CN113995389B - 一种获得心率的方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减少光体积描记信号中噪声的方法及电子设备。减少光体积描记信号中噪声的方法及电子设备。该电子设备可包括第一光发射器、第二光发射器、第一光接收器和第二光接收器。第一光发射器和第二光发射器可以分别向用户的皮肤表面发射波长不同的第一光信号和第二光信号。第一光接收器可以根据接收到的第一光信号生成第一PPG信号。第二光接收器可以根据接收到的第二光信号生成第二PPG信号。第二PPG信号可用于确定第一PPG信号中噪声的大小。电子设备可以利用第二PPG信号来减少第一PPG信号中的噪声，并根据上述减少了噪声的第一PPG信号获得心率。实施本方案，电子设备可以减少PPG信号中的噪声，提高心率检测的准确率。

Description

一种获得心率的方法及电子设备

技术领域

本申请涉及终端技术领域，尤其涉及一种获得心率的方法及电子设备。

背景技术

光体积描记(photoplethysmography，PPG)是借助光电手段检测血管中血液的体积变化的一种无创检测方式。目前电子设备可以使用PPG来检测用户的心率、血氧饱和度。其中，电子设备中可包含光发射器和光接收器。电子设备可以佩戴在用户的手腕、腹部、腿部等位置，使得光发射器可以贴近用户的皮肤。光发射器可以向皮肤表面发射光信号。光接收器可以接收反射或散射回来的光信号，并生成PPG信号。上述发射的光信号可以被血管中的血液、皮肤、肌肉、骨骼等组织吸收、反射和散射。血管中血液的体积在心脏舒张和收缩的过程中会出现变化，血管中血液吸收的光信号也会出现变化。光接收器接收到的光信号的强度也会随着心脏收缩和舒张而变化。根据光接收器接收到的光信号的强度的变化，电子设备即可实现心率检测。

上述PPG检测心率的方法在电子设备与用户的皮肤保持相对静止的状态下，可以提供比较准确的检测结果。但如果用户处于运动状态，光接收器生成的PPG信号中可能包含运动噪声，从而影响检测结果的准确率。上述运动噪声产生的原因可以例如是：用户在运动过程中出汗，汗液会影响光接收器接收到的光信号的强度。或者，用户在运动过程中，电子设备与用户的皮肤产生相对移动，影响光接收器接收到的光信号的强度。

因此，如何减少PPG信号中的噪声是现在电子设备在获得心率时亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种获得心率的方法及电子设备。电子设备包括第一光发射器、第二光发射器、第一光接收器和第二光接收器。第一光发射器和第二光发射器可分别用于发射波长不同的第一光信号和第二光信号。第一光接收器可接收反射或散射回来的第一光信号，并生成第一PPG信号。第二光接收器可接收反射或散射回来的第二光信号，并生成第二PPG信号。第二PPG信号可用于确定第一PPG信号中噪声的大小。电子设备可以利用第二PPG信号减少第一PPG信号中的噪声，并根据减少了噪声的第一PPG信号获得心率。这样，电子设备可以减少PPG信号中的噪声，提高心率检测的准确率。

第一方面，本申请实施例提供了一种获得心率的方法，该方法应用于电子设备。该电子设备包括底壁、至少一个第一光发射器、至少一个第二光发射器、至少一个第一光接收器和至少一个第二光接收器。其中，该底壁上设有第一开口和第二开口。该第一光发射器、该第二光发射器发射的光信号通过该第一开口从底壁射出，该第一光接收器、该第二光接收器通过该第二开口接收光信号。该方法包括：电子设备可以驱动第一光发射器发射具有第一波长的第一光信号，并驱动第二光发射器发射具有第二波长的第二光信号。其中，第一波长大于或等于492纳米且小于或等于577纳米。第二波长大于或等于1000纳米且小于或等于1500纳米。电子设备可以通过第一光接收器接收第三光信号，并根据第三光信号得到第一PPG信号。其中，第三光信号是第一光信号经反射或散射形成的。电子设备可以通过第二光接收器接收第四光信号，并根据第四光信号得到第二PPG信号。其中，第四光信号是第二光信号经反射或散射形成的。电子设备可以根据第一PPG信号和第二PPG信号得到第三PPG信号。电子设备可以利用第三PPG信号获得心率。

在本申请中，电子设备可以佩戴在用户的手腕、腹部、腿部等位置。电子设备的底壁在电子设备被佩戴时接触人体皮肤。这样，电子设备在被佩戴时，第一光发射器发射的第一光信号和第二光发射器发射的第二光信号可以从底壁的开口处射向人体皮肤。上述第一光信号和上述第二光信号可以穿透人体皮肤数十微米至数毫米的深度。上述第一光信号和上述第二光信号可以被人体组织，例如血液、皮肤、肌肉、骨骼等，吸收，反射和散射。

在本申请中，第一PPG信号和第二PPG信号均为电流信号。第一PPG信号和第二PPG信号中均包含直流信号和交流信号，还可以包含由用户运动导致的运动噪声以及电子设备在信号处理时产生的随机噪声。第一PPG信号中的交流信号可用于计算心率。第一PPG信号中的直流信号可被电子设备中的滤波器滤除。由于存在上述运动噪声和随机噪声，电子设备利用第一PPG信号中的交流信号获得的心率准确率较低。

血管中血液对第一光信号的吸收率比对第二光信号的吸收率高。那么第一光信号对血管中血液体积的变化比第二光信号对血管中血液体积的变化更敏感。第一PPG信号中的交流信号的强度远高于第二PPG信号中的交流信号的强度。而用户在运动过程中对第一光信号和第二光信号的影响可以是相同或者相近的，第一PPG信号和第二PPG信号中的运动噪声可以是相同或相近的。电子设备可以利用上述第二PPG信号减少上述第一PPG信号中的运动噪声。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，电子设备可以先将第一PPG信号和第二PPG信号分别转换为第四PPG信号和第五PPG信号，再进行第四PPG信号减第五PPG信号的运算，得到第三PPG信号。其中，上述第三PPG信号、上述第四PPG信号和上述第五PPG信号为电压信号。上述第三PPG信号可以相当于减少了运动噪声和随机噪声的信号。电子设备可以利用第三PPG信号获得心率，提高心率检测的准确率。

具体的，电子设备可以利用跨阻放大器将第一PPG信号转换为第四PPG信号，将第二PPG信号转换为第五PPG信号。电子设备得到上述第三PPG信号后，可以利用信号调理器对上述第三PPG信号进行以下一项或多项处理：放大、滤波、采样、模数转换。或者，电子设备可以先利用信号调理器对上述第四PPG信号和上述第五PPG信号进行以下一项或多项处理：放大、滤波、采样、模数转换。然后电子设备可以利用数字信号处理器对经过信号调理器处理的第四PPG信号和第五PPG信号进行减法运算，得到第三PPG信号。

结合第一方面，在另一种可能的实现方式中，电子设备中第一光接收器和第二光接收器可以串接。其中，当第一光接收器生成第一PPG信号，该第一PPG信号中的部分电流信号可以流向第二光接收器。流向第二光接收器的部分电流信号的强度可以与第二光接收器生成的第二PPG信号的强度大小相同。上述第一PPG信号中未流向第二光接收器的电流信号为第六PPG信号。该第六PPG信号可以相当于减少了运动噪声和随机噪声的信号。电子设备可以将该第六PPG信号转换为电压信号，得到上述第三PPG信号。

当上述第一光信号和上述第二光信号在传输过程中的光路相同或相近，用户运动对第一光信号和第二光信号产生的影响可以相同或相近。电子设备可以通过设置第一光信号和第二光信号的光路，来提高心率检测的准确率。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，电子设备可以通过波分复用器对上述第一光信号和上述第二光信号进行合波处理。

具体的，电子设备可包含波分复用器和反射器。该波分复用器可包括第一光入射面、第二光入射面和第一光出射面。该第一光入射面可以与第一光发射器的光出射面相对。该第二光入射面可以与第二光发射器的光出射面相对。

电子设备可以驱动第一光发射器向第一光入射面发射第一光信号，并驱动第二光发射器向第二光入射面发射第二光信号。第一光信号和第二光信号可以被波分复用器接收。电子设备可以通过波分复用器对第一光信号和第二光信号进行合波处理，得到第五光信号。该第五光信号可以从第一光出射面射向反射器，并经该反射器反射后从电子设备的底壁射出。

该第五光信号中可包含第一光信号和第二光信号。第五光信号经过反射或散射后可被第一光接收器和第二光接收器接收。其中，第一光接收器和第二光接收器中可包含光滤波器。第一光接收器可通过光滤波器从接收到的第五光信号中滤除第二光信号，得到第一光信号，进而生成第一PPG信号。第二光接收器可通过光滤波器从接收到的第五光信号中滤除第一光信号，得到第二光信号，进而生成第二PPG信号。

可选的，电子设备可以利用波导来传输第一光信号和第二光信号，从而减少光信号在传输过程中的损失。具体的，电子设备可以包含第一波导、第二波导、第三波导。该第一波导可用于连接第一光发射器的光出射面和上述第一光入射面。该第二波导可用于连接第二光发射器的光出射面和上述第二光入射面。该第三波导可用于连接上述第一光出射面和上述反射器。

电子设备可通过该第一波导将第一光信号从第一光发射器传输至波分复用器。电子设备可通过该第二波导将第二光信号从第二光发射器传输至分复用器。电子设备可通过该第三波导将第五光信号从波分复用器传输至反射器。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述第一光接收器和上述第二光接收器可以为同一个光接收器。电子设备可以分时驱动第一光发射器发射第一光信号和驱动第二光发射器发射第二光信号。

具体的，电子设备可以在第一时间段驱动第一光发射器发射第一光信号。电子设备可以根据上述一个光接收器接收到的第三光信号得到第一PPG信号。上述第三光信号可以由第一光信号经过反射或散射形成。

电子设备可以在第二时间段驱动第二光发射器发射第二光信号。电子设备可以根据上述一个光接收器接收到的第四光信号得到第二PPG信号。上述第四光信号可以由第二光信号经过反射或散射形成。上述第一时间段和上述第二时间段之间的间隔小于第一时长。该第一时长的值可以趋近于零。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括底壁、至少一个第一光发射器、至少一个第二光发射器、至少一个第一光接收器、至少一个第二光接收器、至少一个第二光接收器、模拟前端和处理器。其中：底壁上可设有第一开口和第二开口。第一光发射器、第二光发射器发射的光信号可通过该第一开口从所述底壁射出。第一光接收器、第二光接收器可通过该第二开口接收光信号。

第一光发射器可用于发射具有第一波长的第一光信号。上述第一波长可以大于或等于492纳米且小于或等于577纳米。第二光发射器可用于发射具有第二波长的第二光信号。上述第二波长可以大于或等于1000纳米且小于或等于1500纳米。第一光接收器可用于接收第三光信号，并根据该第三光信号生成第一PPG信号。该第三光信号可以是第一光信号经反射或散射形成的。第二光接收器可用于接收第四光信号，并根据该第四光信号生成第二PPG信号。该第四光信号可以是第二光信号经反射或散射形成的。

