CN112190248B - 佩戴状态检测方法、装置以及可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种佩戴状态检测方法、装置以及可穿戴设备，该可穿戴设备包括光发射单元和光接收单元，该方法可用于检测该可穿戴设备的佩戴状态，包括：光发射单元向被测对象分时发射至少两种不同波长的光；光接收单元接收每种波长的光经被测对象反射后对应的反射光；获取至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强；计算光强比值的波动幅度，其中光强比值为同一个光接收单元接收的至少两种不同波长的光分别对应的反射光之间的光强之比；当光强比值的波动幅度大于或等于第一阈值时，确定该可穿戴设备处于已佩戴状态。采用本申请的实施例，可以提高佩戴状态检测结果的准确度。
Description
技术领域
本申请实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种佩戴状态检测方法、装置以及可穿戴设备。
背景技术
当前，诸如智能手表、智能手环、TWS耳机等可穿戴设备已广泛应用于通信、娱乐、运动及健康监测等领域。由于可穿戴设备的体积和内部空间较小，所以一般采用微型或小型电池进行供电，致使待机时间和工作时间有限；并且，当利用可穿戴设备检测被测对象的心率、血压、血氧等生理参数信息时，需要在该可穿戴设备处于已佩戴状态的情况下，才能获得有效的数据结果。因此，为了节约功耗，延长续航时间，以及保证各种生理参数检测结果的准确性，对于心率检测等较为耗电的功能模块，可以在被测对象已佩戴该可穿戴设备时开启，未佩戴时关闭；由此，便需要对可穿戴设备的佩戴状态进行准确、高效的检测。
目前，大多数可穿戴设备采用PPG(Photo Plethysmo Graphy，光电容积脉搏波)技术进行心率检测，即利用光源对人体皮肤进行照射，由于皮下组织内血液灌注的容积随着脉搏周期性地变化，所以对入射光的吸收程度也呈现周期性波动，进而使得反射光的强弱以及测得的PPG信号呈现周期性变化，由此可以获得反映人体心率的信息。
因此，现有的一种判断可穿戴设备是否佩戴的方法为：利用PPG传感器发射特定波长的光信号，该光信号经过人体皮肤反射后被PPG传感器接收并转换为电信号，对该电信号进行放大、滤波等处理后得到PPG信号；若该PPG信号为周期性信号，并且其频率与人体心率信号相匹配，则判定该可穿戴设备处于已佩戴状态；若该PPG信号不是周期性信号，或者其频率与人体心率信号不相匹配，则判定该可穿戴设备处于未佩戴状态。
但是，当可穿戴设备被快速摘除，并且摘除后PPG传感器在室内日光灯下对着与其相对静止的物体时，由于日光灯是以特定的频率进行发光，发出的光经过物体反射后被PPG传感器接收，并输出具有多个频率分量的电信号，同样对该电信号进行滤波等处理，滤除其中的高频分量和低频分量，此时得到的信号也呈现周期性波动，并且频率与人体心率信号相匹配，导致仍然判定该可穿戴设备处于已佩戴状态并继续检测心率，进而输出无效的心率检测结果，造成额外的功耗。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种佩戴状态检测方法、装置以及可穿戴设备，以提高佩戴状态检测结果的准确度。
第一方面，本发明提供一种佩戴状态检测方法，用于检测可穿戴设备的佩戴状态，所述可穿戴设备包括光发射单元和光接收单元，所述方法包括：
所述光发射单元向被测对象分时发射至少两种不同波长的光；
所述光接收单元接收每种波长的光经被测对象反射后对应的反射光；
获取所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强；
计算光强比值的波动幅度；所述光强比值为同一个所述光接收单元接收的所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光之间的光强之比；
当所述光强比值的波动幅度大于或等于第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于已佩戴状态。
当所述光发射单元发射的不同波长的光照射到与其相对静止的物体上时，所述光接收单元接收到的反射光中各种不同波长的光分量之间的比例几乎保持不变，此时所述光强比值几乎不产生波动；但是，当所述光发射单元发射的不同波长的光照射到人体皮肤上时，由于人体对于不同波长的光的吸收率以及反射率不同，并且皮下组织内的血液流动和血管舒张会使得人体对不同波长的光的吸收率以及反射率呈现不同的周期性波动，此时所述光接收单元接收到的反射光中各种不同波长的光分量之间的比例也会呈现波动变化，即所述光强比值会发生周期性的波动。因此，通过判断反射光中各种光分量之间的光强之比的波动幅度，可以准确地区分所述可穿戴设备中的所述光发射单元和所述光接收单元是对着人体，还是在日光灯下对着与其相对静止的物体，从而提高脱应率和佩戴状态检测结果的准确度。
