CN110197186A

CN110197186A - 一种基于ppg的光照舒适度测量方法及系统

Info

Publication number: CN110197186A
Application number: CN201910477066.2A
Authority: CN
Inventors: 吕勇强; 孟焱; 张潇
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2019-09-03
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: CN110197186B

Abstract

本发明涉及一种基于PPG的光照舒适度测量方法及系统，其特征在于，包括：步骤一：获取被测试者的PPG波形数据；步骤二：对PPG波形数据进行预处理；步骤三：提取PPG波形的特征值；步骤四：基于光照舒适度评价模型，以提取的特征值为输入，对光照舒适度进行评价，得到光照舒适度评价值；步骤五：将得到的光照舒适度评价值作为光照舒适度测量结果输出。本发明能够快速便捷地区分细小光照条件变化带来地舒适度变化。评价模型灵敏，评价过程迅速，人机交互友好便捷。

Description

一种基于PPG的光照舒适度测量方法及系统

技术领域

本发明属于室内环境评价技术领域，尤其涉及一种基于PPG的光照舒适度测量方法及系统。

背景技术

近年来随着互联网产业不断地发展，越来越多的新型产业应运而生，与此类产业相关的工作大多都是在室内完成，且工作时间长、工作压力大。因此，良好的室内工作条件变得越来越重要。影响室内环境的主要因素有：温度、湿度、光照条件。对于光照舒适度，虽然已经有研究证明室内光照条件对人体健康以及工作效率有着明显的影响，但针对光照舒适度的评价方法却十分有限，大部分的评价方法均是基于主观的问卷调查，缺少客观数据的支持，因此评价模型缺乏说服力。针对此问题，找到一种适合的客观参数作为评价标准则变得十分重要。

中国专利“CN108104695一种室内光照强度智能控制系统”提供了一种通过光感模块与控制模块对采集到的光照强度与舒适光照区间进行对比，之后控制百叶窗以达到维持室内光照强度在舒适区间的智能室内光照控制系统。该系统对光照舒适度的评价主要来源于控制模块，该模块将黑暗环境的光照强度定位0级，将室外夏天正午阳光下的光照强度定为10级，将室内舒适光照区间值设为6-8级。该系统对室内光照的舒适度评价过于机械化，无法为用户提供个性化的光照条件以满足不同用户的不同需求，因此在实际应用中有可能无法调节光线条件至用户满意的程度。

中国专利“CN104640325一种内部空间照明舒适性设计和评价系统、方法”提供了一种内部空间照明舒适性设计和评价系统、方法。在此专利中，首先调节光照条件，之后由用户来对此光照条件进行打分评价，如果用户体验为舒适，则将所调节的光照条件列入内部空间照明舒适性照度水平范围内；如果用户体验为不舒适，则继续调节至用户评价为舒适为止。反复多次，确定一系列舒适的灯光照度值。该光照舒适度评价系统建立在用户的主观评价之上，该方法虽然从一定程度上能够满足用户的个性化要求，但仅通过用户的主观评价，缺少客观性，实际操作中方法复杂低效，且人体对光照的评价很难具体地表述，有可能出现对微小灯光改变不敏感地情况，导致许多灯光条件无法区分舒适与否。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PPG的光照舒适度测量方法及系统，基于人体生理数据对室内光照舒适度进行客观评价，能够快速便捷地区分细小光照条件变化带来地舒适度变化。

