CN105380631A - 心跳识别方法以及基于心跳识别的生物识别机器人 - Google Patents

心跳识别方法以及基于心跳识别的生物识别机器人 Download PDF

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王慧
周进
张义民
王丙祥
王玲
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Abstract

一种心跳识别方法，由心跳传感器对人体心跳进行实时检测，并通过处理器将检测到的信号形成连续的心电波形图；对心电波形图的拐点取值MAX(xn、yn)并获得坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)，对被识别人提取心跳信号，获得ASSIST检测后与数据库进行配对确定是否验证通过。本发明以人体心跳心律作为识别特征，用户的心跳无法在本人不同意的情况下被其他人挪用或夺取，其具有较高的安全性，并且，验证较为方便，一种基于心跳识别的生物识别机器人，利用心跳传感器获得心跳信号，以心跳心率作为验证特征信息。本发明提供的生物识别机器人，其运行程序基于上述的心跳识别方法构建，由于人体心跳无法被盗取，其具有非常高的安全性，并且，验证操作非常便捷。

Description

心跳识别方法以及基于心跳识别的生物识别机器人
技术领域
本发明涉及生物识别技术领域，更具体地说，特别涉及一种心跳识别方法以及一种基于心跳识别的生物识别机器人。
背景技术
传统的生物识别技术包括：指纹识别、虹膜识别等，这些识别方法在日常生活当中，每一次验证都需要对被识别人进行一次“样品”提取，例如，采用指纹识别时，每次验证都需要对被识别人进行一次指纹提取，然后根据提取的指纹，在数据库中检索是否存在与其对应的特定指纹，如果有则认定验证通过，如果没有则认定验证不通过。
现有的生物识别技术在验证前，都需要进行“样品”提取，这样使得验证方式较为繁琐。
发明内容
(一)技术问题
如何简化生物识别的验证程序，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种心跳识别方法，设置用于佩戴到人体手腕上的腕带，在所述腕带上内置用于检测人体心跳的心跳传感器以及用于通过无线通信方式发送电信号的发射器，将所述发射器与所述心跳传感器信号连接；
设置智能设备，在所述智能设备上设置与所述发射器通信连接的接收器以及处理器，所述处理器与所述接收器信号连接；
由所述心跳传感器对佩戴者的心跳进行实时检测，并通过所述处理器将检测到的心跳信号形成连续的心电波形图；
对所述心电波形图的拐点取值MAX(xn、yn)，并依次获取相邻的两个拐点中Yn-Yn-1的值与Xn-1组成新的坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)；
在单位时间内通过所述腕带对佩戴者进行心跳检测，并通过所述处理器获得MAX(xn、yn)以及ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)作为对比数据进行储存；
设定所述发射器的信号强度阀值为D，当所述发射器的信号强度大于D时，由所述控制器向所述发射器发出信号启动所述心跳传感器，由所述心跳传感器开始检测佩戴者的心跳信号并传回至所述处理器上，由所述处理器将获得的心跳信号形成检测心电波形图，然后获得检测心电波形图的拐点值MAX检测(xn、yn)，将MAX检测(xn、yn)与储存的MAX(xn、yn)进行对比，当至少有五个连续拐点值相同时，由所述处理器开始计算检测心电波形图的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)，在所述检测心电波形图中，当全部的所述ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)与储存的ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)一致时，确定被检测符合身份；
其中n为大于1的正整数。
优选地，在所述腕带内设置计时器，并以所述心跳传感器开始检测为时间起点，对每一个拐点的MAX检测(xn、yn)进行时间标记；对MAX检测中的yn取绝对值，以相邻的两个相同的yn所标记的时间进行差值计算获得t；建立新坐标T(|yn|、t)；当所述检测心电波形图中当全部的所述ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)一致后，对新坐标T(|yn|、t)进行检测，当ASSIST检测以及T均相同时，确定被检测符合身份。
优选地，所述腕带为硅胶腕带；所述发射器为ZigBee通信装置。
优选地，于所述腕带上还设置有用于进行图像显示的显示器；所述显示器为触摸式液晶显示器。
本发明还提供了一种基于心跳识别的生物识别机器人，设置用于佩戴到人体手腕上的腕带，在所述腕带上内置用于检测人体心跳的心跳传感器以及用于通过无线通信方式发送电信号的发射器，将所述发射器与所述心跳传感器信号连接；
设置门禁装置，在所述门禁装置上设置于所述发射器通信连接的接收器、处理器以及与所述处理器连接的电子锁，所述处理器与所述接收器信号连接；