可选地，所述方法进一步包括：当所述光强比值的波动幅度小于所述第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于未佩戴状态。
可选地，当所述光强比值的波动幅度大于或等于所述第一阈值时，所述方法进一步包括：
当所述光强比值的波动幅度小于第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于良好佩戴状态；所述第二阈值大于所述第一阈值。
可选地，所述方法进一步包括：当所述光强比值的波动幅度大于或等于所述第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于不良佩戴状态。
可选地，所述获取所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强，进一步包括：
采集所述光接收单元接收所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光后输出的电信号，得到反射光强原始数据；
在所述光发射单元向被测对象分时发射至少两种不同波长的光之前和/或之后，采集所述光接收单元接收环境光后输出的电信号，得到环境光强原始数据；
利用所述环境光强原始数据消除所述反射光强原始数据中包含的环境光分量；
根据消除所述环境光分量后的反射光强原始数据，计算得到所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强。
可选地，所述至少两种不同波长的光包括绿光和红光；或者，包括绿光和红外光；又或者，包括绿光、红光和红外光。
第二方面，本发明提供一种佩戴状态检测装置，用于检测可穿戴设备的佩戴状态，包括：
光发射单元，用于向被测对象分时发射至少两种不同波长的光；
光接收单元，用于接收每种波长的光经被测对象反射后对应的反射光；
信号处理模块，用于获取所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强，以及计算光强比值的波动幅度；所述光强比值为同一个所述光接收单元接收的所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光之间的光强之比；
佩戴状态确定模块，用于当所述光强比值的波动幅度大于或等于第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于已佩戴状态。
利用所述光发射单元向被测对象分时发射至少两种不同波长的检测光，不同波长的检测光经被测对象反射后被所述光接收单元接收，通过判断反射光中各种光分量之间的光强之比的波动幅度，可以准确地区分所述可穿戴设备中的所述光发射单元和所述光接收单元是对着人体，还是在日光灯下对着与其相对静止的物体，从而提高脱应率和佩戴状态检测结果的准确度。
可选地，所述佩戴状态确定模块进一步用于：
当所述光强比值的波动幅度小于所述第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于未佩戴状态。
可选地，当所述光强比值的波动幅度大于或等于所述第一阈值时，所述佩戴状态确定模块进一步用于：
当所述光强比值的波动幅度小于第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于良好佩戴状态；所述第二阈值大于所述第一阈值。
可选地，所述佩戴状态确定模块进一步用于：
当所述光强比值的波动幅度大于或等于所述第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于不良佩戴状态。
可选地，所述信号处理模块进一步用于：
采集所述光接收单元接收所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光后输出的电信号，得到反射光强原始数据；
在所述光发射单元向被测对象分时发射至少两种不同波长的光之前和/或之后，采集所述光接收单元接收环境光后输出的电信号，得到环境光强原始数据；
利用所述环境光强原始数据消除所述反射光强原始数据中包含的环境光分量；
根据消除所述环境光分量后的反射光强原始数据，计算得到所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强。
可选地，所述至少两种不同波长的光包括绿光和红光；或者，包括绿光和红外光；又或者，包括绿光、红光和红外光。
第三方面，本发明提供一种可穿戴设备，包括上述第二方面任一可选方式所述的佩戴状态检测装置。