本发明提供了一种基于PPG的光照舒适度测量方法，包括：

步骤一：获取被测试者的PPG波形数据；

步骤二：对PPG波形数据进行预处理；

步骤三：提取PPG波形的特征值；

步骤四：基于光照舒适度评价模型，以提取的特征值为输入，对光照舒适度进行评价，得到光照舒适度评价值；

步骤五：将得到的光照舒适度评价值作为光照舒适度测量结果输出。

进一步地，步骤二中，所述预处理包括滤波、平滑及归一化预处理。

进一步地，步骤四中，所述光照舒适度评价模型的构建方法包括：

获取被测试者在不同种灯光下的PPG波形数据，对PPG波形数据进行降噪处理，周期分割及合法性检查；

获取被测试者对每种灯光的主观舒适度评价结果；所述主观舒适度评价结果按照舒适度程度划分为不同的等级；

提取与被测试者主观舒适度评价结果相对应的PPG波形的特征值；

以提取的特征值为输入，主观舒适度评价结果为输出，通过机器学习模型进行拟合，得到光照舒适度评价模型。

进一步地，所述光照舒适度评价模型的构建方法还包括：

对得到的光照舒适度评价模型进行K折交叉验证，K为正整数，检验所述光照舒适度评价模型拟合的准确度。

进一步地，所述PPG波形数据通过被测试者佩戴的PPG采集装置采集得到；所述PPG采集装置包括指夹、腕表。

本发明还提供了一种基于PPG的光照舒适度测量系统，包括：

PPG采集装置，用于采集被测试者的PPG波形数据；

舒适度评价模块，用于获取被测试者的PPG波形数据，对PPG波形数据进行预处理；提取PPG波形的特征值，基于光照舒适度评价模型，以提取的特征值为输入，对光照舒适度进行评价，得到光照舒适度评价值，将得到的光照舒适度评价值作为光照舒适度测量结果输出。

进一步地，该系统还包括模型构建模块，所述模型构建模块用于执行下述操作：

进一步地，所述模型构建模块还用于对得到的光照舒适度评价模型进行 K折交叉验证，K为正整数，检验所述光照舒适度评价模型拟合的准确度。

进一步地，所述舒适度评价模块对PPG波形数据进行滤波、平滑及归一化预处理。

进一步地，所述PPG采集装置包括指夹、腕表。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明基于人体生理数据对室内光照舒适度进行客观评价，能够快速便捷地区分细小光照条件变化带来地舒适度变化。评价模型灵敏，评价过程迅速，人机交互友好便捷。

附图说明

图1是本发明一种基于PPG的光照舒适度测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

PPG(Photo Plethysmo Graphy，光电容积脉搏波)技术是指借助光电手段在活体组织中检测血液容积变化的一种无创检测技术。当一定波长的光束照射到受测用户的皮肤表面时，光束将通过透射或反射方式传送到光感测器。在此过程中，由于血管内的血液容积在心脏收缩舒张作用下呈波动性变化，因此，当心脏收缩时，心脏的外周血管血容量增多，光吸收量也随之增加，那么，光感测器检测到的光强度较小；而在心脏舒张时，心脏的外周血管血容量减少，光感测器检测到的光强度较大，可以看出，光感测器检测到的光强度呈脉动性变化，可将此光强度变化信号转化成数字电信号，即得到 PPG信号。

进而，通过上述PPG信号可得到受测用户的血压、血氧、脑氧、肌氧、血糖、脉率和呼吸率等生理参数信息，因此，目前大多数可穿戴设备利用上述原理追踪用户的健康状况。

参图1所示，本实施例提供了一种基于PPG的光照舒适度测量方法，包括：

步骤S1：获取被测试者的PPG波形数据；

步骤S2：对PPG波形数据进行预处理；

步骤S3：提取PPG波形的特征值；

步骤S4：基于光照舒适度评价模型，以提取的特征值为输入，对光照舒适度进行评价，得到光照舒适度评价值；

步骤S5：将得到的光照舒适度评价值作为光照舒适度测量结果输出，可为被测试者提供光照调节(调节值包括光照强度和色温)指导。

通过该光照舒适度测量方法，能够快速便捷地区分细小光照条件变化带来地舒适度变化，可为被测试者提供准确、可靠的光照调节指导。评价模型灵敏，评价过程迅速。

在本实施例中，步骤S2中，所述预处理包括滤波、平滑及归一化预处理。

在本实施例中，步骤S4中，所述光照舒适度评价模型的构建方法包括：

具体地，机器学习模型用到的算法包括：SVM、随机森林、决策树、 k-means等。

具体地，合法性检查包括：

有效心跳波形的开始部分上升的斜率符合标准；

有效心跳波形的两个相邻最低点之间的时长在标准心跳时长范围内；

有效心跳波形的两个相邻最低点之间的幅值偏差在标准幅值偏差范围内；

有效心跳波形的整体上升部分对应的时长小于整体下降部分对应的时长。

具体地，PPG波形的特征值包括根据归一化之后的PPG波形计算出的特征、根据归一化之后的PPG波形的一次导数计算出的特征、根据归一化之后的PPG波形的二次导数计算出的特征，根据归一化之后的PPG波形的N次导数计算出的特征。

