本技術(shù)屬于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法、設(shè)備及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
1、心率作為關(guān)鍵生理指標(biāo)，在健康監(jiān)測(cè)和醫(yī)療診斷領(lǐng)域意義重大。傳統(tǒng)心率監(jiān)測(cè)方法在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下表現(xiàn)欠佳，運(yùn)動(dòng)偽影干擾會(huì)嚴(yán)重影響心率測(cè)量的準(zhǔn)確性。
2、目前的運(yùn)動(dòng)心率監(jiān)測(cè)方案存在諸多不足。基于加速度計(jì)的方法雖能一定程度反映運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但難以精準(zhǔn)提取心率信息；單純的光電容積脈搏波（ppg）技術(shù)，在運(yùn)動(dòng)時(shí)易受身體抖動(dòng)等因素干擾，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降、心率計(jì)算誤差大。此外，多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)在復(fù)雜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，無(wú)法自適應(yīng)地選擇合適的心率計(jì)算方法，難以滿足多樣化運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的需求。
3、隨著可穿戴設(shè)備的普及，用戶對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心率監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性要求越來(lái)越高。因此，亟待一種能有效抑制運(yùn)動(dòng)偽影、根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整心率計(jì)算策略的技術(shù)，以提升運(yùn)動(dòng)心率監(jiān)測(cè)的性能，為用戶提供更準(zhǔn)確的健康數(shù)據(jù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，旨在解決現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下心率檢測(cè)效果較差的問(wèn)題，本技術(shù)提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法包括：
2、獲取初始ppg信號(hào)和初始acc信號(hào)；
3、對(duì)所述初始ppg信號(hào)和所述初始acc信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到第二ppg信號(hào)和第二acc信號(hào)；
4、基于所述第二acc信號(hào)計(jì)算預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的合加速度平均值；
5、基于所述第二ppg信號(hào)計(jì)算所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的能量集中程度；
6、基于所述合加速度平均值和所述能量集中程度確定是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
7、若未處于所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則基于時(shí)域信息確定心率信息；
8、若處于所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則獲取acc頻譜和ppg頻譜；
9、基于所述acc頻譜與前一時(shí)刻心率間的關(guān)系判斷是否存在同頻情況；
10、若存在所述同頻情況，則對(duì)所述ppg頻譜進(jìn)行譜減處理；
11、基于頻率追蹤算法在譜減處理后的ppg頻譜和未譜減處理的ppg頻譜中確定心率信息。
12、基于本技術(shù)實(shí)施例第一方面所提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，可選的，所述對(duì)所述初始ppg信號(hào)和所述初始acc信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到第二ppg信號(hào)和第二acc信號(hào)，包括：
13、采用巴特沃斯帶通濾波器對(duì)所述初始ppg信號(hào)和所述初始acc信號(hào)進(jìn)行處理獲得第二acc信號(hào)和中間ppg信號(hào)，帶通濾波器的截止頻率為0.5hz和4hz，階數(shù)為6階；
14、使用自適應(yīng)濾波器,將所述第二acc信號(hào)作為輸入信號(hào)，所述中間ppg信號(hào)為期望信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)偽影的去除，獲得所述第二ppg信號(hào)。
15、基于本技術(shù)實(shí)施例第一方面所提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，可選的，所述基于所述第二acc信號(hào)計(jì)算預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的合加速度平均值；基于所述第二ppg信號(hào)計(jì)算所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的能量集中程度包括：