模拟前端可用于根据上述第一PPG信号和上述第二PPG信号得到第三PPG信号。

处理器可用于利用上述第三PPG信号获得心率。

在本申请中，上述模拟前端可分别与上述第一光发射器、上述第二光发射器、上述第一光接收器和上述第二光接收器以及上述处理器建立有通信连接。其中，上述模拟前端中可包含光源驱动器。当接收到来自处理器用于指示第一光发射器和第二光发射器发射光信号的指令，模拟前端中的光源驱动器可驱动第一光发射器发射第一光信号，并驱动第二光发射器发射第二光信号。

上述模拟前端中还可包含跨阻放大器。上述第一PPG信号和上述第二PPG信号均为电流信号。当接收到第一PPG信号和第二PPG信号，模拟前端可通过跨阻放大器将第一PPG信号转换为第四PPG信号，将第二PPG信号转换为第五PPG信号。上述第四PPG信号和上述第五PPG信号均为电压信号。模拟前端还可以包括以下一项或多项：运算器、信号调理器、数字信号处理器。上述运算器和上述数字信号处理器均可对上述第四PPG信号和上述第五PPG信号进行减法处理。上述信号调理器可用于对信号进行以下一项或多项处理：放大、滤波、采样、模数转换。

当得到上述第三PPG信号，模拟前端可以将第三PPG信号发送给处理器。处理器可利用上述第三PPG信号获得心率。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一光接收器与第二光接收器可以串接。第一光接收器生成的第一PPG信号中的部分电流信号可以流向第二光接收器。流向第二光接收器的部分电流信号的强度可以与第二光接收器生成的第二PPG信号的强度大小相同。第一光接收器可以将第六PPG信号发送给模拟前端。该第六PPG信号的强度可以与第一PPG信号中未流向第二光接收器的电流信号的强度大小相同。进一步的，模拟前端可以通过跨阻放大器将该第六PPG信号转换为电压信号，得到第三PPG信号。

结合第二方面，在一种可能的实现方式中，电子设备可通过波分复用器对第一光信号和第二光信号进行合波处理，从而使得第一光信号和第二光信号在传输过程中的光路一致。

具体的，电子设备可包含波分复用器和反射器。该波分复用器可包括第一光入射面、第二光入射面和第一光出射面。其中，第一光入射面可以与第一光发射器的光出射面相对，可用于接收所述第一光发射器发射的光信号。第二光入射面可以与第二光发射器的光出射面相对，可用于接收所述第二光发射器发射的光信号。反射器可用于接收从第一光出射面射出的光信号，并将从第一光出射面射出的光信号从底壁射出。

可选的，电子设备可以通过波导来传输第一光信号和第二光信号。

具体的，电子设备可包含第一波导、第二波导和第三波导。其中，第一波导可用于连接第一光发射器的光出射面和第一光入射面，以将第一光信号传输至波分复用器。第二波导可用于连接第二光发射器的光出射面和第二光入射面，以将第二光信号传输至波分复用器。第三波导可用于连接第一光出射面和反射器，以将从第一光出射面射出的光信号传输至反射器。

第三方面，本申请实施例还提供了另一种获得心率的方法。该方法应用于电子设备。该电子设备可包括：至少一个第一光发射器、第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器、第一加速度计和第二加速度计。第一光发射器、第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器可位于一条直线上。其中，第一接收器和第二接收器可分布在第一光发射器的一侧。第三接收器和第四接收器可分布在第一光发射器的另一侧。第二接收器与第一光发射器之间的距离可大于第一接收器与第一光发射器之间的距离。第四接收器与第一光发射器之间的距离可大于第三接收器与第一光发射器之间的距离。第一加速度计和第四接收器的间距可小于第一间距。第二加速度计和第二接收器的间距可小于第二间距。

该方法可包括：电子设备可驱动第一光发射器发射具有第一波长的第一光信号。该第一波长可以大于或等于492纳米且小于或等于577纳米。电子设备可根据第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器接收到的第一光信号分别得到第一信号、第二信号、第三信号和第四信号。电子设备可利用第一加速度计测量电子设备在第一方向上的第一加速度，并利用第二加速度计测量电子设备在第一方向上的第二加速度。电子设备可比较第一加速度和第二加速度的大小，从第一信号、第二信号、第三信号和第四信号中选择出至少一个信号。电子设备可利用选择出的至少一个信号获得心率。

这样，电子设备可以利用第一加速度计和第二加速度计来判断电子设备的底壁和用户皮肤所在的平面是否存在偏转角。当确定出存在偏转角，电子设备可以根据电子设备底壁的偏转方向确定第一光信号的偏转方向，进而确定利用哪一个光接收器生成的PPG信号来获得心率。这样，电子设备可以减少由于电子设备的底壁与用户皮肤所在的平面之间存在偏转角而导致误差。

结合第三方面，在一种可能的实现方式中，第一加速度计可以在上述一条直线的一侧。第二加速度计可以在上述一条直线的另一侧。

结合第三方面，在一种可能的实现方式中，上述第一方向可以为垂直于底壁的方向。电子设备可以比较第一加速度和第二加速度的大小。如果第一加速度的大小大于第二加速度的大小，则电子设备可选择第四信号。电子设备可以根据该第四信号获得心率。如果第二加速度的大小大于第一加速度的大小，则电子设备可选择所述第二信号。电子设备可以根据该第二信号获得心率。

结合第三方面，在一种可能的实现方式中，上述第一方向可以为垂直于底壁的方向。电子设备可以比较第一加速度和第二加速度的大小。如果第一加速度的大小大于第二加速度的大小，且第一加速度的大小和第二加速度的大小之间的差值大于第一加速度差值，则电子设备可选择第四信号。电子设备可以根据该第四信号获得心率。如果第二加速度的大小大于第一加速度的大小，且第二加速度的大小和第一加速度的大小之间的差值大于第一加速度差值，则电子设备可以选择第二信号。电子设备可以根据该第二信号获得心率。

结合第三方面，在一种可能的实现方式中，电子设备可以从第一信号、第二信号、第三信号和第四信号中选择多个信号来获得心率。

具体的，如果第一加速度的大小大于第二加速度的大小，电子设备可以选择第三信号和第四信号。电子设备可以将第三信号和第四信号相加，并利用经相加得到的信号获得心率。如果第二加速度的大小大于第一加速度的大小，电子设备可以选择第一信号和第二信号。电子设备可以将第一信号和第二信号相加，并利用经相加得到的信号获得心率。

第四方面，本申请实施例还提供了另一种电子设备。该电子设备包括底壁、至少一个第一光发射器，第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器、第一加速度计和第二加速度计。第一光发射器、第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器可位于一条直线上。其中，第一接收器和第二接收器可分布在第一光发射器的一侧。第三接收器和第四接收器可分布在第一光发射器的另一侧。第二接收器与第一光发射器之间的距离可大于第一接收器与第一光发射器之间的距离。第四接收器与第一光发射器之间的距离可大于第三接收器与第一光发射器之间的距离。第一加速度计和第四接收器的间距可小于第一间距。第二加速度计和第四接收器的间距可小于第一间距。其中，底壁上可设有第一开口和第二开口。第一光发射器发射的光信号可通过该第一开口从底壁射出。第一接收器、第二接收器可通过该第二开口接收光信号。

第一光发射器可用于发射具有第一波长的第一光信号。第一波长可以大于或等于492纳米且小于或等于577纳米。第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器可用于接收第一光信号，并根据第一光信号分别生成第一信号、第二信号、第三信号和第四信号。

第一加速度计可用于测量电子设备在第一方向上的第一加速度。第二加速度计可用于测量电子设备在第一方向上的第二加速度。

处理器可用于比较第一加速度和第二加速度的大小。根据比较结果，电子设备可以从第一信号、第二信号、第三信号和第四信号中选择出至少一个信号，并利用选择出的至少一个信号获得心率。

第五方面，本申请实施例提供了一种芯片，该芯片应用于电子设备，该芯片包括一个或多个处理器，该处理器用于调用计算机指令以使得该设备执行如第一方面中任一可能的实现方式，或如第三方面中任一可能的实现方式。

第六方面，本申请实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，其中，当上述计算机程序产品在电子设备上运行时，使得上述电子设备执行如第一方面中任一可能的实现方式，或如第三方面中任一可能的实现方式。

第七方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括指令，其中，当上述指令在电子设备上运行时，使得上述电子设备执行如第一方面中任一可能的实现方式，或如第三方面中任一可能的实现方式。

可以理解地，上述第二方面提供的电子设备、第四方面提供的电子设备、第五方面提供的芯片、第六方面提供的计算机程序产品和第七方面提供的计算机可读存储介质均用于执行本申请实施例所提供的方法。因此，其所能达到的有益效果可参考对应方法中的有益效果，此处不再赘述。

附图说明

图1是本申请实施例提供的人体的部分组织吸收光信号的吸收率对光信号的波长的曲线图；

图2是本申请实施例提供的一种电子设备利用PPG检测心率的场景示意图；

图3是本申请实施例提供的一种减少PPG信号中噪声的电子设备的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种减少PPG信号中噪声的电子设备的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种减少PPG信号中噪声的电子设备的结构示意图；

图6A和图6B是本申请实施例提供的一种调整测试光和补偿光的光路的装置结构示意图；

图7A和图7B是本申请实施例提供的另一种调整测试光和补偿光的光路的装置结构示意图；

图8是本申请实施例提供的另一种调整测试光和补偿光的光路的装置结构示意图；

图9是本申请实施例提供电子设备与用户的皮肤表面发生偏转的应用场景示意图；

图10A～图10F是本申请实施例提供的另一些电子设备的结构示意图。

具体实施方式

本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，本申请中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个所列出项目的任何或所有可能组合。

在电子设备利用PPG检测心率的方法中，电子设备包含有光发射器和光接收器。电子设备可以佩戴在用户的手腕、腹部、腿部等位置，使得光发射器可以贴近用户的皮肤。光发射器可以向用户的皮肤发射光信号。上述发射的光信号可以穿透用户的皮肤数十微米至数毫米的深度。光信号穿透的深度可以由光信号的频率、波长等光信号的参数以及用户皮肤层的成分决定。上述发射的光信号中，一部分光信号可以被用户血管中的血液、皮肤、肌肉、骨骼等组织吸收，另一部分光信号可以被血液、皮肤、肌肉、骨骼等组织以反射、散射或其他方式传递至光接收器。光接收器接收到光信号，可以生成PPG信号。上述PPG信号的强度与光接收器接收到的光信号的强度相关联。

上述PPG信号中可包含直流信号(简称DC)和交流信号(简称AC)。其中，用户血管中血液的体积是随着心脏的舒张和收缩而变化的。当心脏舒张时，血液经由血管流回心脏，血管中血液的体积减少，对光信号的吸收也减少。这样，光接收器可以接收到更多光信号，光信号的强度也增强。当心脏收缩时，血液从心脏经由血管流向身体的各部位。血管中血液的体积增多，对光信号的吸收也增多。这样，光接收器接收到的光信号减少，光信号的强度也减弱。因此，PPG信号中有一部分信号的强度是随着心脏的舒张和收缩而变化的。这一部分信号即为光接收器根据血液反射或散射的光信号而产生的AC。上述AC的波形通常是周期性的正弦波形。根据AC中信号强度变化的频率，电子设备可以计算用户的心率。