在一具体示例中，光照舒适度评价模型的生成主要步骤如下：

将可调光源的所有能够组成的灯光组合呈现给用户，用户戴上PPG采集装置(包括指夹、腕表、触摸屏、wifi模块、摄像机等)针对每种灯光采集 3分钟信号，并针对每种灯光给出自己的主观评价，评价分7个等级，1代表最不舒适，7代表最舒适，随着数字的递增，舒适度感觉递增。

对采集的PPG信号进行降噪处理，周期分割，合法性检查。

提取处理后信号的7个特征值。

将7个特征值作为7维的输入，用户做出的主观评价作为1维输出，通过SVM多分类进行机器学习，拟合舒适度评价模型。

在本实施例中，所述光照舒适度评价模型的构建方法还包括：

本实施例还提供了一种基于PPG的光照舒适度测量系统，包括：

PPG采集装置，用于采集被测试者的PPG波形数据，可采用指夹、腕表等。

舒适度评价模块，用于获取被测试者的PPG波形数据，对PPG波形数据进行预处理，提取PPG波形的特征值，基于光照舒适度评价模型，以提取的特征值为输入，对光照舒适度进行评价，得到光照舒适度评价值，将得到的光照舒适度评价值作为光照舒适度测量结果输出，可为被测试者提供光照调节(调节值包括光照强度和色温)指导。

通过该光照舒适度测量系统，能够快速便捷地区分细小光照条件变化带来地舒适度变化，可为被测试者提供准确、可靠的光照调节指导。评价模型灵敏，评价过程迅速，人机交互友好便捷。

在本实施例中，该系统还包括模型构建模块，所述模型构建模块用于执行下述操作：

以提取的特征值为输入，主观舒适度评价结果为输出，通过K拟合，得到光照舒适度评价模型。

在本实施例中，所述模型构建模块还用于对得到的光照舒适度评价模型进行K折交叉验证，K为正整数，检验所述光照舒适度评价模型拟合的准确度。

在本实施例中，所述舒适度评价模块对PPG波形数据进行滤波、平滑及归一化预处理。

现有PPG采集装置由于使用绿光光源采集PPG信号时，能够得到信号质量较好的PPG信号，例如，采集到的PPG信号中的脉动成分较为明显，因此，大多数可穿戴设备上都设置绿光光源进行PPG信号采集，但是，绿光作为光源时需要的驱动电流较大，导致可穿戴设备的功耗较高，因此，在采集PPG 信号时，如何保证PPG信号的信号质量，并且，降低可穿戴设备的功耗成为亟需解决的问题。

本发明的实施例提供一种PPG信号的采集方法，该方法可应用于PPG信号的采集装置(后续实施例中简称为采集装置)，该采集装置具体可以为可穿戴手表、可穿戴手环等可穿戴设备。

采集装置具体包括第一光源、第二光源、光感测器、存储器以及处理器。其中，处理器与光感测器和存储器均相连，光感测器可用于采集任意光源形成的PPG信号。

第一光源具体为绿光光源或者蓝光光源，第二光源具体为红光光源或者红外光光源，例如，第一光源为蓝色LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，第二光源为红色LED。

光感测器，用于采集第一光源或第二光源形成的PPG信号，具体的，第一光源或第二光源发出的光束照射到受测用户的皮肤表面时，该光束可通过透射或反射方式传送到光感测器，光感测器可以检测出其接收到的光束的光强变化信号，并将该光强变化信号转化成数字电信号，从而得到PPG信号，当然，光感测器还可以采集环境光的光强等，本发明实施例对此不做限定。

示例性的，光感测器可以由PD 11(Photo Diode，光电二极管)和感测电路构成。该感测电路具体包括电流放大电路和数字处理电路，具体的，光感测器的PD检测到第一光源或第二光源发出的光信号转换为电流信号，进而，光感测器的感测电路将该电流信号放大后，进行数字化处理，得到数字电信号(即PPG信号)，该PPG信号中包括交流成分与直流成分。可选的，后续处理器还可以通过滤波算法从上述PPG信号中分离出交流成分与直流成分。其中，该滤波算法可以是FFT(Fast Fourier Transformation，离散傅氏变换的快速算法)数字滤波算法，也可以是其他滤波算法，本发明实施例对此不做限定。