由所述心跳传感器对佩戴者的心跳进行实时检测，并通过所述处理器将检测到的心跳信号形成连续的心电波形图；
对所述心电波形图的拐点取值MAX(xn、yn)，并依次获取相邻的两个拐点中Yn-Yn-1的值与Xn-1组成新的坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)；
在单位时间内通过所述腕带对佩戴者进行心跳检测，并通过所述处理器获得MAX(xn、yn)以及ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)作为对比数据进行储存；
设定所述发射器的信号强度阀值为D，当所述发射器的信号强度大于D时，由所述控制器向所述发射器发出信号启动所述心跳传感器，由心跳传感器开始检测佩戴者的心跳信号并传回至所述处理器上，由所述处理器将获得心跳信号形成检测心电波形图，然后首先获得检测心电波形图的拐点值MAX检测(xn、yn)，将MAX检测(xn、yn)与储存的MAX(xn、yn)进行对比，当至少有五个连续拐点值相同时，由所述处理器开始计算检测心电波形图的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)，在所述检测心电波形图中当全部的所述ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)一致时，确定被检测人符合身份；
当被检测人符合身份后，由所述处理器控制所述电子锁打开。
(三)有益效果
本发明以人体心跳心律作为识别特征，其具有较高的安全性以及使用的便捷性。对于安全性方面，用户的心跳无法在本人不同意的情况下被其他人挪用或夺取。对于使用便捷性方面，心电传感器能够连续不断地收集信号直到完成匹配为止，采用心率识别能够自动识别和自动解锁，如此不需要在每次验证解锁时都需要进行一次采集动作。
本发明提供的基于心跳识别的生物识别机器人，其运行程序基于上述的心跳识别方法构建，由于人体心跳心律唯一，其可以作为生物识别技术进行应用。另外，由于人体心跳无法被盗取，其具有非常高的安全性。并且，在每次验证时不需要额外进行特征提取，其验证操作非常便捷。
附图说明
图1为传统心电波形图的文字注释图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种心跳识别方法，设置用于佩戴到人体手腕上的腕带，在腕带上内置用于检测人体心跳的心跳传感器以及用于通过无线通信方式发送电信号的发射器，将发射器与心跳传感器信号连接；设置智能设备，在智能设备上设置于发射器通信连接的接收器以及处理器，处理器与接收器信号连接；由心跳传感器对佩戴者的心跳进行实时检测，并通过处理器将检测到的心跳信号形成连续的心电波形图；对心电波形图的拐点取值MAX(xn、yn)，并依次获取相邻的两个拐点中Yn-Yn-1的值与Xn-1组成新的坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)；在单位时间内通过腕带对佩戴者进行心跳检测，并通过处理器获得MAX(xn、yn)以及ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)作为对比数据进行储存；设定发射器的信号强度阀值为D，当发射器的信号强度大于D时，由控制器向发射器发出信号启动心跳传感器，由心跳传感器开始检测佩戴者的心跳信号并传回至处理器上，由处理器将获得心跳信号形成检测心电波形图，然后首先获得检测心电波形图的拐点值MAX检测(xn、yn)，将MAX检测(xn、yn)与储存的MAX(xn、yn)进行对比，当至少有五个连续拐点值相同时，由处理器开始计算检测心电波形图的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)，在检测心电波形图中当全部的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)一致时，确定被检测符合身份。
在生物识别领域中，人体心跳具有唯一性，因此，本发明利用该特性，通过对人体心跳进行检测，来达到生物识别的目的。
设定发射器的信号强度阀值，其目的在于：只有当佩戴者带着腕带接近智能设备时，才由智能设备控制腕带上的心跳传感器启动，如果在远距离时，发射器的信号强度较弱，此时，默认佩戴者(使用者、被检测人)不使用智能设备，心跳传感器处于休眠状态以此达到降低能耗的目的。
具体地，本发明采用现有技术提供心跳传感器以及用发射器对人体心跳进行检测以及信号发送。通过心跳传感器检测到的人体心跳传送到智能设备上后，由只处理器对该信号进行处理形成心电图，该过程现有技术已经较成熟，在此不再赘述。心电图中具有人体心跳的连续心电波形图，该波形图根据心脏搏动形成一连串的极值拐点，本发明利用这些拐点作为心跳特征对其进行数据处理。
首先，由处理器模拟一个二维坐标，将其计算后的心电波形图植入到二维坐标内，其位置随意，以心电波形图的起始点坐标设定为(0、0)为最优选方案；
然后，计算各个拐点处的坐标MAX(xn、yn)，计算相邻的两个MAX(xn、yn)，MAX(xn-1、yn-1)中Y的差值，然后形成新坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)，以ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)作为特征向量进行储存；
