CN103765436B - 失真减小的信号检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从检测的特性信号中提取信息的设备和方法。接收可从目标（12）发射或反射的电磁辐射（14）导出的数据流（26；124a，124b，124c）。该数据流（26）包括连续或离散特性信号（76；32a，132b，132c），该特性信号包括生理信息（100）和干扰信号部分5（94）。该生理信息（100）表示至少一个至少部分周期性的重要信号（20；156）。该干扰信号部分（94）表示目标运动部分和/或非指示性反射部分中的至少一个。通过将与各10加性通道（74a，74b，74c）有关的特性信号（76；132a，132b，132c）的至少三个绝对分量（92a，92b，92c）转换成特性信号（76；132a，132b，132c）的至少两个差值分量（102；142a，142b）而转变特性信号（76；132a，132b，132c），其中所述至少两个差值分量（102；142a，142b）中的每一个可以通过对应的算术变换考虑所述至少三个绝对分量（92a，92b，92c）中的至少两个而导出，其中该算术变换包括加性和减性系数。因此，1干扰信号部分（94）可以在转变的信号（32；150）中至少部分地被抑制。

Description

失真减小的信号检测

技术领域

本发明涉及一种用于从特性信号中提取信息的设备和方法，其中特性信号嵌入到可从电磁辐射导出的数据流中，尤其是其中数据流包括连续或离散特性信号，该特性信号包括生理信息和干扰信号部分，该生理信息表示感兴趣目标的至少一个至少部分周期性的重要信号，该干扰信号部分表示目标运动部分和/或非指示性反射部分中的至少一个。本发明进一步解决了失真减小的信号检测。

背景技术

WO 2011/021128 A2公开了一种用于图像分析的方法和系统，包括：

- 获得图像序列；

- 对图像序列的至少一幅图像执行基于视觉的分析以便获得用于对图像中表示的对象的状态分类的数据；

- 确定图像序列的至少一些图像中表示的生物的生理参数的至少一个值，其中生理参数的所述至少一个值通过分析来自相同的图像序列的图像数据而确定，对其执行了基于视觉的分析的所述至少一幅图像取自该相同的图像序列；以及

- 使用利用基于视觉的分析获得的数据以及生理参数的所述至少一个值对对象的状态分类。

该文件进一步公开了所述方法和系统的几个改进。例如，设想了远程光学体积描记术（PPG）分析的使用。一般而言，在图像处理领域中，取得的巨大进步之处在于，允许实现记录的数据的深刻分析。在该上下文下，可以设想的是以某种方式从记录的数据中提取信息以便允许实现关于观察的生命个体的身体条件或者甚至幸福感的详细结论。

WO 2011/042858 A1公开了解决处理至少包括表示生物中的周期性现象的分量的信号的另一方法和系统。Verkruysse, W. et al (2008), "Remote plethysmographicimaging using ambient light" in Optics Express, Optical Society of America,Washington, D.C., USA, vol. 16, no. 26, pp. 21434-21445中描述了附加的远程光学体积描记术的基本方法。

Ming-Zher Poh et. Al.: “Non-contact, automated cardiac pulsemeasurements using video imaging and blind source separation”, Opt. Express,vol. 18, no. 10, 2010年5月7日, 第10762页至第10774页公开了另一种方法，该方法使用盲源分离处理RGB信号，接着进行功率谱分析以便选择最可能表示要提取的生命体征的独立分量。

然而，诸如捕获的反射或发射的电磁辐射之类的记录的数据，尤其是记录的图像帧，除了要从中提取的希望的信号之外，总是包括从总体干扰，举例而言例如由于变化的亮度条件或者观察的目标的运动而引起的噪声中导出的另外的信号分量。因此，希望的信号的详细精确的提取对于这样的数据的处理而言仍然带来重大的挑战。

尽管已经在计算性能领域做出了相当大的进步，但是提供允许希望的重要信号的立刻（可以说在线）检测的即时图像识别和图像处理仍然是一种挑战。这尤其适用于通常缺乏足够的计算能力的移动设备应用。此外，数据传输能力在若干应用中可能是受限制的。

这种挑战的一种可能的方法可能涉及在捕获其中嵌入了希望的信号分量的感兴趣信号时提供精心准备且稳定的环境条件以便最小化叠加在信号上的干扰信号分量。然而，这样的实验室条件不能转移到日常生活领域的应用，因为为此需要高的努力和准备工作。

毕竟，当干扰信号分量的幅度和/或标称值比要提取的希望的信号分量的幅度和/或标称值大得多时，使得重要信号检测甚至更加困难。潜在地，相应分量之间的差值的幅值可以被期望是甚至包括几个量级。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于从检测的特性信号中提取信息的系统和方法，从而提供促进以更高的精度获得希望的信号的进一步的改进。

此外，可能有利的是提供一种甚至适于在相当差的环境条件下允许提取希望的信号的设备和方法，所述环境条件例如小的信噪比、变化的亮度条件和/或要观察的目标的稳定或者甚至不稳定的移动。可能进一步有利的是提供一种适于不那么易受扰乱要处理和分析的所捕获信号的干扰的影响的设备。

在本发明的第一方面中，提出了一种用于从检测的特性信号中提取信息的系统，该系统包括：

- 接口，其用于接收可从目标反射的电磁辐射导出的数据流，该数据流包括连续或离散特性信号，该特性信号包括生理信息和干扰信号部分，该生理信息表示至少一个至少部分周期性的重要信号，该干扰信号部分表示目标运动部分和/或非指示性反射部分中的至少一个，所述特性信号与加性信号空间关联，该信号空间包括用于表示特性信号的加性通道，

- 转换器装置，其用于通过将与各加性通道有关的特性信号的至少三个绝对分量转换成特性信号的至少两个差值分量而转变特性信号，其中所述至少两个差值分量中的每一个都能够通过对应的算术变换考虑所述至少三个绝对分量中的至少两个而导出，其中该算术变换包括加性和减性系数，干扰信号部分在转变的信号中至少部分地被抑制，

- 提取器装置，其用于从转变的信号中提取重要信号，优选地，考虑所述至少两个差值分量的加法或减法表达式或者比值而提取该重要信号。

目标运动和变化的光照条件对于信号检测带来重大的挑战，尤其是在需要即时信号检测时。例如，检测的光照变化可能由目标运动造成。这尤其适用于目标跟踪受到诸如时延之类的限制时或者甚至光照仅仅在非常小的区域中一致时。此外，光照条件可能由于不稳定的光照源（例如变化的环境光）而恶化。

光照相关干扰的相当大的部分可以通过镜面反射解释。镜面反射是入射辐射在界面处的“完美”反射。基本上，入射线与反射线相应。反射角等于入射角。换言之，镜面反射意味着表面和界面处的镜状反射。此外，反射线高度指示电磁辐射的来源，即光照源。这种关系已被利用。

应当理解的是，主要是漫反射提供希望的重要信号。漫反射基本上包括体反射而不是界面反射。例如，体反射受身体的感兴趣区域的颜色的微小变化的影响。除别的以外，颜色变化可以由因血液循环引起的血管搏动造成。希望的重要信号可以从那里导出。此外，入射辐射可能在一定程度上被吸收。然而，可检测的反射的信号很可能包括干扰的镜面反射部分。镜面反射基本上“镜像”入射辐射，而不受界面（例如皮肤的上表面）下存在的目标属性的影响。尤其是出汗的皮肤区域和油性或油腻的皮肤区域非常易受到镜面反射。在某些情况下，例如体育实践、锻炼、需要体力的工作或者甚至由于疾病，由目标反射的电磁辐射的很大部分可能与镜面反射有关。因此，特性信号应该具有差的（即相当小的）信噪比。