所述可穿戴设备可以准确地区分所述光发射单元和所述光接收单元是对着人体，还是在日光灯下对着与其相对静止的物体，从而提高脱应率和佩戴状态检测结果的准确度。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元器件表示为类似的元器件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请实施例提供的一种可穿戴设备的光发射单元和光接收单元的位置关系示意图；
图2为本申请实施例提供的一种佩戴状态检测方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种环境光消除方法对应的采样信号波形示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种环境光消除方法对应的采样信号波形示意图；
图5为本申请实施例提供的又一种环境光消除方法对应的采样信号波形示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种佩戴状态检测方法的流程示意图；
图7(a)至图7(c)为本申请实施例提供的光发射单元分时发射绿光和红光时三种佩戴状态下光强比值的波动状态示意图；
图8(a)至图8(c)为本申请实施例提供的光发射单元分时发射绿光和红外光时三种佩戴状态下光强比值的波动状态示意图；
图9为本申请实施例提供的一种佩戴状态检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
除非在本申请的上下文中清楚地说明了指定的顺序，否则可与指定的顺序不同地执行在此描述的处理步骤，即，可以以指定的顺序执行每个步骤、基本上同时执行每个步骤、以相反的顺序执行每个步骤，或者以不同的顺序执行每个步骤。
本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
另外，“第一”、“第二”等术语仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
第一方面，本申请实施例提供一种佩戴状态检测方法，该方法可用于检测智能手表、智能手环、智能臂带、智能指环、TWS耳机等可穿戴设备的佩戴状态，并且可穿戴设备的类型不仅于此。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种可穿戴设备的光发射单元和光接收单元的位置关系示意图。其中，包括四个光发射单元，均为发光二极管(Light Emitting Diode,LED)，并且具体为：红外LED 101，绿色LED102，红色LED 103和绿色LED 104；以及四个光接收单元，均为光电二极管(Photo-Diode,PD)，并且具体为：PD 201、PD 202、PD 203和PD204。
需要说明的是，光发射单元和光接收单元的类型、数量以及位置关系不限于此；并且，光发射单元发射的光源的种类和数量可以根据实际的应用场景或目标需求进行选择，但是光源的种类至少为两种；例如，为了节约功耗，可以仅设置一个绿色LED、一个红色LED，或仅设置一个绿色LED、一个红外LED；或者，为了提高佩戴状态检测结果的准确度，可以设置一个绿色LED、一个红色LED和一个红外LED；又或者，先根据其他检测模块(如心率检测模块、血氧检测模块等)的需求来设置合适种类、数量的光源，而在具体进行佩戴状态检测时，仅选用其中的一部分光源。光发射单元也可以为将多个不同光源封装在一起构成的一个发光元件。另外，光接收单元的数量可以为一个，也可以为多个。
为便于清楚地描述，下面具体以图1中的绿色LED 102和红色LED 103分时发射绿光和红光，并由四个PD(PD 201、PD 202、PD 203和PD 204)接收绿光和红光分别对应的反射光为例，说明本申请实施例提供的佩戴状态检测方法。如图2所示，为本申请实施例提供的一种佩戴状态检测方法的流程示意图；具体的，该方法包括以下步骤：
步骤S101：绿色LED 102和红色LED 103分时发射绿光和红光。
这里，可以设置先由绿色LED 102发射绿光，在绿光发射结束后，由红色LED 103发射红光；或者，可以设置先由红色LED 103发射红光，在红光发射结束后，由绿光LED 102发射绿光，本申请实施例对此不作限定。
步骤S102：四个PD接收绿光和红光经被测对象反射后对应的反射光。
PD 201、PD 202、PD 203和PD 204接收上述绿光和红光经被测对象反射后对应的反射光，并将接收到的反射光转换为相应的电信号输出。
步骤S103：获取绿光和红光分别对应的反射光的光强。
下面将PD 201、PD 202、PD 203和PD 204接收到的上述绿光对应的反射光的光强分别记为G1、G2、G3和G4；将PD 201、PD 202、PD 203和PD 204接收到的上述红光对应的反射光的光强分别记为R1、R2、R3和R4。