另外，用户的皮肤、肌肉、骨骼等组织不会随着心脏的舒张和收缩而变化。皮肤、肌肉、骨骼这一部分组织对光信号的吸收基本不变。光接收器可以根据皮肤、肌肉、骨骼这一部分组织反射或散射的光信号产生DC。

在一些实施例中，电子设备可以通过滤波器以滤除PPG信号中的DC，从而得到PPG信号中的AC。这样，电子设备可以根据AC来计算用户的心率。

用于检测心率的PPG信号中可包含有噪声。其中的噪声主要包括运动噪声和随机噪声。

当用户处于运动状态，用户产生的汗液、电子设备与用户的皮肤产生相对移动，均会影响光接收器接收的光信号的强度。这样，光接收器生成的PPG信号中包含有运动噪声。本申请实施例对产生上述运动噪声的原因不作限定。

另外，电子设备中的电路结构本身可能给PPG信号带来随机噪声。例如，在传输或者处理PPG信号的过程中PPG信号中可能会增加噪声。或者，环境光也可以给PPG信号带来随机噪声。

包含有上述运动噪声和上述随机噪声的PPG信号，无法用于准确地检测心率。

为了减少上述运动噪声，可以通过提高电子设备佩戴在用户手腕、腿部的紧固度的方式，减少运动过程中电子设备与用户的皮肤产生相对移动的可能性，从而减少运动噪声。但这种实现方式使得电子设备佩戴的舒适性较差，甚至可能给用户的皮肤造成伤害。并且，这种实现方式是否能减少运动噪声与用户的佩戴习惯相关，难以有效减少运动噪声和随机噪声，提高心率检测的准确率。

在另一种方案中，电子设备可以结合运动传感器，例如加速度计、陀螺仪，来检测运动噪声，以减少PPG信号中的运动噪声。但在PPG检测心率的方法中，光接收器可以接收到多个不同光路的光信号。光接收器生成的PPG信号中包含的运动噪声与接收的光信号的光路是相关的。根据运动传感器检测的运动噪声不能与光接收器接收的光信号的光路关联。也即是说，通过运动传感器来减少运动噪声的实现方式并不能确定PPG信号中运动噪声的大小，因而难以有效减少运动噪声和随机噪声，提高心率检测的准确率。

本申请实施例提供一种获得心率的方法和电子设备。电子设备包括至少一个测试光发射器，一个补偿光发射器，一个测试光接收器和一个补偿光接收器。其中：

上述测试光发射器可用于发射测试光。测试光可以为对血液吸收率高的光信号。上述对血液吸收率高的光信号对血液的体积变化敏感。也即是说，当血管中血液的体积增多，吸收的测试光显著增多。当血管中血液的体积减少，吸收的测试光显著减少。这样，PPG信号中的AC变化的幅度大，有利于心率的准确计算。

上述测试光接收器可用于接收测试光，并生成测试PPG信号。

上述补偿光发射器可用于发射补偿光。补偿光可以为对血液、皮肤、肌肉、骨骼等组织吸收率低的光信号。上述对血液、皮肤、肌肉、骨骼等组织吸收率低的光信号对血液的体积变化不敏感。也即是说，不管血管中血液的体积增多还是减少，血液、皮肤、肌肉、骨骼等组织对补偿光的吸收基本不变或者仅有少量变化。

上述补偿光接收器可用于接收补偿光，并生成补偿PPG信号。由上述补偿光的特性可以看出，补偿PPG信号中没有或者仅有少量的交流信号。

当用户处于运动状态，用户产生汗液或者电子设备与用户的皮肤产生相对移动等因素对测试PPG信号和补偿PPG信号具有相同或相近的影响。也即是说，测试PPG信号中的运动噪声的大小与补偿PPG信号中运动噪声的大小相同或相近。

电子设备中电路结构对测试PPG信号和补偿PPG信号也具有相同或相近的影响。测试PPG信号中的随机噪声的大小与补偿PPG信号中随机噪声的大小相同或相近。

在本申请实施例中，电子设备可以用测试PPG信号减去补偿PPG信号，并利用上述经过减法处理后得到的PPG信号获得用户的心率。由于测试PPG信号中的运动噪声的大小与补偿PPG信号中运动噪声的大小相同或相近，测试PPG信号中的随机噪声的大小与补偿PPG信号中随机噪声的大小相同或相近，且补偿PPG信号中没有或者仅有少量的交流信号，上述经过减法处理后得到的PPG信号中可包含用于计算心率的AC，基本不包含运动噪声和随机噪声。上述实现方式可以有效减少噪声，提高心率检测的准确率。

下面介绍上述测试光和补偿光的选取方法。

人体不同的组织对不同波长的光信号的吸收率是不同的。图1示出了人体的部分组织吸收光信号的吸收率对光信号的波长的曲线图。

如图1所示，人体中的黑色素、脱氧血液、含氧血液以及水对于不同波长的光信号的吸收率是不同的。脱氧血液和含氧血液对波长为570纳米左右的光信号的吸收率最高。即波长为570纳米左右的光信号对血液的体积变化最为敏感。波长为570纳米左右的光信号可以作为测试光。测试光发射器可以发射波长为570纳米左右的光信号。本申请实施例对测试光的波长不作限定，可以为大于或等于492纳米且小于或等于577纳米中的任一波长。

对于波长为1300纳米左右的光信号，黑色素、脱氧血液、含氧血液以及水的吸收率都比较低。即波长为1300纳米左右的光信号对血液体积的变化不敏感。波长为1300纳米左右的光信号可以作为补偿光。补偿光发射器可以发射波长为1300纳米左右的光信号。本申请实施例对补偿光的波长不作限定，可以为大于或等于1000纳米且小于或等于1500纳米中的任一波长。

下面介绍电子设备根据上述测试光和补偿光，利用PPG检测心率的一种场景示意图。

如图2所示，电子设备100可以为穿戴设备，例如智能手表。电子设备100可以佩戴在用户的手腕上。电子设备100可以包含有底壁202和上表面201。其中，底壁202可以为电子设备100佩戴在用户手腕上时贴近用户的皮肤的一侧。底壁202上可包含有一个或多个开口。底壁的开口可以被透镜覆盖。通过上述开口，电子设备100可以向用户的皮肤发射光信号，并接收人体组织反射或散射回来的光信号。上表面201可以为与底壁202相背的一侧，例如是电子设备100的显示屏所在的一侧。

电子设备100可包含光发射器211和光接收器212。光发射器211中包含至少一个测试光发射器211A、一个补偿光发射器211B。光接收器212中包含至少一个测试光接收器212A、一个补偿光接收器212B。其中：

光发射器211可以为例如是发光二极管(light emitting diode，LED)的光子生成器，可用于发射具有特定波长的光信号。测试光发射器211A可用于发射测试光211a，例如波长为570纳米的光信号。补偿光发射器211B可用于发射补偿光211b，例如波长为1300纳米的光信号。

光接收器212可包括光电探测器、光滤波器。上述光电探测器可以为光电二极管、光电三极管、光敏电阻、热敏电阻等。光电探测器可用于接收不同波长的光信号，例如由光子生成器生成的任何波长的光信号。作为接收光信号的响应，光电探测器可以生成PPG信号。该PPG信号可以包括电流、电压或其他电气参数。上述光滤波器可以用于过滤特定波长的光信号。

测试光接收器212A可以接收到人体组织反射或散射回来的测试光211a和/或补偿光211b。测试光接收器212A中的光滤波器可用于过滤其中的补偿光211b，从而光电探测器可以生成与测试光211a相关的测试PPG信号。测试PPG信号中包括交流信号、直流信号、运动噪声和随机噪声。其中，交流信号可以是根据接收到的血液反射或散射回来的测试光211a而生成的。直流信号可以是根据接收到的皮肤、肌肉、骨骼等组织反射或散射回来的测试光211a而生成的。运动噪声可以是由于用户运动而导致的影响测试PPG信号用于检测心率的部分。随机噪声可以是电子设备100在传输或者处理测试PPG信号时导致的。

补偿光接收器212B可以接收到人体组织反射或散射回来的测试光211a和/或补偿光211b。补偿光接收器212B中的光滤波器可用于过滤其中的测试光211a，从而光电探测器可以生成与补偿光211b相关的补偿PPG信号。补偿PPG信号中包括直流信号、运动噪声和随机噪声。补偿PPG信号中的直流信号可以是根据接收到的皮肤、肌肉、骨骼等组织反射或散射回来的补偿光211b而生成的。补偿PPG信号中的运动噪声的大小与测试PPG信号中的运动噪声的大小相同或相近。也即对于频谱相同的补偿PPG信号中的运动噪声和测试PPG信号中的运动噪声，两者的幅值可以按第一比例值成比例。补偿PPG信号中的随机噪声的大小与测试PPG信号中的随机噪声的大小相同或相近。也即对于频谱相同的补偿PPG信号中的随机噪声和测试PPG信号中的随机噪声，两者的幅值可以按第二比例值成比例。本申请实施例对上述第一比例值和上述第二比例值不作限定。

电子设备可以利用测试PPG信号减去补偿PPG信号，从而减少测试PPG信号中的运动噪声和随机噪声。电子设备可以根据上述经过减法处理的PPG信号，计算心率、血氧饱和度等运动健康的数据。

在本申请实施例中，上述光发射器211和光接收器212的位置可以与电子设备100的底壁202上开口的位置对应。也即是说，光发射器211可以通过底壁202上的开口发射光信号。光接收器212可以通过底壁202上的开口接收光信号。其中，覆盖开口的透镜可以由例如是玻璃、聚合物等物质构成，可用于提供聚焦、准直、折射、衍射等功能。另外，透镜可以为光发射器211和光接收器212提供机械保护的作用。

本申请实施例对测试光发射器211A、补偿光发射器211B、测试光接收器212A和补偿光接收器212B的位置不作限定。

在一些实施例中，电子设备100中测试光发射器211A和补偿光发射器211B的位置可以相近，从而测试光发射器211A发射的测试光211a的光路可以与补偿光发射器211B发射的补偿光211b的光路相同或相近。这样，用户在运动过程中对测试光211a和补偿光211b可以产生相同或相近的影响。测试光接收器212A生成的测试PPG信号和补偿光接收器212B生成的补偿PPG信号中可包含有大小相同或相近的运动噪声。因此，保持测试光211a的光路和补偿光211b的光路相同或相近可以更好地减少测试PPG信号中的运动噪声，提高心率检测的准确率。

本申请实施例对上述光子生成器、光电探测器、光滤波器的类型均不作限定。光子生成器发射特定波长的光信号、光电探测器接收光信号并生成PPG信号以及光滤波器过滤特定波长的光信号的具体方式均可以参考现有技术中的实现方式。

