CN113384255A - 心率检测的方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种心率检测的方法、装置和电子设备。该心率检测的方法包括：获取心率检测光信号，其中，心率检测光信号为显示屏的环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射后进入采集区域的光信号，环形发光区域包围的中间区域为非发光区域；根据心率检测光信号，确定所述用户的心率。本申请实施例的技术方案，能够有效提高心率检测的准确率。

Description

心率检测的方法、装置和电子设备

本申请是申请日为2019年1月30日、申请号为201980000276.0、名称为“心率检测的方法、装置和电子设备”的发明申请的分案申请。

技术领域

本申请实施例涉及信息技术领域，并且更具体地，涉及一种心率检测的方法、装置和电子设备。

背景技术

随着电子设备行业的快速发展，全面屏成为潮流趋势，光学指纹应运而生，但常规的光学指纹仅仅用于指纹的纹理信息识别，功能单一。

当光透光皮肤组织再反射回传感器时光照会有一定的衰减。肌肉、骨骼、静脉等对光的吸收基本不变，但血液不同，由于血管中血液的流动会导致对光的吸收发生变化，而这个变化频率和心率相关。

因此，可以利用光学指纹的光学特性进行心率检测。然而，现有的利用光学指纹的光学特性进行心率检测的技术，准确率较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种心率检测的方法、装置和电子设备，能够有效提高心率检测的准确率。

第一方面，提供了一种心率检测的方法，包括：获取心率检测光信号，其中，所述心率检测光信号为显示屏的环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射后进入采集区域的光信号，所述环形发光区域包围的中间区域为非发光区域；根据所述心率检测光信号，确定所述用户的心率。

在一些可能的实施例中，所述采集区域是所述环形发光区域向上发出的光信号经所述用户的手指反射进入所述非发光区域后对应的区域。

在一些可能的实施例中，所述采集区域的外径对应所述环形发光区域的内径。

在一些可能的实施例中，所述心率检测光信号是通过透镜单元进入所述采集区域的。

在一些可能的实施例中，所述获取心率检测光信号，包括：周期性地获取所述心率检测光信号。

在一些可能的实施例中，所述心率检测光信号的获取周期为5ms。

获取心率检测信号光信号的周期为5ms，可以和显示屏的发光周期错开，这样避免了获取周期和显示屏的发光周期的相互影响而引入的显示屏干扰，从而能够进一步提高确定的用户的心率的准确率。

在一些可能的实施例中，所述根据所述心率检测光信号，确定所述用户的心率，包括：计算每个周期获取到的心率检测光信号的平均值；根据每个周期的所述心率检测光信号平均值，确定所述用户的心率。

在一些可能的实施例中，所述方法还包括：对所述心率检测光信号平均值进行滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号平均值；根据每个周期的所述心率检测光信号平均值，确定所述用户的心率，包括：根据滤波后的所述心率检测光信号平均值，确定所述用户的心率。

由于未滤波前的心率检测光信号平均值中夹杂着大量干扰，噪声较大，对心率检测光信号进行滤波可以去除数据上的噪声，从而使心率检测光信号平均值更准确，计算得到的用户的心率可以接近该用户的实际心率。

在一些可能的实施例中，所述对所述心率检测光信号平均值进行滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号平均值，包括：对所述心率检测光信号平均值进行滑动滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号平均值。

采用滑动滤波，可以一直动态检测，使得滤波的效果可以更好。

在一些可能的实施例中，所述对所述心率检测光信号平均值进行滑动滤波，包括：

当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第一数值后，对所述心率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第一数值的低通滤波，得到第一心率检测光信号；

当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第二数值后，对所述心率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第二数值的低通滤波，得到第二心率检测光信号，其中，所述第二数值大于所述第一数值；

将所述第一心率检测光信号与所述第二心率检测光信号相减，得到滤波后的所述心率检测光信号平均值。

在一些可能的实施例中，所述用户的心率满足公式：

其中，H为所述用户的心率，K为多个获取周期内所述心率检测光信号平均值的峰值数量，D为所述获取周期的个数，M为所述获取周期，所述获取周期为获取所述心率检测光信号的周期。