对于信噪比的另外的不利影响可能发生在感兴趣目标具有暗肤色时。基本上，暗色比亮色吸收入射辐射的更大部分。因此，具有浅肤色的目标吸收更少的辐射。由于只有反射的辐射可能携带希望的信号，因而对于暗皮肤而言，信噪比甚至进一步恶化。

举例而言，数据流可以借助于电荷耦合器件（CCD）传感器捕获。通常，例如由单个CCD像素或者像素阵列捕获的感兴趣点覆盖可归因于非指示性镜面反射和指示性漫反射的辐射部分。此外，当对像素模式的捕获的辐射进行汇总时，很可能（漫射）散射反射加完美（镜面）反射的组合可能包含在输入数据中。

本发明基于以下见识：当应用加性信号空间时，特性信号基本上包括与不同通道（或者可以说轴）有关的分量。加性信号空间可以与派生信号空间或信号模型相联系。基本上，该派生信号空间利用不同的方法以组成特性信号。在其他可能的分量之中，派生信号模型或者信号表示依赖于差值分量，而不是绝对分量。有利的是，差值分量允许实现这样的信号表示，其中可以至少在一定程度上抑制镜面反射。

换言之，当将特性信号转变到派生信号模型时，顺便可以从特性信号中消除干扰信号部分的相当多的部分。可以就目标的运动和/或非指示性体反射至少部分地补偿特性信号。可以按照这种方式改进信噪比。因此，甚至在相当有挑战性的条件下，也可以简化下游的信号分析。此外，所需的数据量可以减少，因为需要更少的“通道”用于携带希望的重要信号。

不言而喻，进一步的信号优化措施可以应用于包括特性信号的数据流。这些措施可以包括运动补偿、模式检测（例如脸部检测）或者归一化措施。归一化可以至少部分地独立于总体干扰地再现信号分量。在该上下文中，应当想起的是，在日常生活条件下，感兴趣信号与非指示性干扰相比是相当小的。

数据流可以包括数据序列，例如一系列诸如RGB图像之类的包括颜色信息的图像帧。这些图像帧可以表示感兴趣目标和另外的元素。基本上，所述另外的元素不指示要从数据流中提取的希望的信号。

存在转换器装置和提取器装置的若干实施例。在第一相当简单的实施例中，检测器装置和转换器装置二者都由通过对应逻辑命令驱动的处理单元，尤其是个人计算机或者移动设备的处理单元实施。这样的处理单元也可以包括适当的输入和输出接口。

然而，在可替换方案中，转换器装置和提取器装置中的每一个可以由通过或者可通过对应命令驱动的单独的处理单元实施。因此，每个对应的处理单元可以适于其特殊目的。因此，可以应用任务的分布，其中不同的任务在多处理器处理单元的单个处理器上处理，例如执行，或者此外，关于个人计算机，图像处理相关任务在图像处理器上执行，而其他操作任务在中央处理单元上执行。

不言而喻，减法表达式也可以至少部分地被认为是包括负系数的加法表达式。

依照本发明的另一方面，所述转换器装置进一步适于考虑到算术变换而转变特性信号，其中该算术变换包括将所述至少三个绝对分量中的至少一个至少部分地从剩余绝对分量中减去，并且其中该算术变换对于所述至少两个差值分量中的每一个而言包括至少基本上总和为零的系数。

例如，该变换可以相应于以下方案

，

其中表示差值分量，其中表示绝对分量，其中和表示系数，并且其中和。矢量可以在加性信号空间中表示。

举例而言，在一个优选的实施例中，这些系数可以具有以下值：，，和，，。

在另一个优选的实施例中，这些系数可以采取以下值：，，和，，。

这些实施例允许实现相当大改进的信噪比，从而促进进一步的信号分析。关于这点，用于项和的可选的广义补充表达式可以解读如下：和，其中。因此，可以从仍然满足上面概述的要求的导出的差值分量项和的可能集合中选择足够的差值分量。此外，对于一些实施例而言，可能优选的是，通过所述算术变换确定的两个差值分量项和（或者和）最终具有相同的符号。

在优选的是维持亮度信息的情况下，前面的方案可以进一步扩展为

系数可以满足要求。例如，系数可以具有以下值：，，。然而，亮度信息不再必然是提取希望的重要信号所需的。

无需说，对于一些应用而言，符号“=”可以容易地由“≈”代替，而不脱离本公开的范围。

例如，已建立的PPG方法基本上可以利用两个不同（绝对）信号分量的比值，例如红色信号与红外信号之间的比值，或者红色信号与绿色信号之间的比值。出于进一步的考虑，可以随着时间绘出该比值。该比值的微小的周期性变化可以允许估计希望的信号。

假设应用的绝对信号同时受变化的光照条件（例如变化的镜面反射）的影响（例如同样地受白色发光体的影响），则建议将信号检测基于要从绝对信号中导出的差值信号的比值。这个方面来自以下见识：非指示性镜面反射基本上相似地存在于绝对信号（例如红色信号、绿色信号和蓝色信号）中。当比较这些信号中的至少两个时，例如当从中导出差值信号时，可以假设在该差值信号中至少基本上抑制了镜面反射。

换言之，按照矢量表示，绝对信号（即所述至少三个绝对分量）可以被认为是表示特性信号的矢量的分量。所述至少两个差值分量中的每一个可以通过将所称的变换施加到所述至少三个绝对分量中的至少两个而获得。无需说，为了确定所述至少两个差值分量中的至少一个，应当考虑所述至少三个绝对分量中的每一个。因此，当一起考虑时，差值分量仍然可以至少在一定程度上表示原始绝对分量中的每一个。具有至少三个分量的特性信号矢量可以由包括与特性信号矢量的分量相比时更少数量的分量（例如减少一个）的差值矢量代替以用于进一步的信号检测措施。“被削除的”分量至少在一定程度上表示镜面反射部分。

然而，除此之外，特性信号矢量也可以被认为是表示感兴趣生理信心的指示性矢量与表示镜面反射部分的非指示性矢量的线性组合。

不言而喻，另外的干扰部分可能包含在特性信号矢量中。然而，本发明主要解决镜面反射问题和与其有关的目标运动问题。

依照所述设备的另一实施例，所述信号空间是加色信号空间，其中所述至少三个绝对分量表示由加性通道指示的三个不同的颜色分量，其中这些加性通道与限定的光谱部分有关。

例如，可以应用RGB信号空间。可替换的信号空间可以包括CIE XYZ、HSV、HSL、sRGB和xvYCC信号或者从它们导出。也可以利用它们的派生物。应当指出的是，基本上线性RGB信号可以用于希望的信号检测。因此，可以相应地变换非线性信号空间（例如伽玛校正信号）。可以进一步设想的是，至少部分地组合若干不同的信号空间以便为所需的分析过程提供更宽的光谱基础。例如，也可以应用所谓的RGBY信号。在RGBY信号空间中，除了红色、绿色和蓝色之外，黄色信号也可以携带颜色信息。