不限于用于计算心率，上述测试PPG信号减去补偿PPG信号得到的PPG信号还可以用于计算其它运动健康的数据。例如血氧饱和度。并且由于经过上述减法处理得到的PPG信号是去除了运动噪声和随机噪声的PPG信号，电子设备可以提高检测这些运动健康的数据的准确率。

不限于佩戴在用户的手腕上，电子设备100还可以佩戴在用户的腹部、腿部等位置。

本申请实施例对电子设备100不作限定，还可以为智能手环，手机等设备。

下面介绍一种减少PPG信号中噪声的电子设备的结构示意图。

如图3所示，电子设备100包括光发射器211、光接收器212、模拟前端(analogfront end，AFE)220以及处理器230。其中：

光发射器211可包括至少一个测试光发射器211A和一个补偿光发射器211B。光接收器212可包括至少一个测试光接收器212A和一个补偿光接收器212B。测试光发射器211A、测试光接收器212A、补偿光发射器211B、补偿光接收器212B的作用可以参考前述实施例中的介绍，这里不再赘述。

AFE220可用于驱动测试光发射器211A和补偿光发射器211B发射具有特定波长的光信号，并处理测试光接收器212A和补偿光接收器212B生成的PPG信号。AFE220可以与测试光发射器211A、测试光接收器212A、补偿光发射器211B、补偿光接收器212B以及处理器230连接。

AFE220可包含光源驱动器221、信号调理器222、第一跨阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)223、第二TIA224、运算器225。其中：

光源驱动器221可以与处理器230、测试光发射器211A、补偿光发射器211B连接。光源驱动器221可用于接收来自处理器230的指令，以驱动测试光发射器211A发射测试光(如波长为570纳米的光信号)，并驱动补偿光发射器211B发射补偿光(如波长为1300纳米的光信号)。

第一TIA223和第二TIA224可用于将电流信号转换成电压信号并放大。测试光接收器212A可以根据人体组织反射或散射回来的测试光，生成电气参数为电流的第一测试PPG信号。测试光接收器212A可以与第一TIA223连接。第一TIA223可以将上述电气参数为电流的测试PPG信号转换为电气参数为电压的第二测试PPG信号，并将第二测试PPG信号放大。其中，第一TIA223对第二测试PPG信号的增益可以为m。补偿光接收器212B可以根据人体组织反射或散射回来的补偿光，生成电气参数为电流的第一补偿PPG信号。补偿光接收器212B可以与第二TIA224连接。第二TIA224可以将上述电气参数为电流的第一补偿PPG信号转换为电气参数为电压的第二补偿PPG信号，并将第二补偿PPG信号放大。其中，第二TIA224对第二补偿PPG信号的增益可以为n。上述m和上述n为正数。

在本申请实施例中，上述第一TIA223的放大倍数m和上述第二TIA224的放大倍数n可以相同或者不同。

运算器225可用于对信号进行算数和逻辑运算，例如，加、减、乘、除。具体的，运算器225可以与第一TIA223和第二TIA224连接。运算器225可以用来自第一TIA223的第二测试PPG信号减去来自第二TIA224的第二补偿PPG信号，并将得到的经过减法处理的PPG信号发送给信号调理器222。

信号调理器222可包含以下一种或多种器件：放大器、滤波器、采样器、模数转换器。信号调理器222可以与运算器225连接，可用于对经过运算器225处理得到的PPG信号进行以下一项或多项处理：放大、滤波、采样、模数转换。信号调理器222可以与处理器230连接，从而将经过信号调理器222处理得到的PPG信号发送给处理器230。

处理器230可以与AFE220连接。具体的，处理器230可以与AFE220中的光源驱动器221和信号调理器222连接。响应于指示电子设备进行心率检测的用户操作，处理器230可以向光源驱动器221发送指令。该指令用于指示光源驱动器221驱动测试光发射器211A和补偿光发射器211B发射光信号。这样，测试光发射器211A和补偿光发射器211B可同时或分时发射具有特定波长的光信号。当接收到来自信号调理器222的PPG信号，处理器230可以根据该PPG信号计算心率。

在一些实施例中，电子设备100可以包括多个测试光发射器。这多个测试光发射器均可用于发射测试光，例如波长在大于或等于492纳米且小于或等于577纳米范围内的光信号。这多个测试光发射器可以发射相同或者不同波长的光信号。

在一些实施例中，电子设备100可以包含多个补偿光发射器。这多个补偿光发射器均可用于发射补偿光，例如波长在大于或等于1000纳米且小于或等于1500纳米范围内的光信号。这多个补偿光发射器可以发射相同或者不同波长的光信号。

本申请实施例对电子设备100中的模块不作限定，电子设备100还可以包含更多或更少的模块。

基于图3所示的电子设备的结构示意图，下面对减少PPG信号中的噪声的原理进行介绍。

测试光接收器212A可以生成电气参数为电流的第一测试PPG信号。第一TIA223可以将第一测试PPG信号转换为电气参数为电压的第二测试PPG信号X_t。其中，第二测试PPG信号X_t可包括直流信号X_t-dc、交流信号X_t-ac、运动噪声X_t-int和随机噪声X_t-noise。第一TIA223对第二测试PPG信号的增益可以为m。

补偿光接收器212B可以生成电气参数为电流的第一补偿PPG信号。第二TIA224可以将第一补偿PPG信号转换为电气参数为电压的第二补偿PPG信号X_c。其中，第二补偿PPG信号X_c可包括直流信号X_c-dc、交流信号X_c-ac、运动噪声X_c-int和随机噪声X_c-noise。第二TIA224对第二补偿PPG信号的增益可以为n。

运算器225可以对第二测试PPG信号和第二补偿PPG信号进行减法处理，得到经过减法处理的PPG信号Y。其中，Y＝mX_t-nX_c。即Y＝m(X_t-dc+X_t-ac+X_t-int+X_t-noise)-n(X_c-dc+X_c-ac+X_c-int+X_c-noise)。则有：

Y_dc＝mX_t-dc-nX_c-dc。

Y_ac＝mX_t-ac-nX_c-ac。

Y_int＝mX_t-int-nX_c-int。

Y_noise＝sqrt((mX_t-noise)²+(nX_c-noise)²)。其中，sqrt表示平方根计算。

电子设备100中的第一TIA223和第二TIA224可以对信号的增益进行调整，使得：n＝mX_t-dc/X_c-dc。则经过运算器225减法处理的PPG信号Y中的直流信号可以趋近于0。

由于补偿光对血管中血液体积的变化不敏感，血液体积增多或减少的过程中血液对补偿光吸收的量基本不变，则第二补偿PPG信号中的交流信号X_c-ac趋近于0。PPG信号Y中的交流信号Y_ac的强度与经过第一TIA223放大处理的第二测试PPG信号中的交流信号mX_t-ac的强度相同或相近。

由于用户处于运动状态时，用户产生汗液或者电子设备与用户的皮肤产生相对移动等因素对第二测试PPG信号和第二补偿PPG信号具有相同或相近的影响，第二测试PPG信号中的运动噪声X_t-int和第二补偿PPG信号中的运动噪声X_c-int的大小相同或相近。PPG信号Y中的运动噪声远小于经过第一TIA223放大处理的第二测试PPG信号中的运动噪声mX_t-int。

由此可知，在不考虑随机噪声的情况下，经过运算器225进行减法处理得到的PPG信号Y的信噪比Y_ac/Y_int远高于第二测试PPG信号X_t的信噪比X_t-ac/X_t-int。相比于第二测试PPG信号，PPG信号Y中的运动噪声大幅减少。电子设备100中的处理器根据PPG信号Y中的交流信号Y_ac来计算心率，可有效提高心率检测的准确率。

在一些实施例中，电子设备100还包含有运动传感器(如加速度计、陀螺仪)。电子设备100可以利用运动传感器来检测用户是否处于运动状态。若确定用户未处于运动状态，AFE220中的光源驱动器221可以驱动测试光发射器211A发射测试光，而不驱动补偿光发射器211B发射光信号。并且，测试光接收器212A可以处于工作状态，补偿光接收器212B可以处于休眠状态。用户在未处于运动状态时，运动噪声趋近于0。这样，电子设备100在计算心率时可以直接利用测试光接收器212A生成的测试PPG信号进行计算，有利于节省电子设备100的功耗。

在一些实施例中，电子设备100中可以只包含一个光接收器。这一个光接收器可用于接收人体组织反射或散射回来的测试光或补偿光。其中，电子设备100可以多次分时发射测试光和补偿光。例如，在电子设备100检测心率发射光信号的一段时间内可以包含多个第一时间段和多个第二时间段。上述第一时间段和上述第二时间段之间的间隔可以小于第一时长。该第一时长的大小可以趋近于零，本申请实施例对该第一时长的大小不作限定。

在第一时间段内，光源驱动器221可以驱动测试光发射器211A发射测试光。光接收器可以接收人体组织反射或散射回来的测试光，并生成测试PPG信号。在第二时间段内，光源驱动器221可以驱动补偿光发射器211B发射补偿光。光接收器可以接收人体组织反射或散射回来的补偿光，并生成补偿PPG信号。进而电子设备100可以用测试PPG信号减去补偿PPG信号，并利用经过上述减法处理的PPG信号计算心率。

在一些实施例中，电子设备100中可包含多个发射不同波长的光发射器。这多个光发射器中可包括发射波长在绿光波长范围内(如570纳米)的光信号的绿光发射器、发射波长在红光波长范围内(如670纳米)的光信号的红光发射器、发射波长在红外光波长范围内(如940纳米)的光信号的红外光发射器。

电子设备100的光接收器根据接收到的绿光，可以生成绿光PPG信号X_g。其中，绿光PPG信号可以包括直流信号X_g-dc、交流信号X_g-ac、运动噪声X_g-int和随机噪声X_g-noise。即X_g＝X_g-dc+X_g-ac+X_g-int+X_g-noise。

电子设备100的光接收器根据接收到的红光，可以生成红光PPG信号X_r。其中，红光PPG信号可以包括直流信号X_r-dc、交流信号X_r-ac、运动噪声X_r-int和随机噪声X_r-noise。即X_r＝X_r-dc+X_r-ac+X_r-int+X_r-noise。

电子设备100的光接收器根据接收到的红外光，可以生成红外光PPG信号X_ir。其中，红外PPG信号可以包括直流信号X_ir-dc、交流信号X_ir-ac、运动噪声X_ir-int和随机噪声X_ir-noise。即X_ir＝X_ir-dc+X_ir-ac+X_ir-int+X_ir-noise。

电子设备可以减少上述红光PPG信号和红外光PPG信号中的噪声(如运动噪声和随机噪声)，并利用减少了噪声的红光PPG信号和红外光PPG信号来计算血氧饱和度。其中，血氧饱和度可以根据下述公式(1)进行计算：