第二方面，提供了一种心率检测装置，包括：

感测单元，用于获取心率检测光信号，其中，所述心率检测光信号为显示屏的环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射后进入采集区域的光信号，所述环形发光区域包围的中间区域为非发光区域；处理单元，用于根据所述心率检测光信号，确定所述用户的心率。

在一些可能的实施例中，所述采集区域是所述环形发光区域向上发出的光信号经所述用户的手指反射进入所述非发光区域后对应的区域。

在一些可能的实施例中，所述采集区域的外径对应所述环形发光区域的内径。

在一些可能的实施例中，所处装置还包括：透镜单元，用于将所述心率检测光信号汇聚到所述采集区域。

在一些可能的实施例中，所述感测单元具体用于：周期性地获取所述心率检测光信号。

在一些可能的实施例中，所述心率检测光信号的获取周期为5ms。

在一些可能的实施例中，所述处理单元具体用于：计算每个周期获取到的心率检测光信号的平均值；根据每个周期的所述心率检测光信号平均值，确定所述用户的心率。

在一些可能的实施例中，所述处理单元还用于：对所述心率检测光信号平均值进行滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号平均值；根据滤波后的所述心率检测光信号平均值，确定所述用户的心率。

在一些可能的实施例中，所述处理单元具体用于：对所述心率检测光信号平均值进行滑动滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号平均值。

在一些可能的实施例中，所述处理单元具体用于：当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第一数值后，对所述心率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第一数值的低通滤波，得到第一心率检测光信号；当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第二数值后，对所述率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第二数值的低通滤波，得到第二心率检测光信号，其中，所述第二数值大于所述第一数值；将所述第一心率检测光信号与所述第二心率检测光信号相减，得到滤波后的所述心率检测光信号平均值。

在一些可能的实施例中，所述用户的心率满足公式：

其中，H为所述用户的心率，K为多个获取周期内所述心率检测光信号平均值的峰值数量，D为所述获取周期的个数，M为所述获取周期，所述获取周期为获取所述心率检测光信号的周期。

在一些可能的实施例中，所述装置为指纹模组。

第三方面，提供了一种电子设备，包括第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的心率检测装置。

因此，在本申请实施例中，采用显示屏的环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射后进入采集区域的光信号，确定用户的心率。由于采集区域的光信号都为经手指反射后的光信号，因此，都会携带用户的心率信号，避免了未携带用户的心率信号的光信号的干扰，从而确定的用户的心率的准确率。此外，本申请实施例的用于确定用户心率的光信号为环形发光区域发出的光信号的一部分，可以减小计算量，从而可以提高确定用户心率的速率。

附图说明

图1是本申请实施例所适用的电子设备的结构示意图。

图2是本申请实施例的提供的一种光斑的示意图。

图3是本申请实施例提供的光斑在传感器上得到的示意图。

图4是本申请实施例的提供的另一种光斑的示意图。

图5是本申请实施例提供的另一种光斑在传感器上得到的示意图。

图6是本申请实施例的心率检测的方法的示意性流程图。

图7是本申请实施例的未滤波时的心率检测光信号平均值的示意性图。

图8是本申请实施例的滤波后的心率检测光信号平均值的示意性图。

图9是本申请实施例的心率检测装置的示意性框图。

图10是本申请实施例的电子设备的示意性框图。

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描述。

应理解，本申请实施例可以应用于光学指纹系统，包括但不限于光学指纹识别系统和基于光学指纹成像的医疗诊断产品，本申请实施例仅以光学指纹系统为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用光学成像技术的系统等。

作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹系统可以应用在智能手机、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他终端设备；更具体地，在上述终端设备中，指纹识别装置可以具体为光学指纹装置，其可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下(Under-display)光学指纹系统。或者，所述指纹识别装置也可以部分或者全部集成至所述终端设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display)光学指纹系统。

如图1所示为本申请实施例可以适用的终端设备的结构示意图，所述终端设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，所述光学指纹装置130设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述光学指纹装置130包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括具有多个光学感应单元131的感应阵列133，所述感应阵列所在区域或者其感应区域为所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，所述光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述终端设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹装置130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。