在生物比对阶段，由腕带实时对人体心跳进行检测，并对检测到的检测心跳进行数值计算得到实时ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)，将ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)与储存的特征向量ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)进行数值比对，特别注意的是，该比对过程按照拐点的连续顺序逐一比对。
当检测心电波形图中当全部的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)与储存的特征向量ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)一致时，确定被检测符合身份。
由于人体心跳具有唯一性，因此，在心电波形图中心脏搏动的频率、波形图中拐点的极值也具有唯一性，因此，通过建立坐标对各个拐点进行取值计算，得到的特征向量也就具有唯一性，作为一种新的生物识别方式，本发明采用智能腕带利用心电传感器记录心脏独特的脉动节律来验证用户的身份，采用心率识别，其具有两大优点即：安全和便捷。
心率识别的安全性在于：用户的心跳无法在本人不同意的情况下被其他人挪用或夺取。而指纹却有可能会被他人获取样本从而被复制和伪造。心电传感器的内置特征意味它更难以窃取用户的身份。
至于便捷方面，使用者只需每天确认一次身份，不需在每次验证时都需要进行“刷手指”操作。用户的身份成功被识别后，他可以通过无线网络连接设备服务。更重要的是，心电传感器能够连续不断地收集信号直到完成匹配为止，这就解决了在指纹识别中可能发生的首次识别失败的问题。而且，采用心率识别的用户不用为了解锁手机而先放下手中正在进行的工作，因为心率识别能够自动识别和自动解锁。
下面对心电波形图进行简单说明：
请参考图1，图1为传统心电波形图的文字注释图。
在图1各波形的意义
P波：代表心房除极过程。
PR间期：不等于PR段，而＝P波+PR段。代表心房除极开始至心室开始除极。
QRS波群：心室除极全过程。
ST-T：心室复极全过程。
QT间期：整个心室活动过程。主要看QTc间期，即校正后的QT间期，因心率慢QT间期必长，为使各种心率下的QT间期具有可比性，故产生QTc间期[＝QT间期/(根号R-R)]，其中R-R单位为S，一般只能由看电脑打出或查表获得，或靠感觉)，QTc间期才是有意义的值。
具体地，在腕带内设置计时器，并以心跳传感器开始检测为时间起点，对每一个拐点的MAX检测(xn、yn)进行时间标记；对MAX检测中的yn取绝对值，以相邻的两个相同的yn所标记的时间进行差值计算获得t；建立新坐标T(|yn|、t)；当检测心电波形图中当全部的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)一致后，对新坐标T(|yn|、t)进行检测，当ASSIST检测以及T均相同时，确定被检测符合身份。
由于人体心跳心率具有唯一性，因此，其每次心跳的时间间隔也具有一定的特征，因此，通过运算出两个相同拐点的时间间隔，可以作为第二参考特征，用以提高本发明识别的精确度。
具体地，腕带为硅胶腕带；发射器为ZigBee通信装置。当然，发射器还可以采用红外通信装置或者蓝牙通信装置。
为了便于对腕带的操作，于腕带上还设置有用于进行图像显示的显示器；显示器为触摸式液晶显示器。
本发明还提供了一种基于心跳识别的生物识别机器人，设置用于佩戴到人体手腕上的腕带，在腕带上内置用于检测人体心跳的心跳传感器以及用于通过无线通信方式发送电信号的发射器，将发射器与心跳传感器信号连接；设置门禁装置，在门禁装置上设置于发射器通信连接的接收器、处理器以及与处理器连接的电子锁，处理器与接收器信号连接；由心跳传感器对佩戴者的心跳进行实时检测，并通过处理器将检测到的心跳信号形成连续的心电波形图；对心电波形图的拐点取值MAX(xn、yn)，并依次获取相邻的两个拐点中Yn-Yn-1的值与Xn-1组成新的坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)；在单位时间内通过腕带对佩戴者进行心跳检测，并通过处理器获得MAX(xn、yn)以及ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)作为对比数据进行储存；设定发射器的信号强度阀值为D，当发射器的信号强度大于D时，由控制器向发射器发出信号启动心跳传感器，由心跳传感器开始检测佩戴者的心跳信号并传回至处理器上，由处理器将获得心跳信号形成检测心电波形图，然后首先获得检测心电波形图的拐点值MAX检测(xn、yn)，将MAX检测(xn、yn)与储存的MAX(xn、yn)进行对比，当至少有五个连续拐点值相同时，由处理器开始计算检测心电波形图的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)，在检测心电波形图中当全部的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)一致时，确定被检测人符合身份；当被检测人符合身份后，由处理器控制电子锁打开。