上述A、B为系统参数，本申请实施例A和B的具体取值不作限定。

由图1所示的人体的部分组织吸收光信号的吸收率对光信号的波长的曲线图可知，血液对红光波长范围内的光信号和红外光波长范围内的光信号的吸收率均较低。即红光和红外光对血管中血液体积的变化不敏感。上述红光PPG信号中的交流信号X_r-ac和上述红外光PPG信号中的交流信号X_ir-ac均较小。上述红光PPG信号中的运动噪声X_r-int的大小与交流信号X_r-ac的大小差距小，或者运动噪声X_r-int的大小远大于交流信号X_r-ac的大小。上述红外光PPG信号中的运动噪声X_ir-int的大小与交流信号X_ir-ac的大小差距小，或者运动噪声X_ir-int的大小远大于交流信号X_ir-ac的大小。电子设备100难以将红光PPG信号和红外光PPG信号中的运动噪声剔除。

而血液对绿光波长范围内的光信号的吸收率较高。即绿光对血管中血液体积的变化敏感。上述绿光PPG信号中的交流信号X_g-ac较大。上述绿光PPG信号中的交流信号X_g-ac的大小一般大于运动噪声X_g-int和随机噪声X_g-noise。电子设备100可以容易地分离出绿光PPG信号中的运动噪声和随机噪声。其中，X_g-int+X_g-noise＝X_g-X_g-dc-X_g-ac。上述电子设备100从绿光PPG信号中分离出运动噪声和随机噪声的方法可以参考前述图3、图4和图5所示的实施例中的方法，这里不再赘述。

在用户处于运动状态时，用户产生汗液或者电子设备与用户的皮肤产生相对移动等因素对上述绿光PPG信号、红光PPG信号和红外光PPG信号具有相同或相近的影响，绿光PPG信号中的运动噪声、红光PPG信号中的运动噪声和红外光PPG信号中的运动噪声的大小相同或相近。

电子设备100可以利用上述绿光PPG信号中分离出来的噪声(如运动噪声和随机噪声)来减少红光PPG信号中的噪声以及红外光PPG信号中的噪声。具体的，减少噪声后的红光PPG信号可以为X′_r，减少噪声后的红外光PPG信号可以为X′_ir。其中，X′_r＝X_r-k*(X_g-int+X_g-noise)＝，X′_ir＝X_ir-k*(X_g-int+X_g-noise)。上述k为正数。

由上述分析可知，电子设备100可以减少上述红光PPG信号中的噪声以及红外光PPG信号中的噪声。利用上述减少了噪声的红光PPG信号和红外光PPG信号计算血氧饱和度，电子设备可以提高计算血氧饱和度的准确率。

下面介绍另一种减少PPG信号中噪声的电子设备的结构示意图。

如图4所示，电子设备100包括光发射器211、光接收器212、AFE240以及处理器230。

其中：

光发射器211和光接收器212的作用可以参考前述实施例中的介绍。这里不再赘述。

与图3所示的电子设备100相同的是，光发射器211可包括至少一个测试光发射器211A和一个补偿光发射器211B。光接收器212可包括至少一个测试光接收器212A和一个补偿光接收器212B。

AFE240可用于驱动测试光发射器211A和补偿光发射器211B发射具有特定波长的光信号，并处理测试光接收器212A和补偿光接收器212B生成的PPG信号。AFE240可以与测试光发射器211A、测试光接收器212A、补偿光发射器211B、补偿光接收器212B以及处理器230连接。

AFE240可包含光源驱动器221、第一TIA223、第二TIA224、信号调理器241A、信号调理器241B以及数字信号处理器242。其中：

光源驱动器221、第一TIA223、第二TIA224、信号调理器241A以及信号调理器241B的作用可以参考在前述图3所示的电子结构中的介绍，这里不再赘述。

需要进行说明的是，当接收到来自测试光接收器212A的第一测试PPG信号，第一TIA223可以将电气参数为电流的第一测试PPG信号转换为电气参数为电压的第二测试PPG信号，并放大。其中第一TIA223对第二测试PPG信号放大的增益可以为m。然后第一TIA223可以将经过放大的第二测试PPG信号发送给信号调理器241A。信号调理器241A可以对经过放大的第二测试PPG信号进行模数转换，将为模拟信号的第二测试PPG信号转换成为数字信号第三PPG测试信号。信号调理器241A还可以对经过放大的第二测试PPG信号进行以下一项或多项处理：放大、滤波、采样。

当接收到来自补偿光接收器212B的第一补偿PPG信号，第二TIA224可以将电气参数为电流的第一补偿PPG信号转换为电气参数为电压的第二补偿PPG信号，并放大。其中第二TIA224对第二补偿PPG信号放大的增益可以为n。然后第二TIA224可以将经过放大的第二补偿PPG信号发送给信号调理器241B。信号调理器241B可以对经过放大的第二补偿PPG信号进行模数转换，将为模拟信号的第二补偿PPG信号转换成为数字信号第三补偿PPG信号。信号调理器241B还可以对经过放大的第二补偿PPG信号进行以下一项或多项处理：放大、滤波、采样。

进一步的，信号调理器241A可以将为数字信号的第三测试PPG信号发送给数字信号处理器242。信号调理器241B可以将为数字信号的第三补偿PPG信号发送给数字信号处理器242。数字信号处理器242可用第三补偿PPG信号来减少第三测试PPG信号中的运动噪声以及随机噪声。也即是说，数字信号处理器242可以用第三测试PPG信号减去第三补偿PPG信号，并将经过减法处理得到的PPG信号发送给处理器230，以用于检测心率。

在如图4所示的电子设备100中，电子设备100可以将PPG信号转换为数字信号，在数字域中来减少PPG信号中的运动噪声。

处理器230可以与AFE240连接。具体的，处理器230可以与AFE240中的光源驱动器221和数字信号处理器242连接。响应于指示电子设备进行心率检测的用户操作，处理器230可以向光源驱动器221发送指令。该指令用于指示光源驱动器221驱动测试光发射器211A和补偿光发射器211B发射光信号。这样，测试光发射器211A和补偿光发射器211B可同时或分时发射具有特定波长的光信号。当接收到来自数字信号处理器242的PPG信号，处理器230可以根据该PPG信号计算心率。

本申请实施例对图4所示的电子设备100中的模块不作限定，电子设备100还可以包含更多或更少的模块。

图4所示的电子设备100减少PPG信号中的噪声的原理与图3所示的电子设备100减少PPG信号中的噪声的原理一致，即均为利用补偿PPG信号来减少测试PPG信号中的运动噪声和随机噪声。电子设备100可以根据测试PPG信号减去补偿PPG信号得到的PPG信号来计算心率，可以有效提高心率检测的准确率。

下面介绍另一种减少PPG信号中噪声的电子设备结构示意图。

如图5所示，电子设备100包括光发射器211、光接收器212、AFE250以及处理器230。

其中：

光发射器211和光接收器212的作用可以参考前述实施例中的介绍。这里不再赘述。

与图3所示的电子设备100相同的是，光发射器211可包括至少一个测试光发射器211A和一个补偿光发射器211B。光接收器212可包括至少一个补偿光发射器211B和一个补偿光接收器212B。

与图3所示的电子设备100不同的是，图5所示的电子设备中，测试光接收器212A和补偿光接收器212B可串接。补偿光接收器212B可以对测试光接收器212A起分流作用。具体的，测试光接收器212A可以根据接收到的测试光，生成电气参数为电流信号的测试PPG信号。补偿光接收器212B可以根据接收到的补偿光，生成电气参数为电流信号的补偿PPG信号。由于测试光接收器212A和补偿光接收器212B串接，测试光接收器212A生成的测试PPG信号中有部分电流信号可以流向补偿光接收器212B。上述流向补偿光接收器212B的电流信号的大小可以与补偿PPG信号的大小相同或相近。

由前述补偿光的特性可知，人体组织(如血液、皮肤、肌肉和骨骼)对补偿光的吸收率低，补偿PPG信号中不含有或者仅有少量的交流信号，并且包含有噪声(如运动噪声、随机噪声)。补偿PPG信号中噪声的大小与测试PPG信号中噪声的大小相同或相近。

因此，测试光接收器212A输出至第一TIA223的测试PPG信号相当于是减少了运动噪声和随机噪声的信号。补偿光接收器212B输出至第二TIA224的补偿PPG信号相当于是增加了运动噪声和随机噪声的信号。

AFE250可用于驱动测试光发射器211A和补偿光发射器211B发射具有特定波长的光信号，并处理测试光接收器212A和补偿光接收器212B生成的PPG信号。AFE250可以与测试光发射器211A、测试光接收器212A、补偿光发射器211B、补偿光接收器212B以及处理器230连接。

AFE250可包含光源驱动器221、第一TIA223、第二TIA224、信号调理器241A以及信号调理器241B。光源驱动器221、第一TIA223、第二TIA224、信号调理器241A以及信号调理器241B的作用可以参考前述实施例的介绍，这里不再赘述。

测试光接收器212A可以输出减少了运动噪声和随机噪声的测试PPG信号，该测试PPG信号可以先后经过第一TIA223和信号调理器241A的处理，然后输入至处理器230。处理器230可以利用来自信号调理器241A的测试PPG信号来计算心率、血氧饱和度等运动健康的数据。补偿光接收器212B可以输出包含有运动噪声和随机噪声的补偿PPG信号，该补偿PPG信号可以先后经过第二TIA224和信号调理器241B的处理，然后输出至处理器230。上述补偿PPG信号可用于处理器230对用户的运动状态进行判断。

本申请实施例对上述处理器230使用上述补偿PPG信号的方法不作限定。

利用测试光接收器212A和补偿光接收器212B串接的方式，可以在测试光接收器212A生成测试PPG信号时，就减少了测试PPG信号中的运动噪声和随机噪声，从而AFE中可以不用设置运算器或数字信号处理器来对测试PPG信号和补偿PPG信号进行减法处理。这样，可以简化AFE中的电路结构，提高电子设备计算心率的速度。

图5所示的电子设备100减少PPG信号中的噪声的原理与图3所示的电子设备100减少PPG信号中的噪声的原理一致，即均为利用补偿PPG信号来减少测试PPG信号中的运动噪声和随机噪声。电子设备100可以根据测试PPG信号减去补偿PPG信号得到的PPG信号来计算心率，可以有效提高心率检测的准确率。

在上述图3、图4和图5所示的减少PPG信号中噪声的电子设备中，电子设备发射的测试光的光路和补偿光的光路是相同或相近的，并且光路参数(如光信号发射至某一位置的光斑大小、光斑的光信号强度分布)也是相同或相近的。即测试光和补偿光可以沿着相同或相近的路径穿过人体组织。这样，用户运动对相同光路的测试光和补偿光的吸收、反射和散射等地影响可以是相同或相近的，从而测试PPG信号和补偿PPG信号中的运动噪声的大小可以相同或相近。电子设备可以利用补偿PPG信号更有效地减少测试PPG信号中的运动噪声，从而提高心率检测的准确率。

下面对电子设备中调整测试光和补偿光的光路的装置结构示意图进行介绍。

图6A和图6B分别示例性示出了电子设备100的俯视图和侧视图。

如图6A所示，电子设备100可包含光发射器311、光接收器312、波分复用器(wavelength division multiplexing，WDM)313以及反射镜314。其中：