应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线汇聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹装置130感应阵列的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。

因此，使用者在需要对所述终端设备进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的终端设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个终端设备10的正面。

作为一种可选的实现方式，如图1所示，所述光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，所述光检测部分134包括所述感应阵列以及与所述感应阵列电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器，所述感应阵列具体为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元。

所述光学组件132可以设置在所述光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述导光层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光导引至所述感应阵列进行光学检测。

在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。

其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个光学感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，从而所述感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。

在另一种实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光汇聚到其下方的光检测部分134的感应阵列，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹装置的视场，以提高所述光学指纹装置130的指纹成像效果。

在其他实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层，更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜汇聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述感应单元以进行光学指纹成像。

应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。

作为一种可选的实施例，所述显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。以采用OLED显示屏为例，所述光学指纹装置130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。当手指140按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指140内部散射而形成散射光，在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的嵴(ridge)与峪(vally)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光151和来自指纹峪的反射光152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹装置130中的感应阵列134所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在所述终端设备10实现光学指纹识别功能。

在其他实施例中，所述光学指纹装置130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。在这种情况下，所述光学指纹装置130可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，所述终端设备10的光学指纹系统还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述终端设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹装置130可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹装置130；或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹装置130。当采用所述光学指纹装置130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面描述内容是一致的。

应当理解的是，在具体实现上，所述终端设备10还包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述终端设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。

另一方面，在某些实施例中，所述光学指纹装置130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹装置130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。

在其他替代实施例中，所述光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。也即是说，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个光学指纹传感器的感应区域，从而将所述光学指纹模组130的指纹采集区域103可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。可替代地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域130还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。

通常情况下，当光111打在手指的嵴上，由于嵴与显示屏120紧密贴合且折射率相近，光111的大部分光被吸收从而可以在传感器上形成暗点。当光111打在手指的峪上，由于峪与显示屏120中间还有空气，显示屏120的折射率大于空气的折射率，此时，光111的大部分光可以反射，从而在传感器上形成亮点。

实际上，光信号在嵴上不仅仅只有吸收，而且在峪上也不仅仅只有反射，大部分光信号可以进入到人体皮肤内进行多次反射吸收，并且可以将用户的心率信息搭载在光信号上而被传感器感应。如图1中的光111所示，该光信号进入到目标手指内部，可以被流动的血液动态地吸收不同能量的光能，相同的光能经过手指之后可以产生带心率信号的光信号。

目前光学指纹在应用时大多采用的是完整的光斑，光斑可以向上或者向下发出光信号，其中，光斑向下发出的光信号被称为漏光。由于漏光是显示屏向下发的光信号，没有经过手指，因此，漏光部分不带用户的任何心率信息。此外，漏光部分带有很强的信号偏移，并且可能导致传感器提前进入饱和状态而使心率信号失真。

因此，为了提高心率信号的信噪比和心率检测的准确率，可以从光路上剔除漏光。鉴于此，本申请实施例提出了一种光斑，该光斑的中间区域不发光，即光斑为环形发光区域，如图2和图4所示。

图2所示的光斑在传感器上得到的图像如图3所示。其中，图3中的左图为2D图，右图为3D图。从图3中可以看到，第一区域基本没有光，因此不用于检测心率；第三区域包含两层成像，这两层成像实际上是两层漏光成像，该两层漏光一方面是不带心率信号的无用光，另外一方面还可能会影响传感器的动态响应范围，所以本申请实施例不使用第三区域来检测心率。因此，只有第二区域是最理想的识别区域，一方面，该区域全部由反射信号组成，存在较大能量的心率信号，有利于提高提取心率信号的准确性。另一方面，由3D图可以看到，由于中心区域没有上凸尖峰，这样动态范围不会过早进入饱和态，有利于提高心率信号的检测的准确率。