本发明提供的基于心跳识别的生物识别机器人，其运行程序基于上述的心跳识别方法构建，由于人体心跳心律唯一，其可以作为生物识别技术进行应用。另外，由于人体心跳无法被盗取，其具有非常高的安全性。并且，在每次验证时不需要额外进行特征提取，其验证操作非常便捷。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (5)

1.一种心跳识别方法，其特征在于，
设置用于佩戴到人体手腕上的腕带，在所述腕带上内置用于检测人体心跳的心跳传感器以及用于通过无线通信方式发送电信号的发射器，将所述发射器与所述心跳传感器信号连接；
设置智能设备，在所述智能设备上设置与所述发射器通信连接的接收器以及处理器，所述处理器与所述接收器信号连接；
由所述心跳传感器对佩戴者的心跳进行实时检测，并通过所述处理器将检测到的心跳信号形成连续的心电波形图；
对所述心电波形图的拐点取值MAX(xn、yn)，并依次获取相邻的两个拐点中Yn-Yn-1的值与Xn-1组成新的坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)；
在单位时间内通过所述腕带对佩戴者进行心跳检测，并通过所述处理器获得MAX(xn、yn)以及ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)作为对比数据进行储存；
设定所述发射器的信号强度阀值为D，当所述发射器的信号强度大于D时，由所述控制器向所述发射器发出信号启动所述心跳传感器，由所述心跳传感器开始检测佩戴者的心跳信号并传回至所述处理器上，由所述处理器将获得的心跳信号形成检测心电波形图，然后获得检测心电波形图的拐点值MAX检测(xn、yn)，将MAX检测(xn、yn)与储存的MAX(xn、yn)进行对比，当至少有五个连续拐点值相同时，由所述处理器开始计算检测心电波形图的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)，在所述检测心电波形图中，当全部的所述ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)与储存的ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)一致时，确定被检测符合身份；
其中n为大于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的心跳识别方法，其特征在于，
在所述腕带内设置计时器，并以所述心跳传感器开始检测为时间起点，对每一个拐点的MAX检测(xn、yn)进行时间标记；
对MAX检测中的yn取绝对值，以相邻的两个相同的yn所标记的时间进行差值计算获得t；
建立新坐标T(|yn|、t)；
当所述检测心电波形图中当全部的所述ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)一致后，对新坐标T(|yn|、t)进行检测，当ASSIST检测以及T均相同时，确定被检测符合身份。
3.根据权利要求1所述的心跳识别方法，其特征在于，
所述腕带为硅胶腕带；
所述发射器为ZigBee通信装置。
4.根据权利要求1所述的心跳识别方法，其特征在于，
于所述腕带上还设置有用于进行图像显示的显示器；
所述显示器为触摸式液晶显示器。
5.一种基于心跳识别的生物识别机器人，其特征在于，
设置用于佩戴到人体手腕上的腕带，在所述腕带上内置用于检测人体心跳的心跳传感器以及用于通过无线通信方式发送电信号的发射器，将所述发射器与所述心跳传感器信号连接；
设置门禁装置，在所述门禁装置上设置于所述发射器通信连接的接收器、处理器以及与所述处理器连接的电子锁，所述处理器与所述接收器信号连接；
由所述心跳传感器对佩戴者的心跳进行实时检测，并通过所述处理器将检测到的心跳信号形成连续的心电波形图；
对所述心电波形图的拐点取值MAX(xn、yn)，并依次获取相邻的两个拐点中Yn-Yn-1的值与Xn-1组成新的坐标ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)；
在单位时间内通过所述腕带对佩戴者进行心跳检测，并通过所述处理器获得MAX(xn、yn)以及ASSIST(Xn-1、Yn-Yn-1)作为对比数据进行储存；
设定所述发射器的信号强度阀值为D，当所述发射器的信号强度大于D时，由所述控制器向所述发射器发出信号启动所述心跳传感器，由心跳传感器开始检测佩戴者的心跳信号并传回至所述处理器上，由所述处理器将获得心跳信号形成检测心电波形图，然后首先获得检测心电波形图的拐点值MAX检测(xn、yn)，将MAX检测(xn、yn)与储存的MAX(xn、yn)进行对比，当至少有五个连续拐点值相同时，由所述处理器开始计算检测心电波形图的ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)，在所述检测心电波形图中当全部的所述ASSIST检测(Xn-1、Yn-Yn-1)一致时，确定被检测人符合身份；
当被检测人符合身份后，由所述处理器控制所述电子锁打开。
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