在输入数据流与减色模型（例如CMYK）有关的情况下，可以相应地转变数据以便达到加性信号空间。

另外的光谱分量可以用于从数据流中提取（多个）希望的重要信号。关于这点，也可以应用红外辐射分量。例如，红色与红外信号之间的比值可以高度指示希望的信号。红外辐射也可能经历镜面反射。

此外，信号空间可以指示亮度信息和色度信息，色度信息可由所述至少两个差值分量表示。

为了检测（多个）希望的感兴趣信号，优选的是主要利用色度信息。按照这种方式，可以“忽略”基本上影响亮度信息的镜面反射。换言之，由（颜色）差值信号表示的色度信息的使用可以基本上独立于主要干扰亮度分量地再现转变的信号。应当理解的是，优选地利用线性信号。相应地，可以对非线性信号（例如伽玛校正信号）进行（再）变换。

依照又一实施例，亮度信息基本上与信号空间中的亮度指标元素匹配，该亮度指标元素基本上指示选择的电磁辐射源。

优选地，亮度指标元素表示期望或测量的光源特性，例如光源颜色或者辐射源的色温。

电磁辐射源可以通过人造光源、太阳光、发射具有不可见分量的辐射的辐射源或者其组合实施。可以将辐射直接引导至感兴趣目标。也可应用间接辐射，例如环境光。

对于大多数应用而言，可以公平地假设辐射源（即光源）发射基本上纯白色的光。因此，假设加性信号空间包括三个颜色通道，那么亮度指标元素可以由穿过信号空间的对角矢量表示。例如，指示最小亮度值的黑点可以通过信号空间的零点（0，0，0）实施。该黑点可以与表示加性分量（例如红色、绿色和蓝色）的轴的共同初始点重合。白点可以与黑点在对角上相对地设置在信号空间中。白点可以表示最大亮度值的点。在信号空间为“酉（unitary）”信号空间的情况下，白点可以通过点（1，1，1）实施。白点可以进一步表示亮度指标元素的端点。因此，给定这些假设，亮度指标元素可以在信号空间中通过矢量实施。

依照所述设备的另一方面，所述至少两个差值分量基本上与亮度指标元素正交，优选地，所述至少两个差值分量基本上彼此正交。

这尤其在按照矢量表示处理各分量时适用。穿过信号空间并且基本上与亮度指标元素正交的对角平面可以被认为是色度平面。该色度平面表示基本上独立于亮度信息的信号空间的“切片”。

依照所述设备的另一实施例，所述至少一个至少部分周期性的重要信号选自这样的组，该组包括心率、心跳、呼吸率、心率变异性、Traube–Hering–Mayer波以及氧饱和度。

有利的是，这些重要信号中的至少一些可以向彼此转换。特性信号的微小振荡可以被分析和解释以便达到希望的重要信号的检测。此外，应当理解的是，一般而言，可以从感兴趣目标表现出的至少一个至少部分周期性的信号中直接地或者间接地导出（多个）希望的重要信号。不言而喻，本发明的设备和方法可以与另外的检测和分析措施结合以便进一步增强信号提取。

如上面所提到的，光学体积描记术可以利用两个不同的（绝对）信号分量的比值，例如红色与绿色信号之间的比值。例如，可以应用归一化，其中将红色和绿色信号除以它们各自的（时间）平均值。这种方法尤其适用于绝对分量不太可能变为零时。在通常的条件下，红色（或者平均红色）信号或者绿色（或者平均绿色）信号都不会变为零，从而被零除不太可能发生。基本上，这种方法也可以应用到差值分量。

然而，在一些情况下，差值分量的比值（以及绝对分量的比值）可能导致错误的被零除的项。这尤其适用于差值分量以及其时间平均值的选择的（时间频率）部分被增强或者抑制时。例如，移除非指示性光谱部分可能导致处理的差值分量不再表现出“稳定的”部分。因此，其平均值潜在地可能变为零。从而，考虑平均值的常见归一化可能面临被零除的问题。因此，简单考虑两个差值分量之间的比值可能面临进一步的挑战。该问题的一种可能的方法可以是变换比值（商）项。例如，可以考虑对数恒等式，其允许商的对数的可替换表示，即商的分子的对数与商的分母的对数之间的差值。进一步考虑对数的Taylor扩展并且假设对数项的期望值，所述两个差值分量的（逆）加法组合仍然允许检测希望的信号。在该上下文中，参照下文中结合示例性实施例的详细描述阐明的各等式。应当进一步想起的是，希望的信号（例如心率）基本上可以通过分析特性信号的微小时间变化而不是其绝对值进行提取。

然而，依照一种可替换的方法，希望的重要信号事实上可以考虑所述至少两个差值分量之间的比值进行提取。关于这点，当归一化，面临上面提到的被零除问题时，建议应用依赖于被其对应的标准偏差而不是其对应的平均值除的差值分量的归一化。这种方法基于以下见识：利用的差值分量的幅度至少部分地与其平均值成比例。

此外，在又一个实施例中，例如当利用差值分量的减法表达式时，进一步优选的是，所述设备包括加权装置，该加权装置用于对所述至少两个差值分量加权以便考虑至少两个加权的差值分量而从转变的信号中导出加权的转变的信号，优选地，加权针对使加权的转变的信号的散布（spread）最小化。

加权装置可以有助于进一步改进信号检测。加权装置可以包含在转换器装置与提取器装置之间。加权装置也可以由公共处理单元实施。

所述散布也可以称为统计离差、统计变异性或变化。例如，该散布可以由方差或者标准偏差值表示。

关于本发明的差值分量方法，进一步优选的是，考虑所述至少两个差值信号的加权和（或者差值）而导出感兴趣信号。所述加权装置可以允许即时确定加权因子。在不脱离本公开的范围的情况下，可以设想另外的方法。

这个实施例进一步发展之处在于，加权包括确定所述至少两个差值分量中的每一个的偏差值（优选地，标准偏差），其中所述至少两个差值分量中的每一个的偏差值考虑其在应用到所述至少两个差值分量中的每一个的序列的移动窗口上的时间变化而被确定。

偏差值可以指示所述至少两个差值分量中的每一个的统计离差。按照这种方式，得到的加权和可以具有相当小的方差。因此，可以进一步改进信号检测。这尤其适用于总体干扰（即不归因于镜面反射）与希望的感兴趣信号相比相当大时。

依照所述设备的又一实施例，转换器装置和提取器装置中的至少一个进一步适于考虑转变的信号在应用到其序列的移动窗口上的偏差值（优选地为标准偏差）而对该转变的信号归一化。

因此，希望的信号可以通过移除指示干扰总体偏差的统计离差而进一步增强。特别地，可以按照这种方式进一步“稳定”感兴趣信号的幅度。

依照另一个方面，所述设备进一步包括分析装置，该分析装置包含在提取器装置中或者与其耦合，其中该分析装置适于所述至少一个至少部分周期性的重要信号的频率分析，优选地，该分析装置进一步适于对处理的转变的信号进行滤波并且适于增强带宽介于0.2Hz与10Hz之间，优选地介于0.5Hz与3.5Hz之间的信号分量。按照这种方式，可以从数据流中移除不指示希望的重要信号的甚至进一步的干扰信号分量。