图4是本申请实施例提出的另一种光斑的示意性图。该光斑在传感器上得到的图像如图5，其中，图5的左图为2D图，右图为3D图。可以看到，由于第三区域已经超出传感器可以感应到的范围，因此，图5所示的光斑在传感器上得到的图像中只有图3中的第一区域和第二区域，而没有第三区域。

光斑的中间区域不发光，两边发光，这样，两边的光信号可以呈一定角度入射到用户的手指上，然后可以反射回中间的非发光区域所对应的区域。如此，光斑的非发光区域在传感器上对应的区域中的光信号(例如图3和图5中的第二区域)都是经手指反射的，没有漏光，所以都携带心率信息。因此，利用图3和图5的第二区域中的光信号进行心率检测，可以有效提高心率检测的准确率。

图6示出了本申请一个实施例的心率检测的方法的示意性流程图。需要说明的是，图6的心率检测的方法是基于图2和图4所示的光斑进行的。

应理解，图6中的步骤或操作仅是示例，本申请实施例还可以执行其它操作或者图6的各种操作的变形。此外，图6中的各个步骤可以分别按照与图6所呈现的不同的顺序来执行，并且有可能并非要执行图6中的全部操作。

图6所示的方法可以由心率检测装置执行。可选地，该心率检测装置可以为指纹模组，对应于图1中的光学指纹装置130；或者，该心率监测的装置可以为包括指纹模组的电子设备，本申请实施例对此不作具体限定。

本申请实施例的方法在指纹模组内执行，终端设备只接收最终的心率数据，可以避免大量的与心率计算相关的数据上传到终端设备时产生的大量传输时延。

可选地，本申请实施例的方法可以在终端设备的处理器内执行。

如图6所示，该心率检测的方法600可以包括如下步骤。

601，获取心率检测光信号。其中，该心率检测光信号为显示屏的环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指发射后进入采集区域的光信号，该环形发光区域包围的中间区域为非发光区域。

602，根据心率监测光信号，确定用户的心率。

其中，上述内容提到的环形发光区域可以为图2或图4所示的光斑，上述内容提到的采集区域可以为图3或图5中的第二区域。

可选地，本申请实施例对环形发光区域的内径和外径大小、环形发光区域的形状以及环形发光区域的颜色不作具体限定。

示例性地，可以在指纹检测范围内任意修改环形发光区域的内径和外径大小。参考图2和图4，可以看到，图2的环形发光区域的内径小于图4的环形发光区域的内径。

再示例性地，继续参考图2和图4，环形发光区域的形状可以是圆环。当然，环形发光区域的形状也可以是其他形状，例如，方形环、椭圆环等。

再示例性地，环形发光区域的颜色可以是纯色，例如，为白色或黄色；或者，环形发光区域的颜色可以是任意混合色，比如，红色、绿色和黄色的混合色。

可选地，环形发光区域的内径和外径大小、形状以及颜色可以根据需要设置或者随时改变

示例性地，形发光区域的颜色和/或形状可以随意改变。

再示例性地，可以周期性地改变环形发光区域的颜色和/或形状。例如周期可以为10ms，前10ms环形发光区域的颜色为白色，形状为圆环形；10ms-20ms环形发光区域的颜色为混合色，形状为椭圆环；第20ms-30ms环形发光区域的颜色为混合色，形状为方形环。

再示例性地，可以基于事件触发来改变环形发光区域的颜色和/或形状。例如，用户进行指纹解锁每满5次，环形发光区域的内径和外径大小、形状以及颜色中的至少一个改变。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

可选地，该环形发光区域还可以用于指示指纹检测区域在显示屏中的位置，以便于用户根据该区域确定指纹检测区域。

例如，该环形发光区域亮起时，则用户可以知道亮起的该环形发光区域的位置，即为指纹检测区域，从而可以将手指放在该指纹检测区域上进行指纹识别。

可选地，在本申请一个实施例中，采集区域可以是环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射进入非发光区域后对应的区域。因此，采集区域中没有漏光，全部由反射光信号组成。

可选地，采集区域的外径可以对应环形发光区域的内径。

其中，采集区域是环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射进入非发光区域后对应的区域，可以理解为：若环形发光区域在传感器上得到的图像与环形发光区域的比例为1:1，则采集区域可以是环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射进入非发光区域后的部分或全部区域。

