CN106102564A - 生理特性确定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定如人的脉搏率的生理特性的生理特性确定装置(1)。所述装置可以被配置为像手表一样穿戴在所述手腕上。控制器(8)分别地控制用于将具有不同的波长的至少两个光束发射到人的组织中的至少两个光源(3、4、5)，并且具有二维探测表面(12)的光探测器波长依赖地探测已经行进通过所述组织的光并且基于探测到的光来生成波长依赖的二维图像。基于所生成的波长依赖的二维图像，确定所述生理特性。所述光源的所述分离的控制允许针对每个波长的照明和探测过程的独立优化，其进而可以造成基于所述波长依赖的二维图像的所述生理特性的经改进的确定。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定人的生理特性的生理特性确定装置、方法和计算机程序。
背景技术
US 2010/0268094 A1公开了一种用于确定人的脉搏率的装置。该装置包括用于将光发射到身体部分中的光源和要被放置在身体部分附近或与身体部分接触以便探测已经行进通过身体部分之后的光的数码相机，其中，脉搏率是基于探测到的光的变化来确定的。然而，取决于被用于照射身体部分的光源、照相机和光穿过的身体的种类，可以降低所确定的脉搏率的准确度。
US 2012/195486 A1公开了一种用于远程地确定生物的心率的远程光体积描记术系统。所述系统包括用于辐照生物的若干光源和用于远程地采集生物的视频图像的视频相机。所述系统适于基于远程采集的视频图像来确定心率。
发明内容
本发明的目标是提供一种生理特性确定装置、方法和计算机程序，其允许对人的生理特性的经改进的确定。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于确定人的生理特性的生理特性确定装置，其中，所述生理特性确定装置包括：
-至少两个光源，其用于将具有不同的波长的至少两个光束发射到所述人的组织中，
-具有二维探测表面的光探测器，其用于波长依赖性地探测已经行进通过所述组织的光并且用于基于探测到的光来生成波长依赖的二维图像，
-控制器，其用于分别地控制不同的所述光源的所述光束的强度，使得所述光探测器不被过载，以及
-生理特性确定单元，其用于基于所生成的波长依赖的二维图像来确定所述生理特性。
由于所述控制器适于分别地控制所述不同的光源的所述光束的所述强度，因而针对每个波长，可以独立地优化对所述人的所述组织的所述照射，例如使得针对每个相应的波长优化所述信噪比。这可以造成基于所述波长依赖的二维图像的对所述生理特性的经改进的确定。所述生理特性确定单元例如适于将所述脉搏率确定为所述生理特性。所述控制器适于分别地控制所述光束的所述强度使得所述光探测器不是过载的，这造成确定所述生理特性的进一步的经改进的质量。
在实施例中，所述至少两个光源包括三个光源，其发射具有不同的波长的三个不同的光束。所述光源例如适于发射蓝色、绿色和红色光束。所述光源优选地包括激光器和/或发光二极管(LED)。所述二维探测表面优选地包括探测元件的二维布置，每个探测元件生成波长依赖的探测信号以用于生成所述波长依赖的二维图像。所述波长依赖的二维图像是例如时间依赖的并且包括针对不同时间的若干二维图像帧。
在实施例中，所述装置还包括对于所述光束透明的间隔器，其中，所述间隔器被布置在所述探测表面的前面。例如使用所述间隔器，如果所述光源是发射相干光的激光器，其中，在这种情况下，在使用所述间隔器时，由所述光探测器生成斑点图像，其可以由所述生理特性确定单元使用以确定所述生理特性。
在另一实施例中，所述控制器可以适于控制所述光源，使得所述探测表面不接收最大量的光(其在不使所述光探测器过载的情况下将是可能的)而是较小量的光。所述最大量与所述较小量之间的差可以是由所述控制器针对所述不同的波长来预定或确定的。其可以对应于由于所述生理特性确定装置的运动的探测到的光强度的期望波动。例如，所述控制器可以适于将由要测量的所述生理特性引起的光强度波动与可以由运动引起的其他种类的光强度进行区分，并且适于控制所述光源使得即使所述其他种类的光波动存在，所述光探测也不是过载的。如果已知所述生理特性要引起特定频率范围内的光强度波动，则可以观察到该频率范围外部的光强度波动并且可以确定所述波动强度的对应的最大幅度。所述最大量的光与所述较小量的光之间的所述差可以对应于该最大幅度。在所述差已经确定之后，其可以被存储在所述控制器中并且被用于进一步的测量。将由所述光源发射的所述光束的所述光强度控制到该较小量的光可以确保即使探测到的光强度由于例如运动而波动，所述光探测器也不过载。