依照又一方面，所述设备包括处理单元，该处理单元包括转换器装置、提取器装置和分析装置。加权装置也可以由该处理单元实施。该处理单元可以是个人计算机、移动设备或者甚至移动电话的一部分。

依照所述设备的另一个实施例，优选的是所述转换器装置、提取器装置和分析装置中的至少一个进一步适于输送压缩的输出信号，其中该输出信号包括由亮度信号表示的亮度信息和由所述至少两个差值分量表示的色度信息，其中将选择的压缩率应用到亮度信息和色度信息，其中以比亮度信息更低的压缩因子压缩色度信息。

以更低的压缩因子压缩等效于以更高的数据率（比特率）压缩。

对于输出分量中的每一个的压缩可以利用恒定的比特率或者可变的比特率执行。不同的压缩率考虑所需的促进信号检测的信息密度。由于对于检测和计算希望的信号而言基本上可以忽略亮度信息，因而保持和存储亮度信息的最微小的信号变化是不必要的。另一方面，感兴趣信号主要由差值分量的小变化表示。因此，可取的是对于色度信息应用更高的比特率。最终，可以存储或者缓冲处理的数据。可以允许附加的后处理。此外，在亮度信息也被维持的情况下，仍然允许（处理的）数据流的后续表示，例如视频表示。因此，维持接收且处理的数据的单一格式可能就足够了。

进一步优选的是，所述设备包括运动补偿装置。运动补偿可以针对目标运动和传感器装置运动（即照相机运动）中的至少一个。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于从检测的特性信号中提取信息的方法，该方法包括步骤：

- 接收可从目标反射的电磁辐射导出的数据流，该数据流包括连续或离散特性信号，该特性信号包括生理信息和干扰信号部分，该生理信息表示至少一个至少部分周期性的重要信号，该干扰信号部分表示目标运动部分和/或非指示性反射部分中的至少一个，所述特性信号与加性信号空间关联，该信号空间包括用于表示特性信号的加性通道，

- 通过将与各加性通道有关的特性信号的至少三个绝对分量转换成特性信号的至少两个差值分量而转变特性信号，其中所述至少两个差值分量中的每一个能够通过对应的算术变换考虑所述至少三个绝对分量中的至少两个而导出，其中该算术变换包括加性和减性系数，非干扰信号部分在转变的信号中至少部分地被抑制，

- 从转变的信号中提取重要信号，优选地，考虑到所述至少两个差值分量的加法或减法表达式或者比值而提取该重要信号。

有利的是，该方法可以利用本发明的用于提取信息的设备执行。

依照本发明的又一方面，提出了一种计算机程序，该计算机程序包括程序代码装置，该程序代码装置用于当所述计算机程序在计算机上执行时使得计算机执行本发明的用于提取信息的方法的步骤。

从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解的是，要求保护的方法具有与要求保护的设备相似和/或相同的优选实施例并且如从属权利要求中所限定。

附图说明

本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例将是清楚明白的并且将参照这些实施例进行阐述。在以下附图中：

图1示出了其中可以使用本发明的设备的总体布局的示意图，

图2示出了利用体反射和界面反射方法的反射模型的示意图，

图3示出了包括表示特性信号的指标元素的信号空间的示例性示意图，

图4a和图4b示出了对其应用示例性检测模式的由电磁辐射源照射的感兴趣目标，

图5a和图5b示出了依照图3的信号空间的另一图示，该信号空间进一步表现了亮度信息，

图6a和图6b示出了依照图3的信号空间的另一图示，

图7a和图7b以解释的方式示出了简化的信号空间的示例性示意图，

图8描绘了第一示例性应用案例中的三个图，每一个都示出了从感兴趣目标中获得的生理信息的光谱图，

图9描绘了第二示例性应用案例中的两个图，每一个都示出了从感兴趣目标中获得的生理信息的光谱图，以及

图10示出了表示依照本发明的方法的实施例的若干步骤的说明性框图。

具体实施方式

图1示出了由附图标记10表示的用于提取信息的设备的示意图。例如，设备10可以用于记录表示目标12的图像帧。图像帧可以从目标12反射的电磁辐射14导出。目标12可以为人或动物，或者一般而言生物。此外，目标12可以是高度指示希望的信号的人的部分，例如脸部或者一般而言皮肤部分。

诸如阳光16a或人造辐射源16b之类的辐射源，还有若干辐射源的组合，可能影响目标12。辐射源16a、16b基本上发射照在目标12上的入射辐射18a、18b。为了从记录的数据（例如图像帧序列）中提取信息，目标12的限定的部分或部位可以由传感器装置24检测。传感器装置24可以举例而言由照相机实施，该照相机适于捕获属于电磁辐射14的至少光谱分量的信息。不言而喻，设备10也可以适于处理事先已经记录并且同时存储或缓冲的输入信号，即输入数据流。如上面所指明的，电磁辐射14可以包含可以高度指示至少一个至少部分周期性的重要信号20的连续或离散特性信号。该特性信号可以由（输入）数据流26实施。在图1中，重要信号20可以允许得到关于心率、心跳、心率变异性、呼吸率或者甚至氧饱和度的若干结论。

用于获得这样的重要信号的已知方法可以包括例如触觉心率监测、心电图或者脉搏血氧定量法。然而，为此目的，需要进行侵扰性监测。如上面所指明的，一种可替换的方法涉及利用图像处理方法的非侵扰性远程测量。

包括连续或离散特性信号的数据流26可以从传感器装置24输送至接口28。无需说，也可以在传感器装置24与接口28之间插入缓冲器装置。在接口28的下游提供了转换器装置30，其适于转变仍然嵌入到接收的数据流26'中的特性信号。该变换可以包括得到差值信号而不是绝对信号的算术变换。差值信号较少指示数据流26中的特性信号的干扰分量。因此，可以输出转变的信号32以供后续分析。

此外，加权装置34可以跟在后面，其适于对包括差值分量的表达式加权。加权装置34由指示加权装置34可以被认为可选的虚线说明。可选地加权的转变的信号由附图标记36表示。

在下游，提取器装置38可以包含在设备10中。提取器装置38可以适于从转变的数据流信号32和加权的转变的数据流信号36中的至少一个中提取重要信号20。例如，提取的信号可以指示所述差值分量中的两个的加法或减法表达式。因此，可以以简化的方式表达差值分量的比值。

此外，分析装置42可以跟在后面，提取的信号40可以从提取器装置38输送至该分析装置。分析装置42可以适于进一步处理提取的信号40，例如检测主导性信号峰值，例如心率指示频率峰值。关于这点，分析装置42可以应用于分离并且增强来自输送至它的总体信号的、甚至更加指示感兴趣的重要信号20的希望的信号分量。

转换器装置30、加权装置34、提取器装置38和分析装置42可以由公共处理单元44联合地实施，该公共处理单元例如是具有单个处理器或者多个处理器的中央处理单元。接口28也可以在容纳各子部件的公共处理单元44中与其连接。举例而言，处理单元44可以由通过对应逻辑命令驱动的个人计算机实施。在传感器装置24也借助于硬件联合地连接到接口24的情况下，布置在更高层次的捕获单元可以容纳各子部件。

然而，可替换地，可以设想将单独的传感器装置24和处理单元44结合。这种连接可以借助于缆线链接或者借助于无线链接建立。代替传感器装置24的是，包括预先记录的数据的存储装置也可以连接到处理单元44。