步骤S104：计算光强比值的波动幅度；其中，光强比值为同一个PD接收的绿光和红光分别对应的反射光之间的光强之比。
具体的，光强比值的计算是利用上述绿光对应的反射光的光强G1、G2、G3和G4，以及上述红光对应的反射光的光强R1、R2、R3和R4，计算得到R1/G1、R2/G2、R3/G3以及R4/G4四个光强比值。
光强比值的波动幅度指的是，光强比值在一段时间内波动时出现的最大值与最小值之间的差值；若光强比值的波动幅度较大，则说明光强比值的波动较剧烈；若光强比值的波动幅度较小或近似为0，则说明光强比值的波动较平缓或几乎未产生波动。
由于四个PD分别处于绿色LED 102和红色LED 103周围的不同位置，即所处的方向以及与绿色LED 102和红色LED 103之间的距离都各不相同，所以接收到的反射光的光强也有所差异，将光强比值的计算限制在同一个PD接收的上述绿光和红光分别对应的反射光之间，可以获得更加客观、准确的光强比值，有利于提高佩戴状态检测结果的准确度。
步骤S105：判断光强比值的波动幅度是否大于或等于第一阈值。
第一阈值可以设置为一个具体的数值，当四个光强比值的波动幅度均大于或等于该数值时，进入步骤S106；当存在光强比值的波动幅度小于该数值时，进入步骤S107。
或者，第一阈值也可以相应地设置为四个具体的数值，并将这四个具体的数值分别作为四个光强比值的波动幅度的比较基准，当四个光强比值的波动幅度均分别大于或等于对应的比较基准时，进入步骤S106；当存在光强比值的波动幅度小于对应的比较基准时，进入步骤S107。
步骤S106：确定该可穿戴设备处于已佩戴状态，并开启生理参数检测功能。
若确定该可穿戴设备处于已佩戴状态，则可以开启心率检测、血氧检测或血压检测等生理参数检测功能。
步骤S107：确定该可穿戴设备处于未佩戴状态，并输出提示消息。
若确定该可穿戴设备处于未佩戴状态，则输出提示消息，提醒用户需佩戴或正确佩戴可穿戴设备，以获得准确、有效的生理参数检测结果，由此可以避免在未佩戴状态下，盲目地开启生理参数检测功能，导致得到错误的返回值，造成不必要的功耗。
需要说明的是，当确定该可穿戴设备处于已佩戴或未佩戴状态时可以执行的操作不仅于此；也可以在确定该可穿戴设备处于已佩戴状态的情况下执行用户的其他指令，或者在确定该可穿戴设备处于未佩戴状态的情况下停止某项功能操作的执行。
由于人体对于绿光的吸收率比红光高，穿透能力比红光弱，所以用绿光进行检测时，只能得到反映皮下较浅组织或血管的变化特征，而用红光进行检测时，则可以得到反映更深层组织或血管的变化特征，所以当绿光和红光照射于人体时，人体内较浅组织和深层组织内的血液容积变化会使得对绿光和红光的吸收率呈现不同的周期性变化，从而使得绿光对应的反射光与红光对应的反射光之间的光强之比呈现波动变化，即光强比值会具有一定的波动幅度。但是，静止的物体对于绿光和红光的吸收率基本不变，所以当绿光和红光照射于日光灯下静止的物体时，在日光灯形成的环境光的叠加作用下，绿光对应的反射光的光强和红光对应的反射光的光强呈现大致相同的周期性变化，此时光强比值的波动幅度非常小，甚至近似为0。因此，通过判断光强比值的波动幅度的大小，可以准确地区分可穿戴设备中的光发射单元和光接收单元是对着人体还是对着与其相对静止的物体，从而提高脱应率和佩戴状态检测结果的准确度。
作为一种可能的实施方式，可以采用以下方法获取绿光和红光分别对应的反射光的光强：
采集四个PD接收绿光和红光分别对应的反射光后输出的电信号，得到相应的反射光强原始数据；
在绿色LED 102和红色LED 103分时发射绿光和红光之前和/或之后，采集四个PD接收环境光后输出的电信号，得到环境光强原始数据；
利用环境光强原始数据消除反射光强原始数据中包含的环境光分量；
根据上述消除环境光分量后的反射光强原始数据，计算得到绿光和红光分别对应的反射光的光强。
由于可穿戴设备在实际的佩戴过程中可能没有与人体皮肤紧密贴合，导致PD与被测对象之间存在一些空隙，造成漏光，进而使得PD接收到的光信号中还包含有环境光噪声(如阳光或室内日光灯等)，这些环境光噪声可能导致光强的计算结果出现误差，进而影响光强比值的计算结果，所以通过消除环境光噪声，可以进一步提高佩戴状态检测结果的准确度。
为便于清楚地描述，下面具体以先由绿色LED 102发射绿光，而后由红色LED 103发射红光，并由PD 201接收绿光和红光分别对应的反射光为例，说明如何获取绿光和红光分别对应的反射光的光强。
采集PD 201接收绿光对应的反射光后输出的电信号，得到反射光强原始数据Grawdata1；采集PD 201接收红光对应的反射光后输出的电信号，得到反射光强原始数据Rrawdata1；在绿色LED 102和红色LED 103发射绿光和红光之前或之后，PD 201接收环境光，对PD 201接收环境光后输出的电信号进行一次采集，相应地得到环境光强原始数据ALrawdata1或ALrawdata2，并且分别得到如图3或图4所示的采样信号波形示意图。