又或者，还可以采用两级的方式直接采集到PPG信号中的交流成分与直流成分，此时，感测电路具体可以包括电流/电压放大电路、高通滤波电路和交流放大电路，具体的，电流/电压放大电路用于将PD所获取的电流信号转换为电压信号，并对该电压信号进行放大；高通滤波电路用于将上述电压信号中的交流成分与直流成分进行分离；交流放大电路用于将分离后的交流成分放大，使其适合后续的数字化处理；这样，得到的PPG信号中已经分离出了交流成分与直流成分，后续可以分别对分离后的直流成分和交流成分进行数字化处理。

存储器，用于存储每一种光源的光源信息与受测用户的标识之间的对应关系，其中，第一光源的光源信息具体包括第一光源的光强大小与光感测器的光强感应范围，第二光源的光源信息具体包括第二光源的光强大小与光感测器的光强感应范围，由于受测用户的标识可用于指示不同的受测用户，因此，相同的受测用户非首次使用采集装置采集PPG信号时，可以根据上述对应关系直接根据相应光源的光源信息来采集PPG信号，可以有效缩短PPG信号采集时所花费的时间。当然，存储器内还可以预先存储默认的初始光源(例如，默认首次使用采集装置时的光源为一定光强的绿光光源)和默认的光感测器的光强感测范围等，本发明实施例对此不做限定。

处理器，是采集装置的控制中心，它可以是一个或多个通用中央处理器，微处理器，特定应用集成电路(application-specific integrated circuit， ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。

具体的，处理器可以根据光感测器采集到的不同光源形成的PPG检测信号，设置光感测器的光强感应范围，设置采集PPG信号使用的光源种类(即第一光源或第二光源)，以及设置任意种类的光源的光强大小，当然，处理器还可以用于控制各个光源的点亮和熄灭等，本发明实施例对此不做限定。

需要说明的是，由于不同种类的光对黑色素、蛋白HbO2(oxyhemoglobin，氧合血红蛋白)、Hb(hemoglobin，血红蛋白)等皮肤组织成分的吸收度不一样，因此，不同种类的光源在采集PPG信号时的适用范围不同，即不同受测用户使用不同种类的光源采集PPG信号时，得到的PPG信号的信号质量可能不同。

通常情况下，绿光光源在采集PPG信号时的适用范围较广，对于绝大多数受测用户，使用绿光光源采集PPG信号时，能够得到信号质量较好的脉动成分，而红光光源在采集PPG信号时的适用范围较窄，部分受测用户使用红光光源采集PPG信号时，得到的PPG信号中的脉动成分不太明显，因此后续通过该脉动成分检测受测用户的血压、血氧等生理参数信息时可能会出现误差。但是，绿光作为光源时需要的驱动电流较大，导致采集装置的功耗较高，而红光作为光源时需要的驱动电流较小，因而采集装置的功耗较低。

因此，针对皮肤组织成分的吸收度不一样的不同受测用户，本发明的实施例提供一种PPG信号的采集方法，可为受测用户选择合适的光源进行PPG 信号的采集，可以在保证PPG信号的信号质量的同时，降低采集PPG信号产生的功耗。

具体的，在受测用户首次使用采集装置采集PPG信号时，由于第一光源 (即绿光光源或蓝光光源)在采集PPG信号时的适用范围较广，因此，可以默认使用第一光源采集PPG信号，此时，为了确定出能够为该受测用户采集到信号质量较好的PPG信号的光源，光感测器可以分别采集第一光源形成的第一PPG检测信号，以及第二光源形成的第二PPG检测信号，进而，光感测器将第一PPG检测信号和第二PPG检测信号发送至处理器，处理器首先根据第一PPG检测信号确定该第一光源是否满足采集指标，即确定绿光光源或蓝光是否能够提供信号质量较好的PPG信号；进而，在确定该第一光源满足采集指标的情况下，处理器进一步根据第二PPG检测信号确定第二光源是否满足该采集指标，即确定红光光源或红外光光源是否能够提供信号质量较好的 PPG信号；如果第二光源满足该采集指标，即使用第二光源也可以得到信号质量较高的PPG信号，此时，为了降低采集装置的功耗，处理器可以使用光感测器采集功耗较小的第二光源形成的PPG信号。