如上面所指明的，转换器装置30可以进一步适于执行接收的数据的一些预处理，以便在准备涉及希望的重要信号的后续分析中已经增强了信噪比。

虚线箭头46a、46b、46c、46c图示出处理的数据可以在设备10的若干阶段输出以供设备10之外的进一步处理。可以经由箭头46a、46b、46c、46c输送的数据可以被存储或缓冲以供后续处理。此外，输出数据可以用于表示所述（图像）数据流。

以下部分描述了利用本发明设备和方法的若干方面的远程光学体积描记术的一种示例性方法。应当理解的是，所示方法的单独步骤和特征可以从该方法的上下文中提取。这些步骤和特征因此可以是仍然被本发明的范围覆盖的单独的实施例的部分。

如上面所概述的，已经示范了也称为远程光学体积描记术的使用视频照相机的非侵扰性重要信号监测。基本上，算法可以标示（register）随着血容量和血氧合而变化的目标（例如人）的平均肤色。

在经典的（也是非远程的）光学体积描记术方法中，可以在红色和绿色分量的归一化比值中检测心跳。也可以利用红色和红外光谱分量的比值。基本的光学体积描记术设备可以包括要施加到要观察的目标的指尖或耳垂的侵扰性附件。因此，这些方法在应用时可能意味着一种不舒适感。

所称的归一化可以针对基于时间的归一化。例如，红色分量可以通过计算下式而归一化：

（1）

并且对于绿色类似地计算，其中n-k可以被选择为使得至少一定数量的心跳被覆盖。

归一化可以涉及使得心跳幅度独立于发光体的强度和颜色。心跳信号本身导致：

（2）

按照这种方式，只要观察的红色和绿色信号是穿过皮肤的光的结果，就可以实现独立于光照的结果。这些光谱分量高度指示希望的信号。在非远程光学体积描记术方法中，监测条件是稳定的。环境光以及由于另外的光照变化而引起的失真基本上可以忽略。通常，非远程光学体积描记术设备包括标准灯，其发射直接引导至要监测的目标的感兴趣部分的辐射。由于这些设备可以紧密地附接到对应的皮肤区域，因而可以避免由远程灯造成的干扰亮度变化。

在这些“实验室”条件下，红色和绿色的比值主要由皮肤的颜色确定，所述皮肤的颜色随着心跳而轻微波动，但是只要（设备固有的）发光体的光谱是稳定的，则对于红色和绿色的平均比值而言，所述皮肤的颜色可以被认为是恒定的。

然而，在实践中，当应用远程光学体积描记术方法（例如基于照相机的PPG系统）时，从皮肤反射的光基本上包括可以由所谓的双色反射模型描述的两个分量。关于这点，参照图2，其图示出入射辐射58在两种介质48、52之间的界面50处的反射。附图标记48表示空气，入射辐射58透射通过该空气。附图标记52表示皮肤组织，入射辐射58被导引至该皮肤组织。界面50介于空气48与皮肤组织52之间。界面50可以被认为是皮肤的上表面。皮肤组织52可以包括随着感兴趣信号（例如心跳）而轻微波动的着色剂54。界面或者上表面52可以包括宏观表面法线56和微观表面法线62，后者可归因于微观表面不平整性。因此，甚至在界面50处经受（完美）镜面反射的入射辐射58也可以以与微观表面法线62而不是宏观表面法线56相应的反射角反射。反射的辐射由附图标记64表示。利用宏观表面法线56的知识预期的反射的辐射由附图标记60表示。然而，为了以下的阐述，可以将微观表面法线62和宏观表面法线56同等对待。

此外，入射辐射58的相当多的分量被皮肤组织着色剂54而不是界面50反射。该反射可以包括如附图标记66、66'、66''所指示的多次反射。由于皮肤组织着色剂54非均匀地分布在皮肤组织中并且各颜色可能随着时间而变化，因而所谓的体反射可以被认为基本上是漫反射。由于体反射而引起的反射的辐射由附图标记68表示。因此，除了镜面反射分量64之外，漫射散射的反射分量68也可以由感兴趣目标反射。

因此，入射光或辐射的一部分通过漫反射分量（即体反射分量68）反射，该分量穿过皮肤并且表示包括其由于希望的重要信号（例如心率）而引起的变化的皮肤颜色。该反射分量高度指示感兴趣信号。

相反地，直接在皮肤的上表面50处反射的镜面反射分量64主要指示发光体的颜色并且不包括可观的感兴趣信号。

因此，可能出现由感兴趣目标反射的两个辐射份额。这些份额组合形成观察的特性信号，例如观察的颜色。光照条件可能例如由于目标运动的原因随着时间而变化。因此，特性信号也可能随着时间而变化很大。

关于这点，图3描绘了一种示例性信号空间72，例如RGB颜色空间。信号空间72包括指示光谱信息的加性通道74a、74b、74c，例如红色、绿色和蓝色通道。依照上面概述的反射模型，检测的特性信号76可能包括镜面反射分量64和体反射分量68。镜面反射分量64和体反射分量68张成反射平面70，检测的特性信号76也可以位于该平面中。举例而言，信号空间72可以被认为是“酉”信号空间，其中沿着加性通道74a、74b、74c的分量可以取0和1之间的值。可以设想偏离0和1范围的另外的值范围并且相应地对其进行处理。

例如，特性信号76可以依照以下表达式组成：

；

其中可以与检测的彩色像素沿着加性通道74a、74b、74c的RGB值相应，其中和可以表示体反射分量68和镜面反射分量64的方向，并且其中和可以指示各反射分量64、68的幅值78、80。项可以被认为高度指示希望的信号。项可以被认为高度指示由于镜面反射而引起的失真。

除此之外，入射辐射58的相当多的部分可能被目标的皮肤组织吸收。特别地，暗皮肤颜色吸收入射辐射的相当多的部分。

图4a和图4b示出了暴露于由辐射源16发射的入射辐射18的示例性感兴趣目标12。基本上，图示出目标12的头部。头部中未被头发覆盖或者未以其他方式，例如由于头饰、眼镜或者甚至化妆品而覆盖的皮肤区域可以被认为是潜在地高度指示性区域84。不言而喻，可以绘出用于重要信号检测的图4a中未图示出的目标12区域的另外的皮肤。虚线86a、86b、86c、86d指示可能易受镜面反射的示例性脸区域。

应当理解的是，镜面反射受特大量的因素影响。因此，镜面反射并不限于区域86a、86b、86c、86d。从而，不言而喻，可替换地，区域86a、86b、86c、86d在某些情况下可以基本上免于镜面反射。一般而言，倾向于变得油腻或出汗的皮肤区域可以以镜面的方式反射入射辐射的主要部分。

点线指示移动了的目标12'。目标运动可能是重要信号检测方法的主要挑战。因此，仅仅检测并且“跳过”镜面反射的区域86a、86b、86c、86d可能被认为对于移动的目标12的即时信号检测是不够的。

镜面反射区域86a、86b、86c、86d基本上“镜像（mirror）”入射辐射或光。换言之，区域86a、86b、86c、86d被假定具有与发射源16基本上相同的加性通道分量，例如RGB颜色值。

因此，所述加性分量中的两个的比值，例如红色和绿色的比值受总的反射的辐射（即感兴趣信号76）中的局部（检测的）镜面反射分量64的影响。目标的运动一般改变感兴趣区域的平均镜面反射分量64。