还可以用另一方式确定所述差。例如，所述生理特性确定单元还可以包括运动传感器，其用于生成指示所述生理特性确定单元的所述运动的运动信号，其中，该运动信号可以由所述控制器使用来将由要测量的所述生理特性引起的所述光强度波动与由所述运动引起的光强度波动进行区分。具体而言，所述运动信号可以定义其中探测到的光强度由于运动而波动的频率范围，其中，该频率范围内的所述最大探测到的光强度波动幅度可以用作所述最大量与所述较小量之间的所述差。所述控制器还可以适于使用用于通过使探测到的光强度与所述运动信号相关来确定运动引起的光强度波动的其他技术。
所述二维探测表面优选地包括探测元件的二维布置，每个探测元件生成波长依赖的探测信号以用于生成所述波长依赖的二维图像，其中，所述生理特性确定单元适于a)通过单独地处理由不同的探测元件生成的探测信号或者b)通过基于由探测元件的相应组生成的所述探测信号针对探测元件的不同组确定组探测信号并且通过单独地处理所述组探测信号来确定所述生理特性。例如，可以探测元件组的所述探测信号求平均用于确定组探测信号。具体而言，所述生理特性确定单元适于确定由运动造成的各自的探测信号或组探测信号的扰动的程度并且基于具有小于扰动阈值的扰动的程度的探测信号或组探测信号来确定所述生理特性。例如，所述生理特性确定装置还可以包括运动传感器，所述运动传感器用于生成指示所述生理特性确定装置的运动的运动信号，其中，所述生理特性确定装置可以适于基于所述运动信号来确定所述各自的探测信号或组探测信号的扰动的程度。因此，针对不同的波长(即，颜色)并且针对所述组织上的不同的位置来确定探测信号或组探测信号，其中，探测信号或组探测信号的所述扰动针对不同的颜色和/或针对各自的探测元件或探测元件的组的不同的位置可以是不同的。在这些探测信号当中，仅可以选择所述探测信号，其仅很少扰动或根本不由运动所扰动。例如，所选择的探测信号可以组合(特别是平均)，并且所述经组合的所选择的探测信号每分钟的脉搏的所述数目可以被确定为所述脉搏率。使用所选择的探测信号以确定所述生理特性可以进一步改进该确定。
在实施例中，所述生理特性确定单元适于通过线性地组合所述探测信号来确定所述生理特性。具体而言，所述生理特性确定单元适于线性地组合所述探测信号或组探测信号，使得所述线性地组合的探测信号中的移动伪迹小于在线性地组合之前的所述探测信号中的。例如，所述生理特性确定单元可以适于将主成分分析(PCA)应用到所述探测信号以用于线性地组合所述探测信号。所述生理特性确定单元可以然后适于基于线性地组合的信号(特别地，从所述PCA获得的所述主成分)来确定所述生理特性。因此，所述线性组合可以从所述信号“清除”移动伪迹，从而进一步改进所述生理特性的所述确定。
所述若干光源和所述光探测器例如适于生成波长依赖的二维图像，使得其是时间依赖的并且包括针对不同时间的若干二维图像帧，其中，所述生理特性确定单元可以适于确定不同的图像帧中的对应的区域并且基于所述不同的图像帧中的这些对应的区域来确定所述生理特性。例如，特定图像帧中的区域中的探测信号可以被组合(例如，线性地组合，如上文所描述的，特别是平均)以便针对所述特定图像帧确定经组合的信号。通过确定针对不同图像帧的该经组合的信号，可以生成时间依赖的信号，其可以由所述生理特性确定单元使用来确定所述生理特性。例如，所述信号的所述重复率可以被确定为脉搏率。为了确定所述不同图像帧中的所述对应的区域，可以使用已知图像配准技术或者用于找到对应的元素并且因此不同图像中的区域的其他已知技术，其可以是基于相关性的。