此时可以根据如下公式，消除反射光强原始数据Grawdata1和Rrawdata1中包含的环境光分量，即进行一阶环境光消除：
G′rawdata1＝Grawdata1-ALrawdata1 (公式1A)；以及
R′rawdata1＝Rrawdata1-ALrawdata1 (公式2A)；或
G′rawdata1＝Grawdata1-ALrawdata2 (公式1B)；以及
R′rawdata1＝Rrawdata1-ALrawdata2 (公式2B)。
其中，G′rawdata1为消除Grawdata1中的环境光分量后的反射光强原始数据；R′rawdata1为消除Rrawdata1中的环境光分量后的反射光强原始数据。
或者，在绿色LED 102和红色LED 103发射绿光和红光之前及之后，PD 201均接收环境光，对PD 201接收环境光后输出的电信号各进行一次采集，得到环境光强原始数据ALrawdata1和ALrawdata2，并且得到如图5所示的采样信号波形示意图。
此时可以根据如下公式，消除反射光强原始数据Grawdata1和Rrawdata1中包含的环境光分量，即进行二阶环境光消除：
相比于一阶环境光消除，采用二阶环境光消除可以获得更高的环境光抑制比，从而更准确地计算得到绿光和红光分别对应的反射光的光强。
需要说明的是，也可以在绿色LED 102和红色LED 103发射绿光和红光之前和/或之后，对PD 201接收到环境光后输出的电信号进行多次采集，以获得更高的环境光抑制比；或者，也可以在绿色LED 102发射绿光和红色LED 103发射红光的间隔内，对PD 201接收到环境光后输出的电信号进行采集。
需要说明的是，采集PD 201接收环境光后输出的电信号这一过程，是指在绿色LED102和红色LED 103均不发光的情况下，PD 201仅接收环境光，并将该环境光转换为电信号输出，而后对这一电信号进行采集。
PD 201在接收到上述绿光和红光分别对应的反射光后，可以输出相应的电信号，对这些电信号进行信号处理，可以包括：滤波、增益变换、模数(A/D)转换以及环境光消除，得到消除环境光分量后的反射光强原始数据G′rawdata1和R′rawdata1；其中，增益变换可以理解为对信号进行放大；因而，可以根据如下公式，利用G′rawdata1和R′rawdata1计算得到绿光和红光分别对应的反射光的光强：
其中，offset为预先设置的偏移量，用于获得数值大小合适的反射光强原始数据；Gain1和Gain2分别为对PD 201接收到绿光和红光分别对应的反射光后输出的电信号进行增益变换时的信号放大倍数；Current1和Current2分别为绿色LED 102和红色LED 103的供应电流的大小。可以在采集反射光强原始数据时定时监测Gain值和Current值的大小，例如，考虑到计算量有限，可以每采集7帧数据时获取一次Gain值和Current值。
需要说明的是，PD 202、PD 203和PD 204可以通过基本相同的方法获得绿光对应的反射光的光强G2、G3和G4，以及红光对应的反射光的光强R2、R3和R4。
如图6所示，为本申请实施例提供的另一种可穿戴设备的佩戴状态检测方法的流程示意图，当光强比值的波动幅度大于或等于第一阈值，即确定该可穿戴设备处于已佩戴状态时，可以进一步判断该可穿戴设备的佩戴质量，具体包括以下步骤：
其中，步骤S201～步骤S205分别与步骤S101～步骤S105相同，并且当步骤S205的判断结果为“是”时，进入步骤S206；当步骤S205的判断结果为“否”时，进入步骤S209。
步骤S206：判断光强比值的波动幅度是否小于第二阈值。
这里，第二阈值可以设置为一个具体的数值，当四个光强比值的波动幅度均小于该数值时，进入步骤S207；当存在光强比值的波动幅度大于或等于该数值时，进入步骤S208。
或者，第二阈值也可以相应地设置为四个具体的数值，并将这四个具体的数值分别作为四个光强比值的波动幅度的比较基准，当四个光强比值的波动幅度均分别小于对应的比较基准时，进入步骤S207；当存在光强比值的波动幅度大于或等于对应的比较基准时，进入步骤S208。
步骤S207：确定该可穿戴设备处于良好佩戴状态，并开启生理参数检测功能。
若确定该可穿戴设备处于已佩戴状态，则可以开启心率检测、血氧检测或血压检测等生理参数检测功能。
步骤S208：确定该可穿戴设备处于不良佩戴状态，并输出提示消息。
若确定该可穿戴设备处于不良佩戴状态，可以输出提示消息，提醒用户较紧佩戴或稳定佩戴可穿戴设备，以获得较为准确的佩戴状态检测结果。
步骤S209：确定该可穿戴设备处于未佩戴状态。