图4b阐明了基于像素模式的运动补偿的常见方法或者一般而言信号归一化。图4b的目标12的感兴趣区域用示例性像素模式88掩盖。应当理解的是，像素模式88覆盖基本指示性体反射区域和基本非指示性镜面反射区域二者。当聚集加性分量的各单个像素值时，可以导出平均像素值，即平均特性信号76'。平均特性信号76'可以至少在一定程度上用于检测的信号（例如特性信号76）关于目标的运动的进一步归一化。然而，检测的特性信号76'仍然包括镜面反射部分。

在下文中，信号空间72及其分量可以被认为表示目标12的特定感兴趣区域，该感兴趣区域可以覆盖单个像素或者优选地，覆盖多个像素的聚集的像素区域。

当为了希望的信号检测考虑镜面反射时，出现两个实质性问题。首先，等式（1）和（2）中提供的（基于时间的）归一化不再适用，并且可能随着时间而变化，因为它包含依赖于运动的镜面反射分量。第二个问题与以下事实有关：感兴趣信号（例如HB，即心跳）的幅度不再基本上恒定，因为它仅仅与漫反射的辐射份额（即体反射分量68）成比例，而（基于时间的）归一化还包含镜面反射分量64。

因此，远程的基于照相机的PPG系统对于运动和/或变化的亮度条件非常敏感。在下文中，概述了一种显著地降低镜面反射的影响的示例性方法。该方法利用了本发明的若干方面。

该方法基于以下见识：色差信号（即差值分量）而不是如现有技术方法中所公开的颜色信号（即绝对分量）可以被绘出以用于检测重要信号。因此，可以至少在一定程度上消除镜面反射的辐射的不利影响。从而，后来的信号检测得益于显著改进的信噪比。

此外，该方法需要更少的信息，因为指示辐射源16的强度的亮度信息可以忽略。然而，如上面所概述的，亮度信息可以被保持以用于进一步的处理，但是同时以极小的比特率压缩亮度信息，而对重要信号检测没有不利的影响。

下文中阐明了示例性的用数值表示的描述。等式（2）可以以下面的形式重写：

（3）

可以通过Taylor扩展近似该对数表达式：

（4）

因此，假设等式（3）中的对数项的参数非常接近1，那么等式（3）最终可以由下式近似：

（5）

从而，希望的感兴趣信号，例如心率（或者心跳）可以从由两个信号的差值或者可以说“近似的比值”得到的小信号中提取。信号和二者可以包括大的偏差或方差。因此，必须以高水平的注意力解决（基于时间的）归一化。

对于镜面反射，等式（1）的归一化可能包含误差，因为皮肤颜色不同于发光体的颜色，后者可由亮度信号94或者换言之，镜面反射分量64表示。皮肤颜色值可能被发光体的颜色“扭曲”，即在空间上和/或随着时间。

关于这点，参照图5a和图5b以及图6a和图6b。图5a示出了另一信号空间72，其中示例性的检测的特性信号76由矢量表示。由于信号空间72为加性信号空间，因而特性信号76可以包括与各加性通道74a、74b、74c有关的（加性）绝对分量92a、92b、92c。例如，绝对分量92a可以指示沿着可以表示红色通道的加性通道74a的值。绝对分量92b可以指示沿着可以表示绿色通道的加性通道74b的值。最后，绝对分量92c可以指示沿着可以表示蓝色通道的加性通道74c的值。绝对分量92a、92b、92c的线性组合得到表示特性信号76的矢量。

在图5b中，出于说明的目的，依照图5a的信号空间72基本上围绕表示加性通道74a的轴旋转了大约180°。假设图2的镜面反射分量64为入射辐射或光的镜状反射，那么可以引入基本上作为对角矢量穿过信号空间72的亮度信号94。这尤其适用于辐射源16基本上发射纯白色的光时。优选地，辐射源16的“颜色”等于信号空间的白点。在被监测的目标12的整个区域经历永久镜面反射的情况下，特性信号76除了亮度信号94之外不包含另外的分量。此外，给定该假设，亮度信号94的长度等于信号空间72的整个对角尺寸。然而，在这种情况下，可以不提取出漫射体反射分量68。

亮度信号基本上垂直于色度平面96。色度平面96是信号空间72中的对角平面。例如，色度平面96可以由表达式描述，其中，和。当目的在于从特性信号76中消除亮度信息时，可以用图形方法寻求到色度平面96的投影。

基于图5b，图6a和图6b示出了包括指示镜面反射分量的亮度信号94和指示（漫射）体反射分量的生理信息信号100的另外的信号空间72。出于说明的目的，挨着各信号空间72，还给出了矢量分量94、100的线性组合，即组成的特性信号76。在该上下文下，应当想起的是，图6a和图6b表示三维（3D）表示。因此，相加的线性组合也表示3D矢量而不是二维（2D）矢量。

在图6a和图6b中，示出了亮度指标元素98。亮度指标元素98可以被认为是穿过信号空间72的对角矢量。在亮度信号94仅仅部分地影响检测的感兴趣区域（例如像素模式88）的情况下，亮度信号94比亮度指标元素98“更短”。这两个矢量，即亮度信号94和指标元素98平行并且指向相同的方向。亮度指标元素98指示辐射源。亮度信号94可以被认为表达了检测的感兴趣区域（例如像素模式88）在多大程度上受镜面反射的影响。

有利的是分解特性信号76以便达到希望的生理信息信号100。基本上，希望的生理信息信号100的取向和长度未知。在亮度信号94的取向基本上已知时，亮度信号94的长度也是未知的。

因此，当前的方法依赖于色差信号而不是颜色信号。由于镜面反射分量在所有颜色信号中基本上相同，例如大体白色的发光体，因而可以认为它不存在于两个颜色信号的差值中。应当想起的是，颜色信号可以由特性信号76的绝对分量92a、92b、92c，例如的对应值表示。

应当理解的是，单个色差信号的幅度可能仍然与发光体的强度成比例。因此，需要至少两个色差信号（例如和）以用于消除例如由目标的运动造成的光照强度的变化。从而，它们必须从至少三个颜色信号中导出。因此，加性RGB空间可以被认为是适当的选择，因为特性信号76包括三个绝对颜色分量92a、92b、92c。上面概述了优选的变换和系数。

参照图7a和图7b。仅仅出于说明的目的，图7a和图7b示出了二维（2D）信号空间72'。换言之，信号空间72'可以被认为是信号空间72的“切片”。因此，色度平面96被表示为垂直于亮度指标元素98的对角线。附图标记74a、74b指示所述至少三个加性通道中的两个，例如RGB信号空间中的红色和绿色。在图7a中，表示了特性信号76，其包括两个分量，即亮度信号94和生理信息信号100。亮度信号94平行于亮度指标元素98。附图标记92a、92b指示特性信号76的绝对分量。

挨着图7a的信号空间72'，借助于绝对分量92a、92b的幅值（长度）图示出简单的算术变换。附图标记102指示从绝对分量92a、92b二者中导出的差值分量。换句话说，差值分量可以通过应用示例性表达式而获得。