所述控制器可以适于控制所述光源，使得所述光束的强度变化。例如，所述光源可以能在脉冲模式中操作，其中，所述光束作为光脉冲发射到所述组织中。在脉冲模式中操作所述光源比在连续模式中操作所述光源是较低功耗的。因此，通过在所述脉冲模式中操作所述光源，可以降低所述生理特性确定装置的所述功耗。而且，所述控制器可以适于控制所述光源，使得每个光源重复地发射具有不同的强度的至少两个光脉冲。如果所述光强度是相对小的，则在具有与所述相应的光源的相对大距离的二维探测表面上的位置处，探测到的光的强度可以是相对小的或者所述光由于所述组织内的所述相对长的行进距离而甚至不是可测量的，然而在具有与所述相应的光源的相对小距离的所述二维探测表面上的位置处，在不使该位置处的所述探测元件过载的情况下，所述光可以是很好地可探测的。如果所述光强度是相对大的，则在具有与所述相应的光源的相对大距离的所述二维探测表面上的位置处，所述光可以是很好地可探测的，然而在具有与所述相应的光源的相对小距离的所述二维探测表面上的位置处，所述探测元件可以过载。因此，通过组合在所述光源发射具有不同强度的光时已经执行的光探测测量结果，可以确保所述光在所述二维探测表面上的不同位置处是很好地可探测的。
所述生理特性确定装置包括例如附接元件，其用于将至少所述光源和所述光探测器附接到人的手腕。因此，所述生理特性确定装置可以是要穿戴在所述人的所述手腕上的像手表一样的设备。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定人的生理特性的生理特性确定方法，其中，所述生理特性确定方法包括：
-由至少两个光源将具有不同波长的至少两个光束发射到所述人的组织中，
-由具有二维探测表面的光探测器波长依赖地探测已经行进通过所述组织的光并且基于探测到的光来生成波长依赖的二维图像，
-由控制器分别地控制所述不同的光源的所述光束的所述强度，使得所述光探测器不被过载，并且
-由生理特性确定单元基于所生成的波长依赖的二维图像来确定所述生理特性。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定人的生理特性的计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的生理特性确定装置的计算机上运行时，使所述生理特性确定装置执行根据权利要求14所述的生理特性确定方法的步骤。
应当理解，如权利要求1所述的生理特性确定装置、如权利要求13所述的生理特性确定方法以及如权利要求14所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选的实施例，特别地，如从属权利要求中所限定的。
应当理解，本发明的优选的实施例还可以是从属权利要求或以上实施例与各自的独立权利要求的任何组合。
参考在下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的并将得以阐述。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性并且示范性地示出了用于确定要穿戴在人的手腕上的人的生理特性的生理特性确定装置的实施例；
图2示意性并且示范性地更详细地示出了生理特性确定装置的实施例；
图3示意性并且示范性地示出了生理特性确定装置的另一实施例；并且
图4示出了示范性地图示用于确定人的生理特性的生理特性确定方法的实施例的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于确定如人的脉搏率的生理特性的生理特性确定装置，其中，该装置可以被配置为像手表一样穿戴在手腕上。控制器分别地控制用于将具有不同的波长的若干光束发射到人的组织中的若干光源，并且具有二维探测表面的光探测器波长依赖地探测已经行进通过组织的光并且基于探测到的光来生成波长依赖的二维图像。基于所生成的波长依赖的二维图像，确定生理特性。光源的分离的控制允许针对每个波长的照明和探测过程的独立优化，其进而可以造成基于波长依赖的二维图像的生理特性的经改进的确定。
图1示意性并且示范性地示出了用于确定人的生理特性的生理特性确定装置的实施例。在该实施例中，生理特性确定装置1适于穿戴在人的手腕2上。而且，生理特性确定装置适于将人的脉搏率确定为生理特性。在图2中示意性并且示范性地更详细地示出了生理特性确定装置1。