若确定该可穿戴设备处于未佩戴状态，可以输出提示消息，提醒用户佩戴或正确佩戴可穿戴设备，以获得准确、有效的生理参数检测结果，从而避免在未佩戴状态下，盲目地开启生理参数检测功能，导致得到错误的返回值，并且造成不必要的功耗。
第一阈值和第二阈值可以通过预先收集可穿戴设备处于各种佩戴状态时光强比值的波动幅度来确定；例如，预先利用机器学习的方式对收集到的光强比值的波动幅度进行分析和处理，以确定能够适应基本应用的第一阈值和第二阈值的初始数值，并通过不断收集被测对象在后续使用该可穿戴设备的过程中所产生的光强比值的波动幅度的相关数据，对第一阈值和第二阈值的数值进行迭代更新，以进一步提高个体适应性和佩戴状态检测结果的准确度。
如图7所示，为本申请实施例提供的光发射单元分时发射绿光和红光时三种佩戴状态下光强比值的波动状态示意图；其中，横轴表示数据采集的帧数，纵轴表示光强比值的大小。
具体的，如图7(a)所示，为静息状态下，即该可穿戴设备处于良好佩戴状态时光强比值的波动状态示意图；调光稳定后，四个光强比值呈现一定的波动，此时四个光强比值的波动幅度分别为：R1/G1为0.32、R2/G2为0.41、R3/G3为0.31、R4/G4为0.33；
如图7(b)所示，为被测对象进行健身操运动，即该可穿戴设备处于不良佩戴状态时光强比值的波动状态示意图；可以看到，四个光强比值呈现较为剧烈的波动，此时四个光强比值的波动幅度分别为：R1/G1为4.51、R2/G2为5.13、R3/G3为5.26、R4/G4为4.13；
如图7(c)所示，为四个PD对着与其相对静止的蓝色笔记本，即该可穿戴设备处于未佩戴状态时光强比值的波动状态示意图；调光稳定后，四个光强比值几乎未产生波动，此时四个光强比值的波动幅度分别为：R1/G1、R2/G2、R3/G3以及R4/G4均为0.003。
可以看到，在三种不同的佩戴状态下，四个光强比值的波动幅度呈现较大差异，所以可以通过区分光强比值的波动幅度大小来准确地判断可穿戴设备的佩戴状态。
作为一种可能的实施方式，可以将上述实施例中的红光替换为红外光，如图8所示，为本申请实施例提供的光发射单元分时发射绿光和红外光时三种佩戴状态下光强比值的波动状态示意图；其中，横轴表示数据采集的帧数，纵轴表示光强比值的大小。
下面将PD 201、PD 202、PD 203和PD 204接收的红外光对应的反射光的光强分为记为IR1、IR2、IR3和IR4，并相应地计算得到四个光强比值：IR1/G1、IR2/G2、IR3/G3和IR4/G4。
具体的，如图8(a)所示，为静息状态下，即该可穿戴设备处于良好佩戴状态时光强比值的波动状态示意图；调光稳定后，四个光强比值呈现一定的波动，此时四个光强比值的波动幅度分别为：IR1/G1为0.35、IR2/G2为0.37、IR3/G3为0.41以及IR4/G4为0.38；
如图8(b)所示，为被测对象进行健身操运动，即该可穿戴设备处于不良佩戴状态时光强比值的波动状态示意图；可以看到，四个光强比值呈现较为剧烈的波动，此时四个光强比值的波动幅度分别为：IR1/G1为5.73、IR2/G2为5.77、IR3/G3为5.13以及IR4/G4为3.98；
如图8(c)所示，为四个PD对着与其相对静止的蓝色笔记本，即该可穿戴设备处于未佩戴状态时光强比值的波动状态示意图；调光稳定后，四个光强比值几乎未产生波动，此时四个光强比值的波动幅度分别为：IR1/G1为0.015、IR2/G2为0.042、IR3/G3为0.023以及IR4/G4为0.071。
因此，当光源组合为绿光和红外光时，也可以通过判断四个光强比值的波动幅度的大小，准确地区分该可穿戴设备的佩戴状态。
需要说明的是，在选择光源的种类时，最好选择被人体反射后对应的反射光的光强进行不同的周期性波动的光源进行组合，例如，若仅选择红光和红外光作为光源组合，由于反射回的红光和反射回的红外光均可以反映皮下较深层组织的变化特征，所以反射回的红光与反射回的红外光的光强大小和变化周期都较为相似，进而导致计算得到的光强比值的波动幅度较小，较难区分被测对象是人体还是静止的物体，因此最好不单独选用这两种光源。
第二方面，本申请实施例提供一种佩戴状态检测装置，可用于检测可穿戴设备的佩戴状态。
如图9所示，为本申请实施例提供的一种佩戴状态检测装置的结构示意图。佩戴状态检测装置10具体包括：光发射单元100、光接收单元200、信号处理模块300以及佩戴状态确定模块400。
其中，光发射单元100可以为LED等发光元件，并且可以向被测对象分时发射至少两种不同波长的光；光接收单元200可以为PD等光敏元件，并且可以接收每种波长的光经被测对象反射后对应的反射光。