图7b基于图7a。对于特性指标元素76'、76''、76'''而言，生理信息信号100保持稳定，而亮度信号94'、94''、94'''是变化的。因此，特性指标元素76'、76''、76'''变得失真。然而，各绝对分量92a'、92b'；92a''、92b''；92a'''、92b'''相应地变化。因此，当应用上面提供的表达式时，差值分量102保持不变。从而，变化的光照条件对于后续信号提取措施没有不利影响。

如上面所提到的，对于一些应用而言，潜在地不能执行类似于等式（1）的色差信号和的归一化。这尤其适用于差值分量的选择的（时间频率）部分，最终还有其时间平均值被增强或者抑制时。基本上，可以按照这种方式拉平平均值。此外，可以假设平均信号不再表现出指示希望的重要信息的原始信号的微小（至少部分周期性的）变化。换言之，信号平均潜在地可能变为零。因此，被时间平均值除可能带来被零除的问题。因此，所述至少两个差值分量的比值的估计可能导致计算问题。出于这个原因，可以应用等式（3）、（4）和（5）中提供的推导。从而，纯粹差值分量的比值可以由差值，例如代替。然而，对于一些应用而言，依照等式（1）和（2）的和的归一化是一种适当的可替换方案。这尤其在原始信号的整个真实频带用于归一化的情况下适用。

进一步的改进可以包括最小化两个差值分量的加权和的方差。因此，可以改进（基于时间的）归一化。这种方法可以折衷，将加权函数应用到所述至少两个差值分量：

， （6）

其中可以选择权重以便最小化感兴趣重要信号（例如心率）的方差。可以设想各种不同的方法。一种相当简单的方法以这样的方式确定w(i)，使得等式（6）中的两项的标准偏差基本上相等：

（7）

按照这种方式，可以在一定程度上从希望的信号中移除总体干扰。例如，可以在围绕i的时间窗口中计算标准偏差。举例而言，该窗口可以选择为大约近似1秒。因此，可以从中导出由移动窗口覆盖的帧数。

此外，得到的感兴趣信号（例如心率）可以通过应用其标准偏差而进一步归一化。有利的是，可以利用为加权函数选择的相同窗口尺寸区间计算标准偏差。

参照图8和图9，其示出了图示出利用若干方法的远程光学体积描记术分析的结果的示例性光谱图。在这些示图中，f表示频率，而t表示时间。频率轴可以表示Hz（赫兹）值，而时间轴可以代表处理的图像帧的数量。

图8的光谱图104a、104b、104c例示了相同的情形，即从在健身设备上进行某种锻炼的人获得的结果。在这些情况下，目标的运动使得检测具有挑战性。此外，由于皮肤典型地在锻炼期间变得出汗，因而剧烈活动基本上可能意味着对于要从中导出希望的信号的检测的特性指标元素的进一步不利的影响。

光谱图104a表示依赖于（绝对）颜色分量，即红色和绿色值的基本PPG方法。光谱图104a仅仅表现出一个主导性频率106。然而，该主导性频率106指示不希望的目标运动（例如健身锻炼运动）而不是希望的（多个）感兴趣信号。

基于相同的输入数据，光谱图104b表示上面概述的差值分量方法。从而，可以检测到两个主导性频率106、108。除了步进频率106之外，还可以检测到希望的感兴趣重要信号108，即心率。光谱图104c表示进一步的改进，其导致甚至进一步增强的主导性频率108，同时运动相关的主导性频率106被抑制。因此，差值分量方法甚至在差的条件下也增强信噪比。

图9提供了两幅光谱图110a、110b，其例示了针对具有非常暗的皮肤的目标的远程光学体积描记术分析。表示基本光学体积描记术方法的光谱图110a由噪声主导。光谱图110b依赖于利用差值分量而不是绝对分量的光学体积描记术。可以清楚地看到，指示希望的信号的主导性频率108被增强以便允许进一步的信号处理。

在展示了本发明覆盖的若干可替换示例性方法之后，参照图10，其示意性地图示出一种用于从特性信号中提取信息的方法。

初始时，在步骤122中，接收包括若干帧124a、124b、124c的输入数据流或序列。时间轴由箭头t指示。数据流可以从传感器装置24或者数据缓冲器或者存储装置输送。数据流可以举例而言通过随着时间变化的图像帧序列实施。这些图像帧可以包括基于RGB的像素数据。数据流包括感兴趣目标的表示。

在后续步骤126中，可以在数据流中选择感兴趣部分128a、128b、128c。感兴趣部分128a、128b、128c可以包括感兴趣目标的皮肤部分，例如要观察的人的脸部。非指示性部分（例如衣服、头发或者另外的非指示性周围环境）可以从数据流中移除。依照一个示例性实施例，感兴趣部分128a、128b、128c可以借助于脸部检测进行选择和跟踪。此外，步骤126可以包括针对目标运动和/或传感器装置运动的运动补偿措施。因此，可以促进提取希望的信息的问题。

在另一步骤130中，归一化检测的模式，例如数据流图像帧的感兴趣部分128a、128b、128c。上面已经概述了适当的方法。举例而言，可以在表示具有特定尺寸的整个像素阵列的图像特性的平均值的单个实体中对该像素阵列进行汇总。得到的归一化信号由132a、132b、132c指示。当应用RGB颜色空间时，归一化的实体可以包括平均红色、绿色和蓝色值。出于说明的目的，时间上的归一化信号的一种示例性表示由附图标记132'指示。归一化信号132'包括指示性部分和非指示性部分。非指示性部分可以至少部分地归因于入射电磁辐射的镜面反射。指示性部分可以至少部分地归因于入射电磁辐射的漫反射。

在又一步骤134中，将归一化信号132'分裂为组成它的加性分量136a、136b、136c。举例而言，加性分量136a、136b、136c可以表示红色、绿色和蓝色值。不言而喻，这种相加组成可能是归一化信号132'或者输入数据流所固有的。因此，可替换地，步骤134可以被认为是促进理解的说明性步骤。按照矢量表示来看，信号空间（例如RGB）中表示归一化信号132'的矢量被分裂成其分量。

在另一后续步骤138中，将算术变换施加到加性分量136a、136b、136c。该算术变换得到差值分量142a、142b。差值分量142a、142b包括色度信息而不是亮度信息。该算术变换利用了基本上总和为零的系数。举例而言，差值分量142a通过加性通道136b、136c的变换导出。该变换可以由包括总和为零的正负系数的加法实施。该变换得到“差”值。因此，该变换由减法运算符140a指示。类似地，差值分量142b可以通过加性通道136a、136b、136c的变换导出。该变换由减法运算符140b指示。上面概述了可能的公式和系数。

最终，非指示性（镜面）反射部分在差值分量142a、142b中被抑制，因为至少在一定程度上“扣除”了亮度信息。按照这种方式，镜面反射部分可以被最小化或者甚至从初始信号中移除。

在另一步骤144中，对于差值分量142a、142b中的每一个确定偏差值或方差值，例如标准偏差σ或者其可能的派生物。为此目的，将移动窗口146a、146b应用到差值分量142a、142b的时间信号。

在后续步骤148中，将计算的偏差值用于执行加权函数。加权可以应用到差值分量142a、142b。附加地，可以考虑（加权的）差值分量142a、142b来组成信号150。加权可以针对最小化组成的信号150的方差。组成的信号150高度指示希望的信号，例如心率或心率变异性。