16、所述acc信號(hào)為三軸加速度信號(hào)，依據(jù)下述公式計(jì)算初始acc信號(hào)的第一合加速度：
17、
18、其中為合加速度信號(hào)，為x軸方向加速度信號(hào)，為y軸方向加速度信號(hào)，為z軸方向加速度信號(hào)；
19、所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口的時(shí)長(zhǎng)為8秒，確定8秒內(nèi)每一秒的所述第一合加速度最大值；
20、依據(jù)下述公式計(jì)算所述合加速度平均值：
21、
22、其中為合加速度平均值為所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)每一秒的所述第一合加速度最大值；
23、使用線性調(diào)頻z變換方法計(jì)算特定窗口時(shí)長(zhǎng)的所述第二ppg信號(hào)的頻譜，得到所述ppg頻譜，對(duì)所述ppg頻譜進(jìn)行最大值歸一化，得到的所述ppg頻譜長(zhǎng)度為210；
24、依據(jù)下述公式計(jì)算能量集中程度：
25、
26、其中為頻譜最大振幅值對(duì)應(yīng)的頻率。
27、基于本技術(shù)實(shí)施例第一方面所提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，可選的，所述基于所述合加速度平均值和所述能量集中程度確定是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括：
28、判斷所述合加速度平均值小于第一預(yù)設(shè)值且所述能量集中程度小于第二預(yù)設(shè)值的連續(xù)時(shí)長(zhǎng)是否超出預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)；
29、若超出，則認(rèn)定不處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
30、若未超出，則認(rèn)定處于預(yù)設(shè)狀態(tài)。
31、基于本技術(shù)實(shí)施例第一方面所提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，可選的，所述基于所述acc頻譜與前一時(shí)刻心率間的關(guān)系判斷是否存在同頻情況；若存在所述同頻情況則對(duì)所述ppg頻譜進(jìn)行譜減處理，包括：
32、確定多個(gè)acc頻譜譜峰，進(jìn)行多倍頻擴(kuò)充；
33、判斷前一時(shí)刻心率對(duì)應(yīng)acc頻譜位置是否存在譜峰，若存在則認(rèn)定存在同頻狀況flag記為1，否則flag記為0；
34、基于下述公式進(jìn)行同頻處理：
35、,
36、當(dāng)時(shí)，，為負(fù)數(shù)時(shí)，置為0;
37、當(dāng)時(shí)，，為負(fù)數(shù)時(shí)，置為0;
38、當(dāng)且時(shí)，;
39、當(dāng)且時(shí)，
40、。
41、基于本技術(shù)實(shí)施例第一方面所提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，可選的，所述基于頻率追蹤算法在譜減處理后的ppg頻譜和未譜減處理的ppg頻譜中確定心率信息，包括：
42、在所述譜減處理后的ppg頻譜合所述未譜減處理的ppg頻譜分別確定多個(gè)譜峰；
43、基于前一時(shí)刻心率值計(jì)算各個(gè)譜峰的評(píng)價(jià)值，確定評(píng)價(jià)值最高峰對(duì)應(yīng)頻率為心率值；
44、所述評(píng)價(jià)值計(jì)算公式如下所述：
45、
46、為評(píng)價(jià)值，為最大振幅值，為最大振幅值對(duì)應(yīng)頻率，為所述前一時(shí)刻心率。
47、基于本技術(shù)實(shí)施例第一方面所提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，可選的，所述方法還包括：
48、建立邏輯回歸模型，所述邏輯回歸模型訓(xùn)練使用的特征包括：所述合加速度平均值、所述能量集中程度，未經(jīng)過(guò)譜減ppg頻譜的標(biāo)準(zhǔn)差、峰度、偏度，經(jīng)過(guò)譜減ppg頻譜的標(biāo)準(zhǔn)差、峰度、偏度、前一時(shí)刻心率、評(píng)價(jià)值、最大評(píng)價(jià)值對(duì)應(yīng)峰的振幅和位置，所述邏輯回歸模型用于輸出對(duì)當(dāng)前心率的評(píng)價(jià)值；
49、計(jì)算所述心率值的評(píng)價(jià)值；
50、若評(píng)價(jià)值低于預(yù)設(shè)值，則將基于心率追蹤算法得到的心率值和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算得到的心率值基于卡爾曼濾波方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到當(dāng)前心率值。
51、本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供了一種運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，包括：
52、獲取單元，用于獲取初始ppg信號(hào)和初始acc信號(hào)；