需要说明的是，光发射单元发射的光源的种类和数量可以根据实际的应用场景或目标需求进行选择，但是光源的种类至少为两种，并且在选择光源的种类时，最好选择被人体反射后对应的反射光的光强进行不同的周期性波动的光源，例如，绿光和红光，或者绿光和红外光，又或者绿光、红光和红外光。光发射单元也可以为将多个不同光源封装在一起构成的一个发光元件。另外，光接收单元的数量可以为一个，也可以为多个。光发射单元和光接收单元既可以是可穿戴设备中独立的器件，也可以集成在一起。
信号处理模块300可以获取上述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强，并计算光强比值的波动幅度。
若佩戴状态检测装置中有多个光接收单元，上述光强比值则为同一个光接收单元接收的至少两种不同波长的光分别对应的反射光之间的光强之比。
当上述光强比值的波动幅度大于或等于第一阈值时，佩戴状态确定模块400可以确定该可穿戴设备处于已佩戴状态；而当光强比值的波动幅度小于第一阈值时，佩戴状态确定模块400可以确定该可穿戴设备处于未佩戴状态。
若确定该可穿戴设备处于已佩戴状态，则可以开启生理参数(如心率、血氧)检测等功能；若确定该可穿戴设备处于未佩戴状态，则可以设置提醒用户需佩戴或正确佩戴该可穿戴设备，以获得准确、有效的生理参数检测结果。
本申请实施例提供的佩戴状态检测装置可以准确地区分其中的光发射单元和光接收单元是对着人体，还是在日光灯下对着与其相对静止的物体，从而提高脱应率和佩戴状态检测结果的准确度。
作为一种可能的实施方式，信号处理模块300还可以采集光接收单元200接收上述至少两种不同波长的光分别对应的反射光后输出的电信号，得到反射光强原始数据，并在光发射单元100向被测对象分时发射至少两种不同波长的光之前和/或之后，采集光接收单元200接收环境光后输出的电信号，得到环境光强原始数据，利用环境光强原始数据消除反射光强原始数据中包含的环境光分量，以及根据消除环境光分量后的反射光强原始数据，计算得到上述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强。
消除反射光强原始数据中包含的环境光分量，有利于更准确地计算得到上述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强，从而更准确地计算得到光强比值，以进一步提高佩戴状态检测结果的准确度。
作为一种可能的实施方式，当光强比值的波动幅度大于或等于第一阈值时，佩戴状态确定模块400可以进一步判断光强比值的波动幅度是否小于第二阈值，其中第二阈值大于第一阈值；当光强比值的波动幅度小于第二阈值时，佩戴状态确定模块400可以确定该可穿戴设备处于良好佩戴状态；当光强比值的波动幅度大于或等于第二阈值时，佩戴状态确定模块400可以确定该可穿戴设备处于不良佩戴状态。
若确定该可穿戴设备处于良好佩戴状态，可以设置开启生理参数(如心率、血氧)检测等功能；若确定该可穿戴设备处于不良佩戴状态，则可以设置发送提示消息，提醒用户需较紧佩戴或稳定佩戴该可穿戴设备，以获得较为准确的佩戴状态检测结果。
第一阈值和第二阈值可以通过预先收集可穿戴设备处于各种佩戴状态时光强比值的波动幅度来确定；例如，预先利用机器学习的方式对收集到的光强比值的波动幅度进行分析和处理，以确定能够适应基本应用的第一阈值和第二阈值的初始数值，并通过不断收集被测对象在后续使用该可穿戴设备的过程中所产生的光强比值的波动幅度的相关数据，对第一阈值和第二阈值的数值进行迭代更新，以进一步提高个体适应性和佩戴状态检测结果的准确度。
第三方面，本申请实施例还提供一种可穿戴设备，包括图9任一实施例提供的佩戴状态检测装置。
本申请实施例提供的可穿戴设备可以执行上述方法实施例，其实现原理与技术效果类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种佩戴状态检测方法，用于检测可穿戴设备的佩戴状态，所述可穿戴设备包括光发射单元和光接收单元，其特征在于，所述佩戴状态检测方法包括：
所述光发射单元包括四个发光二极管，所述四个发光二极管向被测对象分时发射至少两种不同波长的光；
所述光接收单元包括四个光电二极管，所述四个光电二极管被布置为接收每种波长的光经被测对象反射后对应的反射光；
获取所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强；
计算四个光强比值的波动幅度；每个光强比值为同一个光电二极管分别接收的所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光之间的光强之比；每个光强比值的波动幅度为同一个光强比值在一段时间内波动时出现的最大值与最小值之间的差值；
当所述四个光强比值的波动幅度都大于或等于第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于已佩戴状态；
当所述四个光强比值的波动幅度中存在光强比值的波动幅度小于所述第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于未佩戴状态；