生理特性确定装置1包括三个光源3、4、5，其用于在手腕2处将具有不同的波长的光束发射到人中。光束经过手腕2的一部分(特别地，经过手腕2处的人的组织)，其中，光束由例如组织和血液反向散射。反向散射光是由具有二维探测表面12的光探测器6波长依赖地探测的。二维探测表面12包括探测元件14的二维布置，其中，每个探测元件14生成波长依赖的探测信号以用于生成波长依赖的二维图像。光探测器6是例如电荷耦合器件(CCD)探测器或互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器。其适于生成针对三个颜色的三个二维图像，其中，每个图像是时间图像，即其包括针对不同的时刻的若干时间帧，以便指示由生理特性确定单元9被用于确定生理特性的探测信号的时间改变。
光源3、4、5是例如LED。然而，其还可以是像激光器的其他种类的光源。在该实施例中，三个光源3、4、5适于相应地发射蓝色光束、绿色光束和红色光束，其中，每个探测元件适于分别地生成针对蓝色、绿色和红色光束的探测信号。因此，光探测器6包括三个颜色通道，其中，针对每个颜色通道，基于针对各自的颜色生成的探测信号来生成二维图像。
生理特性确定装置1还包括控制器8，其用于分别地控制不同的光源3、4、5的光束的强度。控制器8例如适于分别地控制不同的光源3、4、5的光束的强度，使得光探测器6不被过载。具体而言，光探测器6适于在探测元件14的颜色通道被过载的情况下将过载信号提供给控制器8，其中，如果控制器8接收这样的过载信号，则控制器8降低各自的颜色的光强度，使得过载情况不再存在。因此，可以对光源3、4、5进行控制，使得针对每个颜色，探测表面12接收最大量的光，而不使探测表面12的任何探测元件14过载。
由于探测信号可以由于运动而波动，因而控制器8可以适于控制光源3、4、5，使得探测表面12不接收最大量的光(其如果不考虑可能运动和因此探测信号中的对应的波动则在不使光探测器过载的情况下将是可能的)而是较小量的光。最大数量与较小的数量之间的差可以是由控制器8针对不同的颜色来预定或确定的。其可以对应于探测到的光强度的期望的最大运动引起的波动幅度。例如，控制器8可以适于将由要测量的生理特性引起的信号波动与运动引起的信号波动进行区分，并且控制光源3、4、5使得即使运动引起的信号波动存在，光探测器6也不是过载的。为了确定期望的最大运动引起的波动幅度，二维图像(即，形成图像的探测信号)可以是频率过滤的。例如，如果已知生理特性引起特定频率范围内的探测信号波动，则可以观察到该频率范围之外的探测信号波动并且可以确定波动的探测信号的对应的最大幅度。最大量的光与较小量的光之间的差可以对应于该最大幅度。在已经确定该差之后，其可以存储在控制器8中并且被用于进一步的测量。将由光源3、4、5发射的光束的光强度控制到较小量的光可以确保即使探测到的光强度由于运动而波动，光探测器6也不过载。
还可以以另一方式确定该差。例如，生理特性确定单元还可以包括像加速度计的运动传感器21，其用于生成指示生理特性确定装置1的运动的运动信号，其中，该运动信号可以由控制器8使用来将由要测量的生理特性引起的信号波动与运动引起的信号波动进行区分。具体而言，运动信号可以定义探测到的光强度由于运动而波动的频率范围，其中，该频率范围内的信号波动的最大幅度可以定义最大量与较小量之间的差。控制器8还可以适于使用其他基于相关性的技术，以便通过使光探测信号与运动信号相关来确定运动引起的探测信号波动。例如，可以确定运动信号的重复率，其中，具有该重复率的探测信号的幅度可以被用于确定最大量的光与较小量的光之间的差。
通常，在皮肤内更深的血管具有更大的直径，并且这些血管内的血液具有更大的血压。红光相对深地穿透到皮肤中并且因此造成红颜色通道中的相对显著的脉冲贡献。然而，对应的探测信号还可以受生理特性确定装置1的机械运动影响。绿光穿透的不像红光那么深，但是比基本上仅穿透皮肤的第一层的蓝光更深。绿光仍造成脉冲贡献可以很好地可探测的探测信号，其中，与红探测信号相比较，机械移动伪迹是较不显著的。在蓝探测信号中，脉冲贡献是最弱的，由可以由生理特性确定装置引起的机械移动伪迹造成的影响是相对小的。而且，蓝光探测信号可以受可以由血液运动引起的晃动移动伪迹影响。生理特性确定单元9例如适于使用探测信号以确定脉搏率，所述探测信号通过使用红、绿和蓝光生成并且因此示出不同的特点。