可以看出，由于使用绿光光源在采集PPG信号时的适用范围较广，因此，采集装置可以首先根据第一PPG检测信号确定出满足采集指标的第一光源，即首先保证第一光源能够为受测用户提供信号质量较好的PPG信号；进而，在第一光源满足采集指标的条件下，根据第二PPG检测信号确定第二光源是否满足该采集指标，即确定红光光源或红外光光源是否能够提供信号质量较好的PPG信号；如果第二光源满足该采集指标，即使用第二光源也适用于PPG 信号的采集过程，此时，为了降低采集装置的功耗，可以关闭第一光源，并使用光感测器采集功耗较小的第二光源形成的PPG信号。

当然，如果第一光源不满足该采集指标，那么，由于第一光源在采集PPG 信号时的适用范围比第二光源在采集PPG信号时的适用范围广，因此，第二光源也无法作为采集装置的光源进行PPG信号的采集，此时，可以退出PPG 信号采集功能。

另外，如果第二光源不满足该采集指标，即只有第一光源适用于PPG信号的采集过程，此时，无需切换光源，可继续使用第一光源采集PPG信号。

具体的，基于PPG信号的采集方法以及采集装置，本发明的实施例提供一种PPG信号的采集方法，包括：

步骤101，采集装置使用光感测器采集第一光源形成的第一PPG检测信号，该第一光源为绿光光源或蓝光光源。

具体的，采集装置内部会预先存储有默认的初始光源和默认的光感测器的光强感测范围，在本发明实施例中，可设置该初始光源为一定光强的第一光源(即绿光光源或蓝光光源)，该光强感测范围为(X，Y)，0≤X＜Y,其中,X为光感测器能够感测到的最小光强值，Y为光感测器能够感测到的最大光强值。

而受测用户在首次使用采集装置(例如，可穿戴手环)采集PPG信号时，可先使用该默认的初始光源和默认的光感测器的光强感测范围进行PPG信号的采集过程，但是，默认的光感测器的光强感测范围和该默认的初始光源可能并不能够为该受测用户采集到信号质量较好的PPG信号。

因此，在上述步骤101中，采集装置可以先使用光感测器采集上述默认的第一光源形成的第一PPG检测信号，以便于根据该第一PPG检测信号，确定目前使用的第一光源是否能够为该受测用户采集到信号质量较好的PPG信号。

其中，上述光强感测范围，是指光感测器在采集PPG信号的过程中能够感测到的光强的区间，例如，该光强感测范围为(0，1000)其中，光强的单位为cd，即坎德拉。当然，上述光强感测范围的最大值应小于光感测器能够感测到的最大光强。

步骤102，采集装置使用光感测器采集第二光源形成的第二PPG检测信号，该第二光源为红光光源或红外光光源。

与步骤101类似的，由于采集装置内设置有多光源，例如，第一光源和第二光源，因此，为了确定第二光源是否能够为该受测用户采集到信号质量较好的PPG信号，采集装置还需要使用光感测器采集第二光源形成的第二PPG 检测信号，此时第二光源的光强为采集装置内预先存储的默认光强。

示例性的，可以同时执行上述步骤101和102，具体的，以第一光源为绿光光源，第二光源为红光光源举例，在一个检测周期内，可以通过脉冲的方式依次点亮上述绿光光源和上述红光光源，以使得光感测器在每一个绿光脉冲时刻采集绿光光源的光强值，并在每一个红光脉冲时刻采集红光光源的光强值，进而，可以将该检测周期内不同绿光脉冲时刻采集到的光强值作为第一PPG检测信号，并将该检测周期内不同红光脉冲时刻采集到的光强值作为第二PPG检测信号。

其中，为保证第一PPG检测信号和第二PPG检测信号的准确性，可设置该检测周期不少于两个受测用户的心跳周期。

当然，也可以先执行步骤101再执行步骤102，或者先执行步骤102再执行步骤101，从而得到上述第一PPG检测信号和第二PPG检测信号，又或者，还可以先执行步骤101，再执行下述步骤103，当确定第一光源满足采集指标之后，再执行步骤102，本发明实施例对此不做限定。