若环形发光区域向上发出的光信号都可以经用户的手指反射进非发光区域，则采集区域的大小可以与非发光区域的大小相同，即采集区域可以为非发光区域的全部区域；若环形发光区域向上发出的光信号部分可以经用户的手指反射进非发光区域，则采集区域为非发光区域的部分区域。

此时，采集区域的外径对应环形发光区域的内径可以理解为：采集区域的外径大小与环形发光区域的内径大小相等。再次参考图2和图3，图2中的环形发光区域的内径(即非发光区域的直径)与图3中的第二区域(即采集区域)的外径相等。

其中，心率检测信号可以通过透镜单元进入采集区域。

可以理解，由于心率检测光信号可以通过透镜单元进入采集区域，则环形发光区域在传感器上得到的图像一般小于环形发光区域。通常情况下，环形发光区域与在传感器上得到的图像的比例一般为6:1，此时，环形发光区域的内径可以为采集区域外径的6倍。此外，若环形发光区域向上发出的光信号都可以经用户的手指反射进非发光区域，则非发光区域可以为采集区域的6倍。

在设计的光斑的基础上确定采集区域后，本申请实施例可以基于采集区域内的心率检测光信号进行心率检测。

可选地，在本申请一个实施例中，可以周期性地获取心率检测光信号。优选地，心率检测光信号的获取周期可以为5ms。换句话说，获取心率检测光信号曝光时间为5ms/帧。

令曝光时间为固定的5ms，刚好可以和显示屏的发光周期错开，这样可以避免曝光时间与显示屏的发光周期的相互影响而引入的屏幕干扰，从而能够进一步提高确定的用户的心率的准确率。

在获取到心率检测光信号后，可选地，在本申请一个实施例中，可以计算每个周期获取到的心率检测光信号的平均值，然后根据每个周期的心率检测光信号的平均值，确定用户的心率。

作为一种示例，可以根据公式(1)计算用户的心率：

其中，H为用户的心率，K为多个获取周期内心率检测光信号平均值的峰值数量，D为获取周期的个数，M为获取周期。也就是说，在统计周期内心率检测光信号平均值有K个峰值，第一个峰值到最后一个峰值之间有D帧。

作为另一种示例，可以对心率检测光信号平均值进行傅里叶变换，然后获取在1Hz附近幅度最大的频率，这个频率即为用户的心率。

由于心率检测光信号平均值中夹杂着大量的干扰，这样的话根据心率检测光信号平均值得到的用户的心率的准确率较低。因此，可以对心率检测光信号平均值进行滤波，得到滤波后的心率检测光信号平均值，然后可以根据滤波后的心率检测光信号平均值，确定用户的心率。

由于对心率检测光信号进行滤波可以去除数据上的噪声，因此，基于滤波后的心率检测光信号平均值计算用户的心率，这样确定的用户的心率的准确率较高，接近用户的实际心率。

在对心率检测光信号平均值进行滤波的过程中，作为一种示例，可以采用均值滤波、高斯滤波等方式对心率检测光信号平均值进行滤波。

应理解，本申请实施例中的均值滤波、高斯滤波等方式的实现过程可以参考相关技术中的均值滤波、高斯滤波等方式的实现过程，为了内容的简洁，此处不再赘述。

作为另一种示例，可以采用滑动滤波的方式对心率检测光信号平均值进行滤波。

具体而言，当获取心率检测光信号的周期数量大于第一数值后，可以对心率检测光信号平均值进行窗口长度为第一数值的低通滤波，得到第一心率检测光信号；当心率检测光信号的周期数量大于第二数值后，可以对心率检测光信号平均值进行窗口长度为第二数值的低通滤波，得到第二心率检测光信号，其中，第二数值大于第一数值，然后，可以将第一心率检测光信号与第二心率检测光信号相减，得到滤波后的心率检测光信号平均值。

