濾波降低了存在于PPG信號中的噪聲。在示例中，濾波器可以為自適應濾波器，諸如歸一化最小均方（NLMS）濾波器。此后，信號增強模塊112可以將插值技術(shù)應用到經(jīng)過濾波的PPG信號。插值技術(shù)的應用有利于頻域中的峰值檢測，從而提高了確定生理參數(shù)的精度。插值技術(shù)的示例可以包括但不限于線性插值和Jacobsen插值。

在一個實施方式中，裝置100可以使用增強的PPG信號（即，增強后的PPG信號）進行確定生理參數(shù)（例如，受試者的心率）。

在一個實施例中，當記錄受試者的身體部位126的視頻時，攝像機128的閃光燈亮度可以基于個體的膚色進行調(diào)整。例如，調(diào)整PPM裝置100的攝像機128的強度等級，以在閃光燈的一個或多個強度等級下操作攝像機128，用于在閃光燈的一個或多個強度等級中的每一個強度等級下捕捉受試者的測試視頻。此后，對于閃光燈的一個或多個強度等級中的每一個強度等級來說，可以確定用于在閃光燈的一個或多個強度等級下所捕捉的測試視頻的PSNR。隨后，可以從在閃光燈的一個或多個強度等級下捕捉的測試視頻中確定具有最高PSNR的測試視頻，并且可以在對應于具有最高PSNR的測試視頻的閃光燈的強度等級下捕捉受試者的視頻。在一個示例中，視頻處理模塊110可以以如上所述的方式調(diào)整閃光燈。

圖2示出了根據(jù)本主題的實施例的用于估計受試者的生理參數(shù)的方法200。描述方法200的順序并不旨在解釋為限制，并且任何數(shù)量的所描述的方法方框均可以以任何順序組合以實施本方法或任何可選方法。另外，在不背離本文所述的主題的精神和范圍的情況下，可以從方法中刪除單獨的框。此外，該方法可以以任何合適的硬件、軟件、固件、或其組合來實施。

方法可以在計算機可執(zhí)行指令的一般上下文中描述。通常，計算機可執(zhí)行指令包括執(zhí)行特定功能或?qū)崿F(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、過程、模塊、功能等。該方法也可以在分布式計算環(huán)境中實施，其中，功能由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠程處理裝置來執(zhí)行。在分布式計算環(huán)境中，計算機可執(zhí)行指令可以位于包括存儲器存儲裝置在內(nèi)的本地和遠程計算機存儲介質(zhì)中。

在一個實施方式中，本文中所描述的方法中的一個或多個方法可以至少部分地被實施為在非暫時性計算機可讀介質(zhì)中體現(xiàn)的并且可由一個或多個計算裝置執(zhí)行的指令。通常，處理器（例如，微處理器）從非暫時性計算機可讀介質(zhì)（例如，存儲器）中接收指令，并且執(zhí)行那些指令，從而執(zhí)行包括本文中所描述的一個或多個方法在內(nèi)的一個或多個方法。這樣的指令可以使用各種已知的計算機可讀介質(zhì)中的任意一種進行存儲和/或傳輸。

參照圖2，在方框202，生理參數(shù)待被估計的受試者的視頻的多個幀中的每一個幀被劃分為多個塊。在示例中，受試者的視頻可以為預先記錄的視頻，即，在估計生理參數(shù)之前的某一時刻所記錄的視頻。在另一個示例中，當正在實時地進行估計時，可以捕捉視頻。例如，視頻可以使用攝像機128捕捉。在捕捉視頻的同時，可以接通攝像機128的閃光燈。此外，基于受試者的膚色可以調(diào)整閃光燈的亮度。在示例中，各個塊具有相同的預定尺寸。在實施方式中，視頻處理模塊110可以將各個幀劃分成多個塊。

在方框204，計算各個塊的PSNR。在示例中，視頻處理模塊110可以計算PSNR。

在方框206，從多個塊中選擇具有最高PSNR的塊。在示例中，塊的PSNR可以被分析用于標識具有最高PSNR的塊。然后，該塊可以被選擇用于提取PPG信號。

在方框208，基于與塊相關(guān)聯(lián)的塊標識符從視頻中提取PPG信號。在示例中，視頻處理模塊110可以以如圖1中的上述方式從視頻中提取PPG信號。

在方框210，增強PPG信號。作為增強的一部分，在示例中，PPG信號被濾波以獲得經(jīng)過濾波的PPG信號。此外，插值技術(shù)可以應用到經(jīng)過濾波的PPG信號用于PPG信號的進一步增強。此后，一旦完成了增強，就可以確定受試者的生理參數(shù)。

盡管描述了用于估計生理參數(shù)的方法和系統(tǒng)的實施方式，但應當理解的是，本主題不一定局限于所描述的具體特征或方法。相反，這些具體特征和方法作為用于估計生理參數(shù)的實施方式而公開。