53、濾波單元，用于對(duì)所述初始ppg信號(hào)和所述初始acc信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到第二ppg信號(hào)和第二acc信號(hào)；
54、合加速度平均值計(jì)算單元，用于基于所述第二acc信號(hào)計(jì)算預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的合加速度平均值；
55、能量集中程度計(jì)算單元，用于基于所述第二ppg信號(hào)計(jì)算所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的能量集中程度；
56、判斷單元，基于所述合加速度平均值和所述能量集中程度確定是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
57、時(shí)域心率確定單元，用于若未處于所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則基于時(shí)域信息確定心率信息；
58、頻譜獲取單元，用于若處于所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則獲取acc頻譜和ppg頻譜；
59、同頻判斷單元，用于基于所述acc頻譜與前一時(shí)刻心率間的關(guān)系判斷是否存在同頻情況；
60、譜減處理單元，用于若存在所述同頻情況則對(duì)所述ppg頻譜進(jìn)行譜減處理；
61、頻域心率確定單元，用于基于頻率追蹤算法在譜減處理后的ppg頻譜和未譜減處理的ppg頻譜中確定心率信息。
62、基于本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，可選的，所述濾波單元具體用于：
63、采用巴特沃斯帶通濾波器對(duì)所述初始ppg信號(hào)和所述初始acc信號(hào)進(jìn)行處理獲得第二acc信號(hào)和中間ppg信號(hào)，帶通濾波器的截止頻率為0.5hz和4hz，階數(shù)為6階；
64、使用自適應(yīng)濾波器,將所述第二acc信號(hào)作為輸入信號(hào)，所述中間ppg信號(hào)為期望信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)偽影的去除，獲得所述第二ppg信號(hào)。
65、基于本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，可選的，
66、所述合加速度平均值計(jì)算單元具體用于：
67、所述acc信號(hào)為三軸加速度信號(hào)，依據(jù)下述公式計(jì)算初始acc信號(hào)的第一合加速度：
68、
69、其中為合加速度信號(hào)，為x軸方向加速度信號(hào)，為y軸方向加速度信號(hào)，為z軸方向加速度信號(hào)；
70、所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口的時(shí)長(zhǎng)為8秒，確定8秒內(nèi)每一秒的所述第一合加速度最大值；
71、依據(jù)下述公式計(jì)算所述合加速度平均值：
72、
73、其中為合加速度平均值為所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)每一秒的所述第一合加速度最大值；
74、所述能量集中程度計(jì)算單元具體用于：
75、使用線性調(diào)頻z變換方法計(jì)算特定窗口時(shí)長(zhǎng)的所述第二ppg信號(hào)的頻譜，得到所述ppg頻譜，對(duì)所述ppg頻譜進(jìn)行最大值歸一化，得到的所述ppg頻譜長(zhǎng)度為210；
76、依據(jù)下述公式計(jì)算能量集中程度：
77、
78、其中為頻譜最大振幅值對(duì)應(yīng)的頻率。
79、基于本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，可選的，所述判斷單元具體用于：
80、判斷所述合加速度平均值小于第一預(yù)設(shè)值且所述能量集中程度小于第二預(yù)設(shè)值的連續(xù)時(shí)長(zhǎng)是否超出預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)；
81、若超出，則認(rèn)定不處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
82、若未超出，則認(rèn)定處于預(yù)設(shè)狀態(tài)。
83、基于本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，可選的，所述同頻判斷單元具體用于：
84、確定多個(gè)acc頻譜譜峰，進(jìn)行多倍頻擴(kuò)充；
85、判斷前一時(shí)刻心率對(duì)應(yīng)acc頻譜位置是否存在譜峰，若存在則認(rèn)定存在同頻狀況flag記為1，否則flag記為0；
86、所述譜減處理單元具體用于：
87、基于下述公式進(jìn)行同頻處理：
88、,
89、當(dāng)時(shí)，，為負(fù)數(shù)時(shí)，置為0;
90、當(dāng)時(shí)，，為負(fù)數(shù)時(shí)，置為0;
91、當(dāng)且時(shí)，;
92、當(dāng)且時(shí)，
93、。
94、基于本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，可選的，所述頻域心率確定單元用于：
95、在所述譜減處理后的ppg頻譜合所述未譜減處理的ppg頻譜分別確定多個(gè)譜峰；
96、基于前一時(shí)刻心率值計(jì)算各個(gè)譜峰的評(píng)價(jià)值，確定評(píng)價(jià)值最高峰對(duì)應(yīng)頻率為心率值；