以下，结合具体实施例说明本申请实施例的心率检测的方法。

首先，逐帧获取心率检测光信号，并且在固件内计算采集区域中的心率检测光信号的平均值，得到每一帧心率检测光信号的平均值，如图7所示。其中，固定曝光时间为5ms/帧，并且可以通过修改芯片的模拟放大倍数，使得传感器感知到的数据达到某一个未饱和的最大值。

然后，当采集帧数大于10帧后，对心率检测光信号平均值进行窗口长度为10的低通滤波；得到一组数据A1；当采集的数据大于20帧后，对心率检测光信号平均值进行窗口长度为20的低通滤波，得到一组数据A2。之后，将A1减去A2得到带通滤波后的心率检测光信号平均值，如图8所示。

从图8中可以看到，整个统计周期内心率检测光信号平均值有11个峰值，第一个峰值到最后一个峰值之间有1950帧，利用公式(1)可以得到：

因此，该用户的心率为67次/分钟。最后，将计算得到的心率67次/分钟发送给终端设备，并且在终端设备显示计算得到的心率数据。

本申请实施例对终端设备显示心率数据的方式不作限定，例如，终端设备可以通过数字将心率数据显示在显示屏上；或者，终端设备可以通过语音的方式播报心率数据；又或者，终端设备可以既在显示屏上显示心率数据，又语音播报心率数据。

可选地，本申请实施例的方法还可以包括：在确定用户的心率之前，可以对用户进行指纹认证，确定该用户是否是终端设备的主人。若指纹认证失败，则可以判定为身份认证失败，将不再确定用户的心率；若指纹认证通过，则可以进一步确定用户的心率。

应理解，本申请实施例对指纹认证的实现方式不作具体限定，任何可以实现指纹认证的方式都可以包含在本申请实施例的范围内。例如，可以根据获取的指纹图像与预设指纹模板进行匹配，若匹配成功，则指纹认证成功；若未匹配成功，则指纹认证失败。

对于常规的光学指纹传感器来说，是通过指纹的纹理信息进行身份认证的，这样的话，只要通过橡胶、橡皮泥等材料制作假手指或假指纹膜，就可以通过认证。

因此，本申请实施例的方法还可以包括：在确定用户的心率之后，判断心率是否在人的心率范围内，如果在人的心率范围内，则身份认证通过；如果不在人的心率范围内，则可以认为是假手指，身份认证失败。

例如，可以通过反射光信号的信号值判断指纹是否是活体指纹。具体地，可以判断反射光信号的信号值是否在预设的数值范围内，若反射光信号的大小位于预设的数值范围内，则可以确定是活体指纹，身份认证通过。

在本申请实施例中，采用显示屏的环形发光区域向上发出的光信号经用户的手指反射后进入采集区域的光信号，确定用户的心率。由于采集区域的光信号都为经手指反射后的光信号，因此，都会携带用户的心率信号，避免了未携带用户的心率信号的光信号的干扰，从而确定的用户的心率的准确率。此外，本申请实施例的用于确定用户心率的光信号为环形发光区域发出的光信号的一部分，可以减小计算量，从而可以提高确定用户心率的速率。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

上文详细描述了本申请实施例的心率检测的方法，下面将描述本申请实施例的心率检测装置。

应理解，本申请实施例中的心率检测装置可以执行本申请实施例中的心率检测的方法，具有执行相应方法的功能。

图9示出了本申请实施例的心率检测装置900的示意性框图。如图9所示，该心率检测装置900包括感测单元910和处理单元920。

可选地，该心率检测装置900可以为指纹模组，当心率检测装置900为指纹模组时，处理单元920可以为指纹模组中的处理单元。心率检测装置为指纹模组，这样可以避免上传到终端设备时产生的大量传输时延。