具体而言，生理特性确定单元9适于通过个体地处理由针对蓝、绿和红颜色的二维探测表面12的探测元件14生成的探测信号来确定脉搏率。生理特性确定单元还可以适于通过基于由各自的探测元件组生成的探测信号针对不同的探测元件组确定组探测信号并且通过个体地处理组探测信号来确定生理特性。例如，探测元件组的探测信号可以被平均用于确定组探测信号。
生理特性确定单元9可以适于通过运动确定相应的探测信号的扰动的程度并且基于具有小于扰动阈值的扰动的程度的探测信号来确定生理特性。例如，生理特性确定单元9可以适于基于由运动传感器21生成的运动信号来确定各自的探测信号的扰动的程度。具体而言，如果运动信号中的重复率与光探测信号中的重复率类似，则可以假定光探测信号被强烈地扰动，然而，如果运动信号的重复率在光探测信号中是不可观察的或仅弱地可观察的，则可以假定不存在扰动或仅存在弱扰动。为了确定扰动程度，可以针对运动信号和相应的光探测信号计算相关性。
针对不同的波长(即，颜色)并且针对组织上的不同的位置确定探测信号，其中，探测信号的扰动针对不同的颜色和/或相应的探测元件的不同的位置可以是不同的。在这些探测信号当中，仅可以选择探测信号，其仅很少扰动或根本不由运动所扰动。使用这些所选择的探测信号以确定生理特性还可以改进该确定。例如，所选择的探测信号可以组合(特别地平均)，并且经组合的所选择的探测信号每分钟的脉搏的数目可以被确定为脉搏率。
在实施例中，生理特性确定单元9适于通过线性地组合探测信号来确定生理特性。具体而言，生理特性确定单元可以适于线性地组合探测信号，使得线性地组合的探测信号中的移动伪迹小于在线性地组合之前的探测信号中的移动伪迹。例如，生理特性确定单元9可以适于将PCA应用到探测信号以用于线性地组合探测信号。生理特性确定单元9可以然后适于基于线性地组合的信号(特别地，从PCA获得的主成分)来确定生理特性。因此，线性组合可以“清除”来自移动伪迹的信号，其中，生理特性确定单元9可以适于将经清除的探测信号的重复率确定为脉搏率。
在线性地组合不同的光探测信号之前，可以对光探测信号进行加权，其中，对应于灌注较大的组织区域的光探测信号可以获得比对应于灌注较小的组织区域的光探测信号更大的权重。例如，在生理特性确定装置处于静止(即，不移动)时，光探测信号的幅度用作指示灌注的各自的量的值。这意味着，例如，在实施例中，在生理特性确定装置不移动时，针对每个探测元件并且针对每个波长确定光探测信号的幅度，其中，然后针对探测元件和波长的每个组合，取决于各自的幅度来确定权重。这些权重可以存储并且被用于确定生理特性，特别是脉搏率。
生理特性确定单元9还可以适于确定不同的图像帧中的对应的区域并且基于不同的图像帧中的这些对应的区域来确定生理特性。例如，由特定图像帧中的区域内的探测元件14所生成的探测信号可以被组合(例如，线性地组合，如上文所描述的，或者平均)，以便针对特定图像帧确定经组合的信号。通过确定针对不同图像帧的该经组合的信号，可以生成时间依赖的信号，其可以由生理特性确定单元9使用来确定生理特性。例如，时间依赖的信号的重复率可以被确定为脉搏率。为了确定不同图像帧中的对应的区域，可以使用已知图像配准技术或者用于找到对应的元件以及因此可以基于相关性的不同图像中的区域的其他已知技术。
光源3、4、5可以被控制为在连续模式中操作。然而，控制器8还适于控制光源3、4、5使得光束的强度变化。具体而言，光源3、4、5在脉冲模式中操作，其中，光束作为光脉冲发射到组织中。控制器8还适于控制光源3、4、5使得每个光源3、4、5重复地发射具有不同的强度的至少两个光脉冲。如果光强度是相对小的，则在具有与相应的光源3、4、5的相对大距离的二维探测表面12上的位置处，探测到的光的强度可以是相对小的或者光由于组织内的相对长的行进距离而甚至不是可测量的，然而在具有与相应的光源3、4、5的相对小距离的二维探测表面12上的位置处，光可以是很好地可探测的，而不使该位置处的探测元件14过载。如果光强度是相对大的，则在具有与相应的光源3、4、5的相对大距离的二维探测表面12上的位置处，光可以是很好地可探测的，然而在具有与相应的光源3、4、5的相对小距离的二维探测表面12上的位置处，探测元件14可以过载。生理特性确定单元9例如适于不使用过载的光探测信号和太小的光探测信号(即，小于可以通过校准确定的预定义阈值的光探测信号)来确定脉搏率。这意味着，根据在所发射的光强度相对小时所生成的光探测信号，优选地仅使用由相对靠近光源3、4、5的探测元件14生成的光探测信号，然而根据在所发射的光强度相对大时所生成的光探测信号，优选地仅使用由具有与光源3、4、5的较大的距离的探测元件14生成的光探测信号。生理特性确定装置1还包括附接元件11，附接元件11用于将至少光源3、4、5和光探测器6附接到人的手腕2使得其直接定位在手腕2的皮肤上。在该实施例中，附接元件11是腕带，使得生理特性确定装置1是适于穿戴在人的手腕2上的像手表一样的设备。