光发射器311中可包含至少两个光发射器：第一光发射器311A和第二光发射器311B。第一光发射器311A可以向WDM313发射第一光信号311a。第一光信号311a可以为前述实施例所提及的测试光，例如波长在大于或等于492纳米且小于或等于577纳米范围内的光信号。第二光发射器311B可以向WDM313发射第二光信号311b。第二光信号311b可以为前述实施例所提及的补偿光，例如波长在大于或等于1000纳米且小于或等于1500纳米范围内的光信号。

可选的，第一光信号311a可以为前述补偿光，第二光信号311b可以为前述测试光。本申请实施例对第一光发射器311A和第二光发射器311B的具体位置不作限定。

WDM313可用于将波长不同的光信号合成一束，并将这多个波长不同的光信号沿着一条相同的光路传输。第一光发射器311A和第二光发射器311B可以分别向WDM313发射光信号。当接收到测试光和补偿光，WDM313可以将这两个波长不同的光信号合成一束，并往反射镜314所在的方向发射。

如图6B所示，反射镜314可用于反射来自WDM313的具有相同光路的测试光和补偿光。经反射镜314反射的测试光和补偿光可以通过电子设备底壁202上的开口向用户的皮肤表面发射。

光接收器312中可包含至少两个光接收器：第一光接收器312A和第二光接收器312B。第一光接收器312A可用于接收第一光信号311a，并生成与第一光信号311a相关第一PPG信号。第二光接收器312B可用于接收第二光信号311b，并生成与第二光信号311b相关的第二PPG信号。

示例性的，第一光接收器312A可以为前述实施例所提及的测试光接收器，可用于接收人体组织反射或散射回来的测试光，并生成与测试光相关的测试PPG信号。其中，第一光接收器312A还可以接收到人体组织反射或散射回来的补偿光。第一光接收器312A中包含的光滤波器可以过滤接收到的补偿光。第二光接收器312B可以为前述实施例所提及的补偿光接收器，可用于接收人体组织反射或散射回来的补偿光，并生成与补偿光相关的补偿PPG信号。其中，第二光接收器312B还可以接收到人体组织反射或散射回来的测试光。第二光接收器312B中包含的光滤波器可以过滤接收到的测试光。

可选的，第一光接收器312A可以为前述补偿光接收器，第二光接收器312B可以为前述测试光接收器。

在一些实施例中，第一光接收器312A和第二光接收器312B可以沿反射镜上的出光点与WDM313所形成的轴线对称分布。

本申请实施例对第一光接收器312A和第二光接收器312B的位置不作限定。

由上述实施例可知，经过WDM313和反射镜314，测试光和补偿光可以沿着相同的光路射向用户的皮肤表面。这样，电子设备100可以使得用户在运动时对测试光和补偿光的吸收、反射和散射的影响是相同或相近的，从而测试PPG信号中的运动噪声的大小和补偿PPG信号中的运动噪声的大小是相同或相近的。电子设备100可以利用补偿PPG信号更有效地减少测试PPG信号中的运动噪声，提高心率检测的准确率。

在一些实施例中，电子设备100中的光接收器312可以只包含有一个光接收器。这一个光接收器可用于接收人体组织反射或散射回来的测试光或补偿光。其中，电子设备100可以多次分时发射测试光和补偿光。例如，在电子设备100检测心率发射光信号的一段时间内可以包含多个第一时间段和多个第二时间段。优选的，上述第一时间段和上述第二时间段可以是相邻的时间段。上述第一时间段和上述第二时间段也可以是非相邻的时间段。在第一时间段内，第一光发射器311A可以发射第一光信号311a。光接收器可以接收人体组织反射或散射回来的第一光信号311a，并生成第一PPG信号。在第二时间段内，第二光发射器311B可以发射第二光信号311b。光接收器可以接收人体组织反射或散射回来的第二光信号311b，并生成第二PPG信号。上述第一PPG信号和上述第二PPG信号中的一个为前述测试PPG信号，另一个为前述补偿PPG信号。电子设备100可以利用第一PPG信号和第二PPG信号进行减法处理，以减少PPG信号中的运动噪声和随机噪声，并利用经过上述减法处理的PPG信号计算心率。

下面介绍另一种调整测试光和补偿光的光路的装置结构示意图。

图7A和图7B分别示例性示出了电子设备100的俯视图和侧视图。

如图7A所示，电子设备100可包含光发射器311、光接收器312、WDM313、波导315以及反射器316。其中：

光发射器311中可包含至少两个光发射器：第一光发射器311A和第二光发射器311B。光接收器312中可包含至少两个光接收器：第一光接收器312A和第二光接收器312B。第一光发射器311A、第二光发射器311B、第一光接收器312A和第二光接收器312B的作用可以参考在前述图6A所示的电子设备中的介绍，这里不再赘述。

WDM313的作用也可以参考在前述图6A所示的电子设备中的介绍，这里不再赘述。

波导315可用于接收并传输第一光发射器311A和第二光发射器311B发射的光信号。波导315可以将第一光发射器311A和第二光发射器311B发射的光信号传输至WDM313。即第一光发射器311A发射的第一光信号311a和第二光发射器发射的第二光信号311b可以分别沿两根波导传输至WDM313。

WDM313可以将两个波长不同的光信号合成一束，并向反射器316发射。其中，WDM313进行合波后发射的光信号可以由波导315接收，并传输至反射器316。即第一光信号311a和第二光信号311b的光路一致，可以沿同一根波导传输至反射器316。

如图7B所示，反射器316可用于反射来自WDM313的具有相同光路的测试光和补偿光。经反射器316反射的测试光和补偿光可以通过电子设备底壁212上的开口向用户的皮肤表面发射。上述反射器316可以为图6B所示的反射镜314。上述反射器316还可以为光栅，例如布拉格光栅、垂直耦合光栅。上述光栅可用于实现光信号的反射。

图7A和图7B所示的电子设备100通过波导传输光信号，可以减少光信号由光发射器发射至WDM，再发送至反射器的过程中的损失。这样，电子设备可以提高测试光和补偿光的光路参数的一致性，从而更有效地减少PPG信号中的运动噪声，提高心率检测的准确率。

在上述图6A和图7A所示的调整测试光和补偿光的光路的装置结构示意图中，光发射器311中可包含多个光发射器。

如图8所示，光发射器311中可包括：第一光发射器311A、第二光发射器311B、……、第N光发射器311N。其中，N为大于2的整数。上述多个光发射器可用于发射不同波长的光信号。上述多个光发射器中的一部分光发射器可以为测试光发射器，可用于发射测试光(如波长在大于或等于492纳米且小于或等于577纳米范围内的光信号)。上述多个光发射器中的另一部分光发射器可以为补偿光发射器，可用于发射补偿光(如波长在大于或等于1000纳米且小于或等于1500纳米范围内的光信号)。

上述多个光发射器可以直接向WDM313发射光信号，然后WDM313可以将多个波长不同的光信号合并成一束，并向发射器316发射。这样，这多个波长不同的光信号可以由反射器316反射，沿着相同的光路从电子设备100底壁202的开口处射向用户的皮肤表面。

可选的，上述多个光发射器均可以与波导连接。上述多个光发射器发射的多个波长不同的光信号可以经波导传输至WDM313。WDM313可以通过波导与反射器316连接。WDM313可以将多个波长不同的光信号合并成一束，并将合波后的光信号沿着一根波导传输至反射器316。

上述反射器316可以为反射镜，也可以为光栅。本申请实施例对反射镜316的类型不作限定。

电子设备可以通过WDM将测试光和补偿光合并成一束，并向用户的皮肤表面发射。这样，电子设备可以控制测试光和补偿光具有相同或相近的光路。与补偿光相关的补偿PPG信号中的噪声可以和与测试光相关的测试PPG信号中的噪声相同或相近。电子设备利用补偿PPG信号可以更好地减少测试PPG信号中的运动噪声，提高心率检测的准确率。

在一些实施例中，测试光发射器和补偿光发射器的位置相近。例如，测试光发射器的位置和补偿光发射器的位置之间的间距小于预设距离阈值。这样，测试光发射器和补偿光发射器通过电子设备的底壁发射的光信号的光路可以相近，从而补偿PPG信号中噪声的大小可以与测试PPG信号中噪声的大小接近，有利于电子设备更好地减少测试PPG信号中的噪声，提高心率检测的准确率。

在一些应用场景中，电子设备发射光信号进行心率检测时，用户的皮肤表面与电子设备的底壁之间可能产生相对移动。示例性的，电子设备佩戴在用户的手腕上。在用户运动的应用场景中，例如跑步、打篮球等，用户手腕的运动幅度大。从佩戴舒适性考虑，电子设备在佩戴时，其底壁一般不会完全紧贴用户的皮肤。那么在用户运动的过程中，电子设备的底壁可能相对于皮肤表面偏转，即底壁和皮肤表面之间存在偏转角。

由于电子设备与用户的皮肤表面发生偏转，电子设备向皮肤表面发射的光信号在传输时也可能发射偏转，进而导致反射或散射回来的光信号未落入光接收器的接收范围内，影响光接收器生成的PPG信号，造成心率检测结果不准确。

本申请实施例可以提供多个光接收器，并通过设置这多个光接收器在电子设备上的位置，可以让这多个光接收器接收反射或散射回来的光信号。电子设备可以根据这多个光接收器接收的光信号的强度选择至少一个光接收器生成的PPG信号，来计算心率。这样，电子设备可以减少由于光接收器未接收到偏转的光信号而导致的误差，提高心率检测的准确率。

下面对电子设备减少由于电子设备与用户的皮肤表面发生偏转而导致的心率检测误差的实施例进行介绍。

图9示例性示出了电子设备与用户的皮肤表面发生偏转的应用场景示意图。

电子设备可包括至少一个测试光发射器411、至少两个测试光接收器(第一测试光接收器412、第二测试光接收器413)、底壁以及用于覆盖底壁的开口的透镜。电子设备可以通过透镜向用户的皮肤表面发射光信号，并通过透镜接收反射或散射回来的光信号。其中：

测试光发射器411的长度可以为d₁。例如，d₁的值具体可以为0.05毫米。测试光发射器411可用于发射测试光(如波长在大于或等于492纳米且小于或等于577纳米范围内的光信号)。

第一测试光接收器412的长度和第二测试光接收器413的长度均可以为d₂。例如，d₂的值具体可以为0.1毫米。

测试光发射器411、第一测试光接收器412的长度和第二测试光接收器413可以位于同一水平面，且与电子设备的底壁(即透镜)之间的距离为d₃。例如，d₃的值具体可以为0.2毫米。透镜的宽度可以为d₄。例如，d₄的值具体可以为1毫米。

如图9所示，电子设备的底壁(即透镜)与皮肤表面之间存在一个偏转角α₁。电子设备向皮肤表面发射的光信号在传输的过程中可以发射偏转。

具体的，测试光发射器411可以发射光束宽度为图9所示光束宽度的测试光。其中，上述测试光边沿的光信号401a与竖直方向的夹角可以为α₂。例如，α₂的值具体可以为10°。