可选地，该心率检测装置900可以为终端设备，当心率检测装置900为终端设备时，处理单元920可以为终端设备中的处理器。

其中，该处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

可选地，在一些实施例中，该采集区域可以是环形发光区域向上发出的光信号经所述用户的手指反射进入非发光区域后对应的区域。

可选地，在一些实施例中，采集区域的外径可以对应环形发光区域的内径。比如，采集区域的外径大小可以等于环形发光区域的内径大小。

可选地，在一些实施例中，该心率检测装置900还可以包括：透镜单元930，用于将心率检测光信号汇聚到采集区域。

可选地，在一些实施例中，感测单元910具体可以用于：周期性地获取心率检测光信号。

可选地，在一些实施例中，心率检测光信号的获取周期为5ms。

可选地，在一些实施例中，处理单元920具体可以用于：计算每个周期获取到的心率检测光信号的平均值；根据每个周期的心率检测光信号平均值，确定用户的心率。

可选地，在一些实施例中，处理单元920还用于：对心率检测光信号平均值进行滤波，得到滤波后的心率检测光信号平均值；根据滤波后的心率检测光信号平均值，确定用户的心率。

可选地，在一些实施例中，处理单元920具体用于：对心率检测光信号平均值进行滑动滤波，得到滤波后的心率检测光信号平均值。

可选地，在一些实施例中，处理单元920具体用于：当获取心率检测光信号的周期数量大于第一数值后，对心率检测光信号平均值进行窗口长度为第一数值的低通滤波，得到第一心率检测光信号；当获取心率检测光信号的周期数量大于第二数值后，对心率检测光信号平均值进行窗口长度为第二数值的低通滤波，得到第二心率检测光信号，其中，第二数值大于第一数值；将第一心率检测光信号与第二心率检测光信号相减，得到滤波后的心率检测光信号平均值。

可选地，在一些实施例中，用户的心率满足公式：

其中，H为用户的心率，K为多个获取周期内心率检测光信号平均值的峰值数量，D为获取周期的个数，M为获取周期。

本申请实施例还提供了一种电子设备1000，如图10所示，所述电子设备1000可以包括显示屏1020以及上述心率检测装置1010，该心率检测装置1010可以为前述实施例中的心率检测装置900，并设置在所述显示屏1020的下方。其中，作为一种可选的实施例，所述显示屏1020具有自发光显示单元，所述自发光显示单元可以作为所述心率检测装置1010用于进行心率检测的激励光源。另外，所述心率检测装置1010可以能够用于执行图6所示方法实施例中的内容。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围。

应理解，在本申请实施例和所附权利要求书中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实施例。例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“上述”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。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (26)

1.一种心率检测的装置，其特征在于，用于设置在显示屏下方，所述显示屏中设置有环形发光区域，所述环形发光区域用于作为所述心率检测的装置进行心率检测的激励光源，所述装置包括：

光学指纹传感器，包括采集区域，所述采集区域对应设置于所述环形发光区域包围的中间区域下方，所述中间区域为非发光区域，所述采集区域用于获取所述环形发光区域发出的光信号经所述显示屏上方的用户手指反射后的携带所述用户的心率信息的心率检测光信号，所述心率检测光信号用于确定所述用户的心率。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采集区域的外径小于等于所述环形发光区域的内径。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形发光区域的形状为圆环、椭圆环或者方形环，和/或，所述环形发光区域的颜色为纯色或者混合色。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

光路引导结构，设置于所述光学指纹检测传感器上方，所述光路引导结构用于将所述心率检测光信号引导至所述采集区域进行心率检测。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光路引导结构包括一个或多个透镜单元，用于将所述心率检测光信号汇聚至所述采集区域进行心率检测。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述采集区域用于周期性的获取所述心率检测光信号进行心率检测。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述心率检测光信号的获取周期与所述显示屏的发光周期错开，以避免与所述显示屏的发光周期的相互影响而引入的屏幕干扰。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：处理单元，用于根据所述心率检测光信号确定所述用户的心率。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述采集区域用于周期性的获取所述心率检测光信号进行心率检测；

所述处理单元用于计算每个周期的所述心率检测光信号的平均值，并根据每个周期的所述心率检测光信号的平均值，确定所述用户的心率。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理单元用于：

对每个周期获取到的所述心率检测光信号的平均值进行滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号的平均值，以确定每个周期的所述心率检测光信号的平均值。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述处理单元用于：

当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第一数值后，对所述心率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第一数值的低通滤波，得到第一心率检测光信号；