生理特性确定装置1还可以包括用于显示所确定的生理特性的显示器13。而且，生理特性确定装置1的不同的部件可以密封在壳体10中。
图3示意性并且示范性地示出了生理特性确定装置的另一实施例。除了布置在二维探测表面12与手腕2之间的额外透明间隔器15之外，在图3中示意性并且示范性地所示的生理特性确定装置20与在图2中示意性并且示范性地所示的生理特性确定装置1类似。间隔器15具有例如等于或大于5mm的厚度。然而，在图3中示范性并且示意性地所示的实施例中，三个光源4、5、6是例如激光器，其发射相干光以便允许光探测器6生成二维斑点图像。间隔器15对于由光源3、4、5发射的光束的波长是透明的。其可以是透明的玻璃板。然而，间隔器还可以由散射材料制成以便增加斑点的对比度。
而且，在该实施例中，生理特性确定装置例如适于确定人的脉搏率作为生理特性。具体而言，在该实施例中，生理特性确定单元9例如适于确定不同的图像帧中的对应的区域并且基于不同的图像帧中的这些对应的区域来确定生理特性。例如，由特定图像帧中的区域内的探测元件14所生成的探测信号可以组合，例如，如上文所描述的线性地组合或者平均，以便针对特定图像帧确定经组合的信号。通过确定针对不同图像帧的该经组合的信号，可以生成时间依赖的信号，其可以由生理特性确定单元9被用于确定生理特性。确定不同图像帧中的对应的区域中的对比度也是可能的，其中，在这种情况下，针对不同图像帧所确定的对比度形成可以被用于确定脉搏率的时间信号。
在以下中，将参考图4中所示的流程图示范性地描述用于确定人的生理特性的生理特性确定方法的实施例。
在步骤101中，控制器8控制若干光源3、4、5使得其在手腕2处将具有不同的波长的若干光束发射到人中。而且，控制器8控制光探测器6以在光已经行进通过人的手腕2之后波长依赖地探测光并且基于探测到的光，生成波长依赖的二维图像(即，例如，针对蓝、绿和红色的三个二维图像)。在步骤102中，与步骤101同时地，针对每个波长确定光探测器6是否是过载的。该过载信息然后由控制器8使用来控制光源3、4、5，使得光束的强度被最大化，而不在任何波长处使光探测器6过载。在步骤103中，生理特性确定单元9基于所生成的波长依赖的二维图像(即，例如，基于针对蓝、绿和红色所生成的三个二维图像)来确定生理特性。可以循环执行步骤101至步骤103，使得重复地例如以脉冲方式或连续地，若干光束发射到人的组织，并且在已经行进通过组织之后被探测，其中，可以在不使探测器过载的情况下使光强度最大化，并且其中，生理特性确定单元可以重复地基于重复地探测的光，即，基于重复地生成的波长依赖的二维图像，来确定生理特性。
光探测器可以被认为是照相机，其开始与人的手腕处的组织接触以便测量手腕上的脉搏率(即，心率)。光探测器探测到已经散射在皮肤中并且可以已经由血液或多或少吸收的光。由二维探测表面的探测元件所生成的探测信号取决于已经吸收光的血液体积。在心脏搏动时，皮肤中的血容量改变并且因此由二维探测表面的探测元件所生成的探测信号也改变。即使人的手腕移动，参考图1至图3如上文所描述的生理特性确定装置也允许基于由二维探测表面的不同的探测元件所生成的探测信号中的变化的脉搏率的可靠的确定。
由探测元件(即，由二维探测表面的像素)所生成的探测信号取决于探测元件到相应的光源的距离。如果距离是较大的，则探测信号将一般地指示较小的所探测的强度，并且如果距离是较小的，则探测信号将一般地指示较大的所探测的强度。因此，由于a)探测元件与b)光源之间的不同的距离，二维图像将示出取决于距离的强度变化。这些强度变化发生，因为由具有到光源的较大的距离的探测元件探测到的光比由更靠近光源的探测元件探测的光已经行进通过组织的更深并且更大的部分。因而基于已经行进通过组织的更深并且更大的部分的光所生成的探测信号被认为具有相对大的脉搏分量，因为该光更强地受血液影响。