当所述四个光强比值的波动幅度都大于或等于所述第一阈值，且所述四个光强比值的波动幅度都小于第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于良好佩戴状态；所述第二阈值大于所述第一阈值；
当所述四个光强比值的波动幅度中存在光强比值的波动幅度大于或等于所述第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于不良佩戴状态。
2.根据权利要求1所述的佩戴状态检测方法，其特征在于，所述获取所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强，进一步包括：
采集所述光接收单元接收所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光后输出的电信号，得到反射光强原始数据；
在所述光发射单元向被测对象分时发射至少两种不同波长的光之前和/或之后，采集所述光接收单元接收环境光后输出的电信号，得到环境光强原始数据；
利用所述环境光强原始数据消除所述反射光强原始数据中包含的环境光分量；
根据消除所述环境光分量后的反射光强原始数据，计算得到所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强。
3.根据权利要求1-2任一项所述的佩戴状态检测方法，其特征在于，所述至少两种不同波长的光包括绿光和红光；或者，包括绿光和红外光；又或者，包括绿光、红光和红外光。
4.一种佩戴状态检测装置，用于检测可穿戴设备的佩戴状态，其特征在于，包括：
光发射单元，包括四个发光二极管，所述四个发光二极管用于向被测对象分时发射至少两种不同波长的光；
光接收单元，包括四个光电二极管，所述四个光电二极管被布置为用于接收每种波长的光经被测对象反射后对应的反射光；
信号处理模块，用于获取所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强，以及计算四个光强比值的波动幅度；每个光强比值为同一个光电二极管分别接收的所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光之间的光强之比；每个光强比值的波动幅度为同一个光强比值在一段时间内波动时出现的最大值与最小值之间的差值；
佩戴状态确定模块，用于当所述四个光强比值的波动幅度都大于或等于第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于已佩戴状态；
当所述四个光强比值的波动幅度中存在光强比值的波动幅度小于所述第一阈值时，确定所述可穿戴设备处于未佩戴状态；
当所述四个光强比值的波动幅度都大于或等于所述第一阈值，且所述四个光强比值的波动幅度都小于第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于良好佩戴状态；所述第二阈值大于所述第一阈值；
当所述四个光强比值的波动幅度中存在光强比值的波动幅度大于或等于所述第二阈值时，确定所述可穿戴设备处于不良佩戴状态。
5.根据权利要求4所述的佩戴状态检测装置，其特征在于，所述信号处理模块进一步用于：
采集所述光接收单元接收所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光后输出的电信号，得到反射光强原始数据；
在所述光发射单元向被测对象分时发射至少两种不同波长的光之前和/或之后，采集所述光接收单元接收环境光后输出的电信号，得到环境光强原始数据；
利用所述环境光强原始数据消除所述反射光强原始数据中包含的环境光分量；
根据消除所述环境光分量后的反射光强原始数据，计算得到所述至少两种不同波长的光分别对应的反射光的光强。
6.根据权利要求4-5任一项所述的佩戴状态检测装置，其特征在于，所述至少两种不同波长的光包括绿光和红光；或者，包括绿光和红外光；又或者，包括绿光、红光和红外光。
7.一种可穿戴设备，其特征在于，包括如权利要求4-6任一项所述的佩戴状态检测装置。
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| US20140100823A1 (en) | Systems and methods for spectroscopic measurement of a characteristic of biological tissue |
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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