当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第二数值后，对所述心率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第二数值的低通滤波，得到第二心率检测光信号，其中，所述第二数值大于所述第一数值；

将所述第一心率检测光信号与所述第二心率检测光信号相减，得到滤波后的所述心率检测光信号的平均值。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理单元用于：

根据所述每个周期的所述心率检测光信号的平均值以及公式，确定所述用户的心率，其中，所述公式为：

其中，H为所述用户的心率，K为多个周期内所述心率检测光信号的平均值的峰值数量，D为所述周期的个数，M为所述周期，所述周期为获取所述心率检测光信号的周期。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述显示屏为具有自发光显示单元的有机发光二极管OLED显示屏，所述OLED显示屏的所述环形发光区域中的自发光显示单元用于作为所述装置进行心率检测的激励光源。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述环形发光区域的位置用于指示指纹检测区域，所述用户手指用于设置于所述指纹检测区域，使得所述光学指纹传感器接收经过所述指纹检测区域上方所述用户手指后的光信号以实现光学指纹识别。

15.一种心率检测的方法，其特征在于，应用于一种设置在显示屏下方的心率检测的装置，所述显示屏中设置有环形发光区域，所述环形发光区域用于作为所述心率检测的装置进行心率检测的激励光源，所述方法包括：

通过采集区域获取心率检测光信号，所述采集区域对应设置于所述环形发光区域包围的中间区域下方，所述中间区域为非发光区域，所述心率检测光信号为所述环形发光区域发出的光信号经所述显示屏上方的用户手指反射后的携带所述用户的心率信息的光信号；

根据所述心率检测光信号确定所述用户的心率。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述采集区域的外径小于等于所述环形发光区域的内径。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述环形发光区域的形状为圆环、椭圆环或者方形环，和/或，所述环形发光区域的颜色为纯色或者混合色。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述通过采集区域获取心率检测光信号，包括：

通过所述采集区域周期性的获取所述心率检测光信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述心率检测光信号的获取周期与所述显示屏的发光周期错开，以避免与所述显示屏的发光周期的相互影响而引入的屏幕干扰。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述根据所述心率检测光信号确定所述用户的心率，包括：

计算每个周期的所述心率检测光信号的平均值；

根据所述每个周期的所述心率检测光信号的平均值，确定所述用户的心率。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述确定每个周期的所述心率检测光信号的平均值，包括：

对每个周期获取到的所述心率检测光信号的平均值进行滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号的平均值，以计算得到每个周期的所述心率检测光信号的平均值。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述对每个周期获取到的所述心率检测光信号的平均值进行滤波，得到滤波后的所述心率检测光信号的平均值，包括：

当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第一数值后，对所述心率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第一数值的低通滤波，得到第一心率检测光信号；

当获取所述心率检测光信号的周期数量大于第二数值后，对所述心率检测光信号平均值进行窗口长度为所述第二数值的低通滤波，得到第二心率检测光信号，其中，所述第二数值大于所述第一数值；

将所述第一心率检测光信号与所述第二心率检测光信号相减，得到滤波后的所述心率检测光信号的平均值。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个周期的所述心率检测光信号的平均值，确定所述用户的心率，包括：

根据所述每个周期的所述心率检测光信号的平均值以及公式，确定所述用户的心率，其中，所述公式为：

其中，H为所述用户的心率，K为多个周期内所述心率检测光信号的平均值的峰值数量，D为所述周期的个数，M为所述周期，所述周期为获取所述心率检测光信号的周期。

24.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述显示屏为具有自发光显示单元的有机发光二极管OLED显示屏，所述OLED显示屏的所述环形发光区域中的自发光显示单元用于作为所述装置进行心率检测的激励光源。

25.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述环形发光区域的位置用于指示指纹检测区域，所述用户手指用于设置于所述指纹检测区域，使得所述心率检测的装置还接收经过所述指纹检测区域上方所述用户手指后的光信号以实现光学指纹识别。

26.一种电子设备，其特征在于，包括：显示屏，以及，

根据权利要求1至14中任一项所述的心率检测的装置。

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