另外，在步骤101-102中，具体可以由光感测器采集第一光源形成的第一PPG检测信号和第二光源形成的第二PPG检测信号。

步骤103，采集装置根据第一PPG检测信号，确定第一光源是否满足预设的采集指标。

具体的，确定第一光源是否满足预设的采集指标的方法具体包括以下方法A和方法B。

方法A：由于PPG信号的信号质量很大程度上决定于PPG信号的信噪比，即PPG信号的信噪比越大时，PPG信号的信号质量越高，因此，可以在采集装置内预先设置采集指标，例如，该采集指标为一个信噪比区间，当第一PPG 检测信号的信噪比位于该信噪比区间内时，可以确定上述第一光源满足该采集指标，即第一光源能够为受测用户采集到信号质量较好的PPG信号，当第一PPG检测信号的信噪比不属于该信噪比区间内时，可以确定第一光源不满足该采集指标。

其中，当PPG信号的频域范围在0.5Hz-40Hz时，适合用于对人体组织内的血液流动情况进行测量，因此，在确定该第一PPG检测信号的信噪比时，可以先计算第一PPG检测信号的频率区间，例如，该频率区间为 25.2Hz-48Hz，进而，将该频率区间中位于0.5Hz-40Hz以外的这部分信号视为噪声，并将该频率区间中位于0.5Hz-40Hz之内的这部分信号视为有用信号，从而计算该有用信号与噪声之比，即第一PPG检测信号的信噪比。

方法B：第一PPG检测信号通常为数字信号，可以用于指示第一光源发出的光束经过受测用户皮肤后反射的光强大小，而第一PPG检测信号所指示的光强大小也可以反映PPG信号的信号质量，此时，该采集指标可以为第一光强区间，当第一PPG检测信号所指示的光强位于第一阈值和第二阈值(第一阈值大于第二阈值)所定义的第一光强区间内时，可以确该第一光源满足采集指标，即第一光源能够为受测用户采集到信号质量较好的PPG信号；

当第一PPG检测信号所指示的光强不属于该第一光强区间时，可以确定该第一光源不满足采集指标。

由于第一PPG信号所反映的是在不同时刻光感测器感测到的第一光源的光强值，因此，这里，上述第一PPG检测信号所指示的光强大小，可以为第一PPG信号中包括的任意一个光强值，也可以是第一PPG信号中所有光强值的平均值，第一PPG检测信号所指示的光强大小，可以为检测周期内4个不同绿光脉冲时刻采集到的4个光强值中的最小值，或4个光强值中的最大值，或4个光强值之和的平均值。

类似的，第二PPG信号所指示的光强大小，也可以为第二PPG信号中包括的任意一个光强值，或者是第二PPG信号中所有光强值的平均值，本发明实施例对此不做限定。

进一步地，在方法B中，由于第一PPG检测信号中的交流成分只占直流成分千分之一左右，因此，采集装置还可以通过滤波算法将第一PPG检测信号中的交流成分和直流成分分离出来，此时，该采集指标可以为第二光强区间，这样，当分离出来的该直流成分所指示的光强位于第三阈值和第四阈值 (第三阈值大于第四阈值)所定义的第二光强区间内时，可以确定该第一光源满足采集指标，即第一光源能够为受测用户采集到信号质量较好的PPG信号；当第一PPG检测信号所指示的光强不属于该第二光强区间时，可以确定该第一光源不满足采集指标。

另外，还可以根据第一PPG检测信号所指示的光强的大小，选择上述方法A或者方法B确定第一光源是否满足采集指标。例如，当第一PPG检测信号所指示的光强大于光强阈值时，可以选择上述方法B，确定第一光源是否满足采集指标，当第一PPG检测信号所指示的光强小于该光强阈值时，可以选择上述方法A确定第一光源是否满足采集指标。

进一步地，若确定第一光源不满足采集指标，则执行下述步骤104a；若确定第一光源满足采集指标，则执行下述步骤104b。

步骤104a，若第一光源不满足采集指标，则采集装置调整光感测器的光强感测范围或者调整第一光源的光强。

具体的，在步骤104a中，若第一光源不满足采集指标，则说明步骤101 中使用的第一光源的光强不合适，或者，步骤101中使用的光感测器的光强感测范围不合适。因此，采集装置可以调整光感测器的光强感测范围，或者调整第一光源的光强，直到第一光源满足该采集指标时，执行下述步骤104b。

仍以上述方法A为例，若第一PPG检测信号的信噪比不属于上述信噪比区间，即确定第一光源不满足该采集指标，则采集装置可以按照PPG信号(第一PPG检测信号和第二PPG检测信号均属于PPG信号)的信噪比与光强的关系，调节第一光源的光强，然后重复执行步骤101和103，直至采集到的第一PPG检测信号的