在另一步骤152中，将另外的分析措施应用到组成的信号150。最后，可以从中提取出希望的信号。例如，寻找组成的信号150中的时间脉动。分析措施可以包括光谱分析或者频率分析。附图标记154描绘了组成的信号150的一个示例性光谱表示。该光谱表示揭示了主导性频率。频率轴由箭头f指示。此外，感兴趣信号的基于时间的表示156可能令人感兴趣。

举例而言，本发明可以应用于健康护理领域，例如非侵扰性远程患者监测、一般监督、安全监控以及所谓的生活方式应用，例如健身装备等等。应用可以包括监测氧饱和度（脉搏血氧定量法）、心率、呼吸率、血压、心输出量、血液灌注变化、自主神经功能评估以及周围血管疾病检测。

无需说，在依照本发明的方法的实施例中，所提供的步骤中的若干个可以以变化的顺序执行或者甚至同时地执行。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以跳过这些步骤中的一些步骤。这尤其适用于若干可替换的信号处理步骤。

尽管在所述附图和前面的描述中已经详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，可以理解并实施所公开实施例的其他变型。

在权利要求书中，措词“包括”和“包含”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”并没有排除复数个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载特定措施这一事实并不指示这些措施的组合不可以有利地利用。

计算机程序可以存储/分布于适当的非暂时性介质上，例如存储/分布于与其他硬件一起提供或者作为其他硬件的一部分而提供的光学存储介质或者固态介质上，但是也可以以其他的形式分发，例如通过因特网或者其他有线或无线电信系统分发。

权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.用于从检测的特性信号中提取信息的设备，包括：

- 接口（24），其用于接收可从目标（12）反射的电磁辐射（14）导出的数据流（26；124a，124b，124c），该数据流（26；124a，124b，124c）包括特性信号（76；132a，132b，132c），该特性信号包括生理信息（100）和干扰信号部分（94），该生理信息（100）表示至少一个至少部分周期性的重要信号（20；156），该干扰信号部分（94）表示目标运动部分和/或非指示性反射部分中的至少一个，所述特性信号（76；132a，132b，132c）与加性信号空间（72）关联，该信号空间（72）包括用于表示特性信号（76；132a，132b，132c）的加性通道（74a，74b，74c），

- 转换器装置（30），其用于通过将与各加性通道（74a，74b，74c）有关的特性信号（76；132a，132b，132c）的至少三个绝对分量（92a，92b，92c）转换成特性信号（76；132a，132b，132c）的至少两个差值分量（102；142a，142b）而转变特性信号（76；132a，132b，132c），其中

--所述至少两个差值分量（102；142a，142b）中的每一个能够通过对应的算术变换而导出，该算术变换包括将所述至少三个绝对分量（92a，92b，92c）中的至少一个至少部分地从剩余绝对分量中减去，其中加性和减性系数至少基本上总和为零，

--干扰信号部分（94）在转变的信号（32；150）中至少部分地被抑制，

- 提取器装置（38），其用于从转变的信号（32；150）中提取重要信号（20；156）。

2.如权利要求1所述的设备，其中信号空间（72）是加色信号空间，其中所述至少三个绝对分量（92a，92b，92c）表示由加性通道（74a，74b，74c）指示的三个不同的颜色分量，其中所述加性通道（74a，74b，74c）与限定的光谱部分有关。

3.权利要求2的设备，其中信号空间（72）进一步指示亮度信息（94）和色度信息，色度信息可由所述至少两个差值分量（102；142a，142b）表示。

4.权利要求3的设备，其中亮度信息（94）基本上与信号空间中的亮度指标元素（98）匹配，该亮度指标元素（98）基本上指示选择的电磁辐射源（16a，16b）。

5.权利要求4的设备，其中所述至少两个差值分量（102；142a，142b）基本上与亮度指标元素（98）正交，所述至少两个差值分量（102；142a，142b）基本上彼此正交。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个至少部分周期性的重要信号（20；156）选自这样的组，该组包括心率、心跳、呼吸率、心率变异性、Traube–Hering–Mayer波以及氧饱和度。

7.权利要求1的设备，进一步包括加权装置（34），该加权装置用于对所述至少两个差值分量（102；142a，142b）加权以便考虑至少两个加权的差值分量（102；142a，142b）而从转变的信号（32）中导出加权的转变的信号（36），加权针对最小化加权的转变的信号（36）的散布。

8.权利要求7的设备，其中加权包括确定所述至少两个差值分量（102；142a，142b）中的每一个的偏差值为标准偏差，并且其中所述至少两个差值分量（102；142a，142b）中的每一个的偏差值考虑其在应用到所述至少两个差值分量（102；142a，142b）中的每一个的序列的移动窗口（146a，146b）上的时间变化而被确定。

9.权利要求1的设备，其中转换器装置（30）和提取器装置（38）中的至少一个进一步适于考虑转变的信号（32，36；150）在应用到其序列的移动窗口上的偏差值为标准偏差而对该转变的信号（32，36；150）归一化。

10.如权利要求1所述的设备，进一步包括分析装置（42），该分析装置（42）包含在提取器装置（38）中或者与其耦合，其中该分析装置适于所述至少一个至少部分周期性的重要信号（20；156）的频率分析，该分析装置（42）进一步适于对处理的转变的信号（32；150）进行滤波并且适于增强带宽介于0.2Hz与10Hz之间，或介于0.5Hz与3.5Hz之间的信号分量。

11.如权利要求1所述的设备，进一步包括处理单元（44），该处理单元包括转换器装置（30）、提取器装置（38）和分析装置（42）。

12.如权利要求11所述的设备，其中转换器装置（30）、提取器装置（38）和分析装置（42）中的至少一个进一步适于输送压缩的输出信号（46），其中该输出信号（46）包括由亮度信号（94）表示的亮度信息和由所述至少两个差值分量（102；142a，142b）表示的色度信息，其中将选择的压缩率应用到亮度信息和色度信息，其中以比亮度信息更低的压缩因子压缩色度信息。

13.用于从检测的特性信号中提取信息的方法，包括步骤：

- 接收可从目标（12）反射的电磁辐射（14）导出的数据流（26；124a，124b，124c），该数据流（26；124a，124b，124c）包括特性信号（76；132a，132b，132c），该特性信号包括生理信息（100）和干扰信号部分（94），该生理信息（100）表示至少一个至少部分周期性的重要信号（20；156），该干扰信号部分（94）表示目标运动部分和/或非指示性反射部分中的至少一个，所述特性信号（76；132a，132b，132c）与加性信号空间（72）关联，该信号空间（72）包括用于表示特性信号（76；132a，132b，132c）的加性通道（74a，74b，74c），

- 通过将与各加性通道（74a，74b，74c）有关的特性信号（76；132a，132b，132c）的至少三个绝对分量（92a，92b，92c）转换成特性信号（76；132a，132b，132c）的至少两个差值分量（102；142a，142b）而转变特性信号（76；132a，132b，132c），

--其中所述至少两个差值分量（102；142a，142b）中的每一个能够通过对应的算术变换而导出，该算术变换包括将所述至少三个绝对分量（92a，92b，92c）中的至少一个至少部分地从剩余绝对分量中减去，

--其中加性和减性系数至少基本上总和为零，

--干扰信号部分在转变的信号（32；150）中至少部分地被抑制，

- 从转变的信号（32；150）中提取重要信号（20；156）。