由于探测元件与光源之间的不同的距离以及不同的波长造成探测到的光的不同的穿透深度，因而二维图像提供深度分辨率信息。即使人的手腕(特别地，人的手)移动，该穿透深度信息也由参考图1至图3上文所描述的生理特性确定装置使用来可靠地确定生理特性。
光探测器可以适于在光源不发射光时生成各自的第一图像，并且在光源发射光时生成各自的第二图像，其中，第一图像和第二图像可以从彼此减去，并且其中，各自的所得减影图像可以被用于另外的处理。使用可以针对不同的时刻生成的这样的减影图像以用于处理可以造成由可以存在的环境光所生成的环境伪迹的降低。而且，生理特性确定装置可以包括信噪比确定单元，其用于确定针对波长依赖的光探测的波长依赖的信噪比。因此，例如，对于三个颜色中的每一个而言，可以针对各自的二维图像确定信噪比，其中，控制器可以适于取决于相应的所确定的信噪比，分别地控制不同的光源，特别地使得在不使光探测器过载的情况下针对每个波长分别地优化信噪比。信噪比可以取决于生理特性确定装置的电子噪声和/或移动。
生理特性确定装置具有例如针对性能和功耗优化的三个光源，其中，三个光源例如适于发射蓝、绿和红光。通过改变三个光源中的每个的电力(即，通过改变相应的光束的强度)，可以在不使光探测器过载的情况下优化光探测器的每个颜色通道中的信噪比。如果光源是激光器，则优选地光学透明的间隔器被布置在光探测器与人的皮肤之间。生理特性确定装置例如适于利用不同的探测元件(即，像素)到三个光源的距离之间的差，其中，由不同的探测元件所生成的探测信被号单独地处理用于确定生理特性。
虽然在上文所描述的实施例中三个光源已经被用于生成具有不同的波长(即，不同的颜色)的三个不同的光束，但是在其他实施例中，两个或超过三个光源可以被用于生成具有不同的颜色的两个或超过三个光束。而且，虽然在上文所描述的实施例中三个光源发射蓝、绿和红光束，但是在其他实施例中，光源可以发射具有其他颜色的光束。
虽然在上文所描述的实施例中生理特性确定装置适于将脉搏率确定为生理特性，但是在其他实施例中，生理特性确定装置适于基于像血液的氧合的二维图像来确定另一生理特性，其中，如果生理特性确定装置适于确定血液的氧合，则例如使用发射红和绿光的至少两个光源。
虽然在上文所描述的实施例中生理特性确定装置适于穿戴在人的手腕上以便确定手腕处的生理特性，但是在其他实施例中，生理特性确定装置可以适于确定像手指、手臂、腿、胸等的人的另一部分处的生理特性。
本领域的技术人员通过研究附图、说明书和随附的权利要求书，在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括“不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以实现权利要求中记载的两个或两个以上项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
可以通过任何其他数目的单元或设备执行由一个或多个单元或设备执行的像生理特性的确定、光源的控制等的流程。这些流程和对根据生理特性确定方法的生理特性确定装置的控制可以实现为计算机程序的程序代码单元和/或专用硬件。
计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或者作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以通过其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (14)
1.一种用于确定人的生理特性的生理特性确定装置，所述生理特性确定装置(1；20)包括：
-至少两个光源(3、4、5)，其用于将具有不同的波长的至少两个光束发射到所述人的组织中，
-具有二维探测表面(12)的光探测器(6)，其用于波长依赖性地探测已经行进通过所述组织的光并且用于基于探测到的光来生成波长依赖的二维图像，
-控制器(8)，其用于分别地控制不同的所述光源(3、4、5)的所述光束的强度，使得所述光探测器(6)不被过载，以及
-生理特性确定单元(9)，其用于基于所生成的波长依赖的二维图像来确定所述生理特性。