其中，该第一PPG检测信号的信噪比具体可以为第一PPG检测信号中交流成分的信噪比。

又或者，仍以上述方法B为例，当第一PPG检测信号所指示的光强不属于第一阈值和第二阈值之间时，可以确定该第一光源不满足采集指标，此时，若第一PPG检测信号所指示的光强已达到第一阈值，则说明第一PPG检测信号已使光感测器到达饱和状态，此时，可以提高上述光强感应范围的最大值 Y，然后重复执行步骤101和103，直至采集到的第一PPG检测信号所指示的光强位于第一阈值和第二阈值之间；相应的，若第一PPG检测信号所指示的光强已达到该第二阈值，则可以降低光强感应范围的最小值X，然后重复执行步骤101和103，直至采集到的第一PPG检测信号所指示的光强位于第一阈值和第二阈值之间时，执行下述步骤104b。

当然，如果按照上述方法B调整光感测器的光强感测范围后，采集到的第一PPG检测信号所指示的光强均不属于该第一光强区间内，或者，如果按照上述方法A调整第一光源的光强后，采集到的第一PPG检测信号的信噪比均不属于该信噪比区间内，此时，则说明该采集装置无法使用第一光源采集得到信号质量较好的PPG信号，且由于第一光源在采集PPG信号时的适用范围比第二光源在采集PPG信号时的适用范围广，因此，第二光源也无法作为采集装置的光源进行PPG信号的采集，此时，采集装置可以关闭所有光源并退出PPG信号采集功能。

步骤104b，若第一光源满足采集指标，则采集装置根据第二PPG检测信号确定第二光源是否满足采集指标。

若第一光源满足采集指标，即当前的第一光源可以为该受测用户采集到信号质量较好的PPG信号，此时，如果继续使用该第一光源采集PPG信号的话，虽然可以保证采集到的PPG信号的信号质量较高，但是使用第一光源采集PPG信号时会导致采集装置的功耗较高，因此，在步骤104b中，在第一光源满足采集指标的条件下，采集装置根据步骤102中得到的第二PPG检测信号，确定功耗较小的第二光源是否满足该采集指标，如果该第二光源满足采集指标，那么可以关闭第一光源，并使用第二光源采集PPG信号，这样便可以在保证采集到的PPG信号的信号质量较高的前提下，尽可能利用功耗较小的第二光源采集PPG信号，从而降低采集装置的功耗。

类似的，根据第二PPG检测信号确定第二光源是否满足采集指标的方法与步骤103中的方法A类似，即计算该第二PPG检测信号的信噪比；若该第二PPG检测信号的信噪比位于上述信噪比区间内，可以确定该第二光源满足该采集指标，即该第二光源能够为受测用户采集到信号质量较好的PPG信号，而当该第二PPG检测信号的信噪比不属于该信噪比区间内时，可以确定第二光源不满足该采集指标。

这里，由于第一光源和第二光源共用一个光感测器，而在步骤104a确定第一光源满足该采集指标的同时，也确定了光感测器的光强感测范围，因此，在确定第二光源是否满足采集指标时无需判断第二PPG检测信号所指示的光强是否位于上述第一光强区间内。

进一步地，若第二光源不满足该采集指标，则执行下述步骤105a；若第二光源满足该采集指标，则执行下述步骤105b。

步骤105a，若第二光源不满足该采集指标，则采集装置调节该第二光源的光强，直至第二PPG检测信号的信噪比位于该信噪比区间内。

由于光感测器的光强感测范围已经确定，因此，在步骤105a中，若第二光源不满足采集指标，则说明步骤102中使用的第二光源的光强(即上述步骤102中使用的默认光强)不合适，此时，采集装置可以调整该第二光源的光强，直到该第二光源满足采集指标时，执行下述步骤105b。

具体的，若确定第二光源不满足该采集指标，即第二PPG检测信号的信噪比不属于上述信噪比区间，那么，采集装置仍然可以按照PPG信号的信噪比与光强的关系，调节第二光源的光强，然后重复执行步骤102和104b，直至第二PPG 检测信号的信噪比位于该信噪比区间内时，执行下述步骤105b。