97、所述評(píng)價(jià)值計(jì)算公式如下所述：
98、
99、為評(píng)價(jià)值，為最大振幅值，為最大振幅值對(duì)應(yīng)頻率，為所述前一時(shí)刻心率。
100、基于本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供的運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，可選的，所述設(shè)備還包括：
101、驗(yàn)證單元，所述驗(yàn)證單元用于：
102、建立邏輯回歸模型，所述邏輯回歸模型訓(xùn)練使用的特征包括：所述合加速度平均值、所述能量集中程度，未經(jīng)過(guò)譜減ppg頻譜的標(biāo)準(zhǔn)差、峰度、偏度，經(jīng)過(guò)譜減ppg頻譜的標(biāo)準(zhǔn)差、峰度、偏度、前一時(shí)刻心率、評(píng)價(jià)值、最大評(píng)價(jià)值對(duì)應(yīng)峰的振幅和位置，所述邏輯回歸模型用于輸出對(duì)當(dāng)前心率的評(píng)價(jià)值；
103、計(jì)算所述心率值的評(píng)價(jià)值；
104、若評(píng)價(jià)值低于預(yù)設(shè)值，則將基于心率追蹤算法得到的心率值和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算得到的心率值基于卡爾曼濾波方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到當(dāng)前心率值。
105、本技術(shù)實(shí)施例第三方面還提供了一種運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)設(shè)備，包括：
106、中央處理器，存儲(chǔ)器，輸入輸出接口，有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口以及電源；
107、所述存儲(chǔ)器為短暫存儲(chǔ)器或持久存儲(chǔ)器；
108、所述中央處理器配置為與所述存儲(chǔ)器通信，在所述設(shè)備上執(zhí)行所述存儲(chǔ)器中的指令操作以執(zhí)行本技術(shù)實(shí)施例第一方面中任意一項(xiàng)所述的方法。
109、本技術(shù)實(shí)施例第四方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，包括指令，當(dāng)所述指令在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行如本技術(shù)實(shí)施例第一方面中任意一項(xiàng)所述的方法。
110、本技術(shù)實(shí)施例第五方面提供了一種包含指令的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行如本技術(shù)實(shí)施例第一方面中任意一項(xiàng)所述的方法。
111、從以上技術(shù)方案可以看出，本技術(shù)實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：本技術(shù)提供了一種運(yùn)動(dòng)心率檢測(cè)方法，包括：獲取初始ppg信號(hào)和初始acc信號(hào)；對(duì)所述初始ppg信號(hào)和所述初始acc信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到第二ppg信號(hào)和第二acc信號(hào)；基于所述第二acc信號(hào)計(jì)算預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的合加速度平均值；基于所述第二ppg信號(hào)計(jì)算所述預(yù)設(shè)時(shí)間窗口內(nèi)的能量集中程度；基于所述合加速度平均值和所述能量集中程度確定是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；若未處于所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則基于時(shí)域信息確定心率信息；若處于所述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則獲取acc頻譜和ppg頻譜；基于所述acc頻譜與前一時(shí)刻心率間的關(guān)系判斷是否存在同頻情況；若存在所述同頻情況則對(duì)所述ppg頻譜進(jìn)行譜減處理；基于頻率追蹤算法在譜減處理后的ppg頻譜和未譜減處理的ppg頻譜中確定心率信息。本方案結(jié)合合加速度平均值和能量集中程度確定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相比單一指標(biāo)判斷更全面準(zhǔn)確，能適應(yīng)多種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。在未處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，基于時(shí)域信息確定心率信息，該方法簡(jiǎn)單直接，計(jì)算量小，能快速得到心率結(jié)果。處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，先判斷acc頻譜與前一時(shí)刻心率間的同頻情況，對(duì)ppg頻譜進(jìn)行針對(duì)性譜減處理，再用頻率追蹤算法確定心率信息，可有效排除運(yùn)動(dòng)偽影干擾，精準(zhǔn)獲取運(yùn)動(dòng)時(shí)的心率。