当传输至透镜，上述测试光传输的方向可以发射偏转。传输至透镜的测试光边沿的光信号401b与竖直方向的夹角可以为α₃。例如，α₃的值具体可以为6.6°。

上述测试光可以经过透镜发射至用户的皮肤表面。若透镜与皮肤表面不存在偏转角，即透镜所在的平面与皮肤表面贴近且平行，上述测试光可以沿着图9所示的黑色虚线所指示的方向在人体组织中传输。由于透镜与皮肤表面存在偏转角α₁，上述测试光在人体组织中传输的方向发生偏转，可以沿着图9所示的黑色实线所指示的方向在人体组织中传输。其中，测试光在人体组织中传输的边沿的光信号401c与竖直方向的夹角可以为α₁+α₃。上述人体组织可以包括血液、肌肉、骨骼。

上述测试光可以被皮肤、人体组织吸收、反射、散射。其中，若透镜与皮肤表面不存在偏转角，反射或散射回来的光信号可以沿图9所示的灰色虚线所指示的方向传输至第一测试光接收器412。这样，电子设备可以根据第一测试光接收器412生成的PPG信号计算心率。

但当透镜与皮肤表面存在偏转角，上述反射或散射回来的光信号传输的方向发生偏转，可以沿着图9所示的灰色实线所指示的方向传输。发生偏转的反射或散射回来的光信号未落入第一测试光接收器412的接收范围内。电子设备可以通过设置第二测试光接收器413来接收上述发生偏转的反射或散射回来的光信号。

其中，第二测试光接收器413与第一测试光接收器412可以位于测试光发射器411的同一侧。并且，第二测试光接收器413可以位于第一测试光接收器412与测试光发射器411所在的直线上。

本申请实施例对上述d₁、d₂、d₃、d₄、α₁、α₂、α₃的值均不作限定。

在图9所示的应用场景中，电子设备中可包含多个光接收器来接收反射或散射回来的光信号，减少了由于电子设备与用户的皮肤表面发生偏转而导致光接收器无法接收到光信号，或者只能接收到部分光信号的情况。这样，电子设备可以减少由于电子设备与用户的皮肤表面发生偏转而导致的误差，提高利用PPG信号进行心率检测的准确率。

电子设备可以根据光接收器接收的光信号的强度确定用于进行心率检测的PPG信号。

在一些实施例中，电子设备可以根据多个光接收器，例如第一测试光接收器412和第二测试光接收器413，接收到的光信号的强度从中选择至少一个测试光接收器生成的PPG信号进行心率检测。

示例性的，当第二测试光接收器413接收的光信号的强度远大于第一测试光接收器412接收的光信号的强度，电子设备可以根据第二测试光接收器413生成的光信号进行心率检测。上述第二测试光接收器413接收的光信号的强度远大于第一测试光接收器412接收的光信号的强度可以表示电子设备的底壁与用户的皮肤表面之间产生了偏转角，光信号传输的方向发生了偏转。

可选的，第一测试光接收器412和第二测试光接收器413均接收到了部分反射或折射回来的光信号。电子设备可以将第一测试光接收器412和第二测试光接收器413生成的PPG信号相加，然后根据上述相加得到的PPG信号计算心率。

电子设备可以利用加速度计来确定用于进行心率检测的PPG信号。

在一些实施例中，电子设备中可设置有加速度计。电子设备可以通过加速度计来判断电子设备与用户的皮肤表面之间的偏转，进而确定用于进行心率检测的PPG信号。

图10A、图10B和图10C示例性示出了一种利用加速度计来确定用于进行心率检测的PPG信号的电子设备的结构示意图。其中图10B和图10C分别为电子设备100的俯视图和侧视图。

如图10A所示，电子设备100可以为智能手表。当电子设备100佩戴在用户的手腕上，电子设备100可以建立如图10A所示的右手直角坐标系。其中，y轴可以为沿电子设备100底壁所在的平面且平行于用户的手臂方向的轴。x轴可以为沿电子设备100底壁所在的平面且垂直于用户的手臂方向的轴。z轴可以为垂直于电子设备100底壁所在的平面的轴。z轴的正方向可以为从电子设备100的底壁朝向电子设备100的上表面(即显示屏所在的一侧)的方向。上述x轴和y轴所确定的平面可以为电子设备100的底壁所在的平面。

如图10B和图10C所示，电子设备100可包含有测试光发射器411、第一测试光接收器412、第二测试光接收器413、第三测试光接收器414、第四测试光接收器415、第一加速度计421以及第二加速度计422。其中，测试光发射器411、第一测试光接收器412、第二测试光接收器413、第三测试光接收器414、第四测试光接收器415可以位于一条直线上。第一加速度计421和第二加速度计422可以分别设置在上述测试光发射器411和各测试光接收器所在的一条直线的两侧。如图10B所示，第一加速度计421可以设置在上述一条直线的一侧，且与第四测试光接收器415之间的间距小于第一间距。第二加速度计422可以设置在上述一条直线的另一侧，且与第二测试光接收器413之间的间距小于第二间距。上述第一间距和上述第二间距均为正数，本申请实施例对上述第一间距和上述第二间距的大小均不作限定。

在另一些实施例中，上述第一加速度计421和上述第二加速度计422可以设置在上述测试光发射器411和各测试光接收器所在的一条直线的同一侧。

上述第一加速度计421和第二加速度计422可用于检测电子设备100是否处于运动状态。上述电子设备100处于运动状态时，第一加速度计421和第二加速度计422中的加速度数据不为0或者加速度数据的绝对值远大于0。

当电子设备100未处于运动状态，电子设备100可以根据第一测试光接收器412和/或第三测试光接收器414生成的PPG信号计算心率。当电子设备100处于运动状态，第一加速度计421可以确定其在图10A所示的坐标系中三个方向轴上的加速度数据(Ax1，Ay1，Az1)。第二加速度计422可以确定其在图10A所示的坐标系中三个方向轴上的加速度数据(Ax2，Ay2，Az2)。

若第一加速度计421在z轴的加速度数据大于第二加速度计422在z轴的加速度数据，则电子设备100处于运动状态，且第一加速度计421所在的一侧沿z轴运动的速度比第二加速度计422所在的一侧沿z轴运动的速度要快。那么第一加速度计421所在的一侧与用户的皮肤表面之间的距离比第二加速度计422所在的一侧与用户的皮肤表面之间的距离要大，即电子设备100的底壁与用户的皮肤表面之间存在偏转角。

参考图9所示的电子设备与用户的皮肤表面存在偏转角时，光信号偏转的方向可知，当第一加速度计421离用户的皮肤表面更远，人体组织和皮肤反射或散射回来的光信号可以向第四测试光接收器415所在的方向偏转。第四测试光接收器415可以接收到发生偏转的反射或散射回来的光信号。

当Az1-Az2的值大于第一预设阈值，电子设备100可以根据第四测试光接收器415生成的PPG信号计算心率。或者电子设备可以将第四测试光接收器415生成的PPG信号与第三测试光接收器414生成的PPG信号相加，并根据上述相加得到的PPG信号计算心率。

上述第一预设阈值可以为趋近于0且大于0的数值，本申请实施例对第一预设阈值的具体数值不作限定。

同理，Az2-Az1的值大于第一预设阈值，可以表示第二加速度计422所在的一侧离用户的皮肤表面更远，人体组织和皮肤反射或散射回来的光信号可以向第二测试光接收器413所在的方向偏转。第二测试光接收器413可以接收到发生偏转的发射或散射回来的光信号。

当Az2-Az1的值大于第一预设阈值，电子设备100可以根据第二测试光接收器413生成的PPG信号计算心率。或者电子设备可以将第二测试光接收器413生成的PPG信号与第一测试光接收器412生成的PPG信号相加，并根据上述相加得到的PPG信号计算心率。

电子设备100中的测试光接收器可以不限于第一测试光接收器412、第二测试光接收器413、第三测试光接收器414、第四测试光接收器415这四个测试光接收器。其中，在如图10B所示的电子设备100中，测试光发射器411的右侧(即沿x轴的正方向所在的一侧)可以包含有三个、四个、……、M个测试光接收器。测试光发射器411的左侧(即沿x轴的反方向所在的一侧)也可以包含有三个、四个……、M个测试光接收器。上述M为大于2的整数。上述测试光发射器411右侧和左侧的多个测试光接收器与测试光发射器411可以位于一条直线上。

在一种可能的实现方式中，电子设备为智能手表或者智能手环。电子设备包含有表带。上述表带上设置有多个针孔。这多个针孔可用于调节智能手表或智能手环在佩戴时表带的周长。电子设备中两个相邻的测试光接收器之间的距离，例如第一测试光接收器412和第二测试光接收器413之间的距离、第三测试光接收器414和第四测试光接收器415之间的距离，可以由上述相邻的两个针孔之间的间距确定。

具体的，电子设备表带上相邻的两个针孔之间的间距为a。电子设备中两个相邻的测试光接收器之间的距离可以为μ*λ*a。其中，λ可以表示电子设备利用λ个相邻的两个针孔之间的间距来确定两个相邻的测试光接收器之间的距离。λ为正整数，例如为1、2。上述μ可以为大于0且小于或等于1的正数。

本申请实施例对上述测试光发射器411与第一测试光接收器412之间的距离、测试光发射器411与第三测试光接收器414之间的距离不作限定。

本申请实施例对上述各测试光接收器之间距离不作限定。

在一些实施例中，电子设备100中的多个测试光接收器可以按照如图10D所示的位置设置。

如图10D所示，电子设备100可包括测试光发射器411、第一测试光接收器412、第二测试光接收器413、第三测试光接收器414、第四测试光接收器415、第五测试光接收器431、第六测试光接收器432、第七测试光接收器433、第八测试光接收器434、第一加速度计421以及第二加速度计422。其中：

测试光发射器411、第一测试光接收器412、第二测试光接收器413、第三测试光接收器414、第四测试光接收器415可以位于第一条直线上。测试光发射器411第五测试光接收器431、第六测试光接收器432、第七测试光接收器433、第八测试光接收器434可以位于第二条直线上。上述第一条直线可以与上述第二条直线垂直。

在第一条直线上，电子设备100还可以在测试光发射器411的两侧设置更多或更少的测试光接收器。在第二条直线上，电子设备100还可以在测试光发射器411的两侧设置更多或更少的测试光接收器。

上述第一条直角和上述第二条直线可以将电子设备划分为四个区域：第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。其中，第一区域可以为接近第二测试光接收器413和第五测试光接收器431的区域。第二区域可以为接近第四测试光接收器415和第五测试光接收器431的区域。第三区域可以为接近第四测试光接收器415和第八测试光接收器434的区域。第四区域可以为接近第二测试光接收器413和第八测试光接收器434的区域。

第一加速度计421和第二加速度计422可以分别设置在上述第二区域和上述第四区域。或者，第一加速度计421和第二加速度计422可以分别设置在上述第一区域和上述第三区域。