当然，有可能无论怎样调整第二光源的光强，都无法使采集到的第二PPG 检测信号的信噪比位于该信噪比区间内，此时，则说明：虽然第二光源产生的功耗较小，但第二光源无法满足该采集指标，即该采集装置无法使用第二光源采集得到信号质量较好的PPG信号，而步骤104b中已经确定了满足采集指标的第一光源，因此，此时采集装置可以继续使用上述满足该采集指标的第一光源采集PPG信号。

步骤105b，若第二光源满足该采集指标，则采集装置关闭第一光源，并使用光感测器采集第二光源形成的PPG信号。

若第二光源满足该采集指标，即当前的第二光源可以为该受测用户采集到信号质量较好的PPG信号，此时，第一光源和第二光源均可以为该受测用户采集到信号质量较好的PPG信号，那么，为了降低采集装置的功耗，可以关闭该第一光源，并使用光感测器采集第二光源形成的PPG信号。

步骤106，采集装置建立上述第二光源的光源信息与受测用户的标识之间的对应关系，以便于光感测器后续根据该第二光源的光源信息为该受测用户采集PPG信号。

在步骤106中，由于上述步骤105b中已经确定了功耗较低，且能提供信号质量较好的PPG信号的第二光源，因此，为了使该受测用户后续可以直接使用上述第二光源采集PPG信号，可以将该第二光源的光强和已确定的光感测器的光强感应范围作为第二光源的光源信息进行保存，然后建立该第二光源的光源信息与该受测用户的标识(例如用户账号)之间的对应关系。

这样，当该受测用户再次使用采集装置采集PPG信号时，采集装置可以根据该对应关系，查找与该受测用户的标识对应的第二光源的光源信息，进而直接根据该第二光源的光源信息配置第二光源的光强和光感测器的光强感应范围，然后为该受测用户采集PPG信号即可，从而大大缩短采集PPG信号花费的时间。

另外，如上述步骤105a所述，当第二光源无法满足该采集指标，即该采集装置无法使用第二光源采集得到信号质量较好的PPG信号时，采集装置可以继续使用步骤104b中确定的满足该采集指标的第一光源采集PPG信号。

此时，与步骤106类似的，还可以建立上述第一光源的光源信息与受测用户的标识之间的对应关系，以便于光感测器后续根据该第一光源的光源信息为该受测用户采集PPG信号，类似的，该第一光源的光源信息包括上述第一光源的光强和光感测器的光强感应范围。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims

1.一种基于PPG的光照舒适度测量方法，其特征在于，包括：

步骤一：获取被测试者的PPG波形数据；

步骤二：对PPG波形数据进行预处理；

步骤三：提取PPG波形的特征值；

2.根据权利要求1所述的基于PPG的光照舒适度测量方法，其特征在于，步骤二中，所述预处理包括滤波、平滑及归一化预处理。

3.根据权利要求1所述的基于PPG的光照舒适度测量方法，其特征在于，步骤四中，所述光照舒适度评价模型的构建方法包括：

4.根据权利要求3所述的基于PPG的光照舒适度测量方法，其特征在于，所述光照舒适度评价模型的构建方法还包括：

5.根据权利要求1或3所述的基于PPG的光照舒适度测量方法，其特征在于，所述PPG波形数据通过被测试者佩戴的PPG采集装置采集得到；所述PPG采集装置包括指夹、腕表。

6.一种基于PPG的光照舒适度测量系统，其特征在于，包括：

PPG采集装置，用于采集被测试者的PPG波形数据；

舒适度评价模块，用于获取被测试者的PPG波形数据，对PPG波形数据进行预处理，提取PPG波形的特征值，基于光照舒适度评价模型，以提取的特征值为输入，对光照舒适度进行评价，得到光照舒适度评价值，将得到的光照舒适度评价值作为光照舒适度测量结果输出。

7.根据权利要求6所述的基于PPG的光照舒适度测量系统，还包括模型构建模块，所述模型构建模块用于执行下述操作：

8.根据权利要求7所述的基于PPG的光照舒适度测量系统，所述模型构建模块还用于对得到的光照舒适度评价模型进行K折交叉验证，K为正整数，检验所述光照舒适度评价模型拟合的准确度。

9.根据权利要求6所述的基于PPG的光照舒适度测量系统，其特征在于，所述舒适度评价模块对PPG波形数据进行滤波、平滑及归一化预处理。

10.根据权利要求6所述的基于PPG的光照舒适度测量系统，其特征在于，所述PPG采集装置包括指夹、腕表。