2.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述至少两个光源(3、4、5)包括三个光源，所述三个光源发射具有不同的波长的三个不同的光束。
3.根据权利要求2所述的生理特性确定装置，其中，所述光源(3、4、5)适于发射蓝色、绿色和红色光束。
4.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述装置(20)还包括对于所述光束透明的间隔器(15)，其中，所述间隔器(15)被布置在所述探测表面(12)的前面。
5.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述二维探测表面(12)包括探测元件(14)的二维布置，每个探测元件(14)生成波长依赖的探测信号以用于生成所述波长依赖的二维图像，其中，所述生理特性确定单元(9)适于a)通过个体地处理由不同的探测元件(14)生成的所述探测信号或b)通过基于由探测元件的不同组生成的所述探测信号来针对探测元件的各自的组确定组探测信号并且通过个体地处理所述组探测信号，来确定所述生理特性。
6.根据权利要求5所述的生理特性确定装置，其中，所述生理特性确定单元(9)适于确定由于运动的各自的探测信号或组探测信号的扰动的程度并且适于基于具有小于扰动阈值的扰动的程度的探测信号或组探测信号来确定所述生理特性。
7.根据权利要求6所述的生理特性确定装置，其中，所述生理特性确定装置(1；20)还包括运动传感器(21)，所述运动传感器用于生成指示所述生理特性确定装置(1；20)的运动的运动信号，并且其中，所述生理特性确定单元(9)适于基于所述运动信号来确定所述各自的探测信号或组探测信号的所述扰动的程度。
8.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述二维探测表面(12)包括探测元件(14)的二维布置，每个探测元件(14)生成波长依赖的探测信号以用于生成所述波长依赖的二维图像，其中，所述生理特性确定单元(9)适于通过线性地组合所述探测信号来确定所述生理特性。
9.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述至少两个光源(3、4、5)和所述光探测器(6)适于生成所述波长依赖的二维图像，使得其是时间依赖的并且包括针对不同时间的至少两个二维图像帧，其中，所述生理特性确定单元(9)适于确定不同的图像帧中的对应的区域并且适于基于所述不同的图像帧中的这些对应的区域来确定所述生理特性。
10.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述控制器(8)适于控制所述光源(3、4、5)，使得所述光束的所述强度变化。
11.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述生理特性确定装置(1；20)还包括附接元件(11)，所述附接元件用于将至少所述光源(3、4、5)和所述光探测器(6)附接到所述人的手腕(2)。
12.根据权利要求1所述的生理特性确定装置，其中，所述生理特性确定单元(9)适于确定所述脉搏率作为所述生理特性。
13.一种用于确定人的生理特性的生理特性确定方法，所述生理特性确定方法包括：
-由至少两个光源(3、4、5)将具有不同波长的至少两个光束发射到所述人的组织中，
-由具有二维探测表面(12)的光探测器(6)波长依赖地探测已经行进通过所述组织的光并且基于探测到的光来生成波长依赖的二维图像，
-由控制器(8)分别地控制不同的所述光源(3、4、5)的所述光束的强度，使得所述光探测器(6)不被过载，并且
-由生理特性确定单元(9)基于所生成的波长依赖的二维图像来确定所述生理特性。
14.一种用于确定人的生理特性的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的所述生理特性确定装置的计算机上运行时，使所述生理特性确定装置执行根据权利要求13所述的生理特性确定方法的步骤。
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