如图10D所示，当第一加速度计421在z轴的加速度数据Az1大于第二加速度计422在z轴的加速度数据Az2，第一加速度计421所在的一侧与用户的皮肤表面之间的距离大于第二加速度计422与用户的皮肤表面之间的距离，由人体组织和皮肤反射或散射的光信号可以向第四测试光接收器415以及第五测试光接收器431所在的方向偏转。第四测试光接收器415以及第五测试光接收器431可以接收到偏转的反射或散射的光信号。

当Az1-Az2的值大于第一阈值，电子设备100可以根据第四测试光接收器415生成的PPG信号和第五测试光接收器431生成的PPG信号计算心率。其中，电子设备100可以根据第四测试光接收器415和第五测试光接收器431接收的光信号的强度选择其中一个光接收器生成的PPG信号计算心率。

可选的，电子设备100可以将第四测试光接收器415生成的PPG信号和第五测试光接收器431生成的PPG信号相加，并根据上述相加得到的PPG信号计算心率。

可选的，电子设备100可以将第三测试光接收器414生成的PPG信号、第四测试光接收器415生成的PPG信号、第五测试光接收器431生成的PPG信号、第六测试光接收器432生成的PPG信号相加，并根据上述相加得到的PPG信号计算心率。

同理，当第二加速度计422在z轴的加速度数据Az2大于第一加速度计421在z轴的加速度数据Az1，第二加速度计422所在的一侧与用户的皮肤表面之间的距离大于第一加速度计421与用户的皮肤表面之间的距离，由人体组织和皮肤反射或散射的光信号可以向第二测试光接收器413以及第八测试光接收器434所在的方向偏转。第二测试光接收器413以及第八测试光接收器434可以接收到偏转的反射或散射的光信号。

当Az2-Az1的值大于第一阈值，电子设备100可以按照前述实施例所提及的方法根据以下一个或多个PPG信号计算心率：第一测试光接收器412生成的PPG信号、第二测试光接收器413生成的PPG信号、第七测试光接收器433生成的PPG信号、第八测试光接收器434生成的PPG信号。

在上述图10B、图10C和图10D所示的电子设备中，不限于一个测试光发射器。电子设备可以包含多个测试光发射器。本申请实施例对上述一个或多个测试光发射器的位置不作限定。

除了按照图10B和图10D所示的排列方式设置测试光接收器，电子设备还可以按照其它排列方式设置多个测试光接收器。例如，多个测试光接收器可以按照图10E中“米”字结构所示的直线分布进行排布，其中每一条直线上均可包含多个测试光接收器。

如图10E所示，在x轴所在的第一直线上可包含测试光接收器412～415。在y轴所在的第二直线上可包含测试光接收器431～434。在与x轴和y轴均成45°角，且经过x轴和y轴所在坐标轴的第一象限和第三象限所在的第三直线上可包含测试光接收器441～444。在与x轴和y轴均成45°角，且经过x轴和y轴所在坐标轴的第二象限和第四象限所在的第四直线上可包含测试光接收器451～454。测试光发射器411可以位于上述第一直线、上述第二直线、上述第三直线和上述第四直线相交的位置处。

电子设备可以根据前述图10D中的实施例的方法来判断电子设备偏转的方向，进而确定利用上述第一直线上的测试光接收器412～415以及上述第二直线上的测试光接收器431～434中的哪些测试光接收器生成的PPG信号来计算心率。

另外，电子设备可以结合第一加速度计421以及第二加速度计422在x轴和y轴的加速度数据，来确定利用上述第三直线上的测试光接收器441～444以及上述第四直线上的测试光接收器451～454中的哪些测试光接收器生成的PPG信号来计算心率。

具体的，如图10F所示，以第一加速度计所在的位置为原点的坐标轴为x1-y1-z1，以第二加速度计所在的位置为原点的坐标轴为x2-y2-z2。其中，x1轴和x2轴的方向可以与图10A所示的x轴的方向相同。y1轴和y2轴的方向可以与图10A所示的y轴的方向相同。z1轴和z2轴的方向可以与图10A所示的z轴的方向相同。坐标轴x′-y′-z′可以为中x′轴和y′轴的方向可以分别为坐标轴x1-y1-z1绕z1轴顺时针旋转45°后，x1轴和y1轴的方向(也即分别为坐标轴x2-y222绕z2轴顺时针旋转45°后，x2轴和y2轴的方向)。z′轴的方向可以与z1轴的方向相同(也即与z2轴的方向相同)。

电子设备可以绕x′轴沿如图10F所示的方向H偏转，偏转角度为θ，偏转的角速度为ω′。

那么，第一加速度计421的瞬态加速度a1＝ω′*r1。第二加速度计422的瞬态加速度a2＝ω′*r2。第一加速度计421在z′轴的加速度分量为Az1＝a1*cos(θ)。第二加速度计422在z′轴的加速度分量为Az2＝a2*cos(θ)。第一加速度计421在x′轴和y′轴所在的平面的加速度分量为Axy1＝a1*sin(θ)。第二加速度计422在x′轴和y′轴所在的平面的加速度分量为Axy2＝a2*sin(θ)。

进一步的，电子设备可以得到第一加速度计421在x′轴和y′轴的加速度分别为Ax1＝a1*sin(θ)*cos(45°)和Ay1＝a1*sin(θ)*cos(45°)，以及第二加速度计422在x′轴和y′轴的加速度分别为Ax2＝a1*sin(θ)*cos(45°)和Ay2＝a1*sin(θ)*cos(45°)。

由上述分析可以得到，Ax1＝Ay1，且Ax2＝Ay2。Ax1/Ax2＝Ay1/Ay2＝r1/r2。其中，电子设备绕x′轴沿如图10F所示的方向H偏转，Ax1、Ax2、Ay1和Ay2的值可以是负值。电子设备绕x′轴沿如图10F所示的方向H的反方向偏转，Ax1、Ax2、Ay1和Ay2的值可以是正值。

对于如图10E所示的呈“米”字结构排布的测试光发射器和测试光接收器，当第一加速度计421在x轴的加速度数据Ax1与在y轴的加速度数据Ay1相同或相近，第二加速度计422在x轴的加速度数据Ax2与在y轴的加速度数据Ay2相同或相近，且Ax1/Ax2的值与Ay1/Ay2的值相同或相近，电子设备可以确定电子设备偏转的方向为上述第三直线所在的方向。

当Ax1、Ax2、Ay1和Ay2的值为负值，电子设备可以确定，相比于测试光接收器442与用户的皮肤表面之间的距离，测试光接收器441与用户的皮肤表面之间的距离更远。电子设备可以利用测试光接收器441生成的PPG信号计算心率。或者，电子设备可以利用测试光接收器441生成的PPG信号与测试光接收器442生成的PPG信号之和计算心率。

当Ax1、Ax2、Ay1和Ay2的值为正值，电子设备可以确定，相比于测试光接收器443与用户的皮肤表面之间的距离，测试光接收器444与用户的皮肤表面之间的距离更远。电子设备可以利用测试光接收器444生成的PPG信号计算心率。或者，电子设备可以利用测试光接收器443生成的PPG信号与测试光接收器444生成的PPG信号之和计算心率。

参考前述图10F所示的实施例，电子设备可以确定利用上述第四直线上的测试光接收器451～454中哪些测试光接收器生成的PPG信号来计算心率，这里不再赘述。

在一些实施例中，不限于45°，上述第三直线与x轴和y轴之间的夹角可以为其它角度，上述第四直线与x轴和y轴之间的夹角可以为其它角度。电子设备可以参考前述图10F所示的实施例，确定利用上述第三直线、上述第四直线上的哪些测试光接收器生成的PPG信号来计算心率，这里不再赘述。

在一些实施例中，电子设备可包括至少一个测试光接收器和多个测试光发射器。其中，上述多个测试光发射器在电子设备中的位置可以为如图10B所示的多个测试光接收器所在的位置，上述至少一个测试光接收器在电子设备中的位置可以为如图10B所示的测试光发射器411所示的位置。即上述多个测试光发射器和上述至少一个测试光接收器可以位于一条直线上。参考图10B所示的实施例，电子设备可以通过加速度计来确定驱动哪些测试光发射器发射光信号，并利用上述至少一个测试光接收器生成的PPG信号计算心率。

或者，上述多个测试光发射器在电子设备中的位置可以为如图10D所示的多个测试光接收器所在的位置，上述至少一个测试光接收器在电子设备中的位置可以为如图10D所示的测试光发射器411所示的位置。即上述多个测试光发射器可以分布在两条垂直相交直线上，上述至少一个测试光接收器可以位于上述两条垂直相交直线的交点处。参考图10D所示的实施例，电子设备可以通过加速度计来确定驱动哪些测试光发射器发射光信号，并利用上述至少一个测试光接收器生成的PPG信号计算心率。

或者，上述多个测试光发射器在电子设备中的位置可以为如图10E所示的多个测试光接收器所在的位置，上述至少一个测试光接收器在电子设备中的位置可以为如图10E所示的测试光发射器411所示的位置。即上述多个测试光发射器和上述至少一个测试光接收器可以呈“米”字结构排布。参考图10E所示的实施例，电子设备可以通过加速度计来确定驱动哪些测试光发射器发射光信号，并利用上述至少一个测试光接收器生成的PPG信号计算心率。

上述多个测试光发射器和上述至少一个测试光接收器还可以位于电子设备中的其它位置，本申请实施例对此不作限定。

电子设备可以通过设置多个光接收器来接收反射或散射回来的光信号，并根据光接收器接收到的光信号强度和/或加速度计检测的加速度数据从上述多个光接收器生成的PPG信号中选择至少一个光接收器生成的PPG信号，进行心率检测。这样，电子设备可以减少由于电子设备与用户的皮肤表面发生偏转而导致的误差，提高利用PPG信号进行心率检测的准确率。

在本申请实施例中，第一光发射器可以为前述实施例所提及的测试光发射器。第一光发射器发射的第一光信号可以为前述实施例所提及的测试光。第二光发射器可以为前述实施例所提及的补偿光发射器。第二光发射器发射的第二光信号可以为补偿光。

第一光接收器可以为前述实施例所提及的测试光接收器。第一光接收器接收的第三光信号可以为第一光信号经人体组织(如血液、皮肤、肌肉、骨骼)反射或散射形成的测试光。第二光接收器可以为前述实施例所提及的补偿光接收器。第二光接收器接收的第四光信号可以为第二光信号经人体组织反射或散射形成的补偿光。

第一PPG信号可以为前述实施例所提及的电气参数为电流的第一测试PPG信号。第二PPG信号可以为前述实施例所提及的电气参数为电压的第一补偿PPG信号。电子设备根据第一PPG信号和第二PPG信号得到第三PPG信号。其中，电子设备可以先将第一PPG信号转换为第四PPG信号(前述实施例所提及的电气参数为电压的第二测试PPG信号)，将第二PPG信号转换为第五PPG信号(前述实施例所提及的电气参数为电压的第二补偿PPG信号)。电子设备可以再进行第二测试PPG信号减第二补偿PPG信号的运算，得到第三PPG信号。或者，电子设备中的第一光接收器和第二光接收器串接。当第一光接收器生成第一PPG信号，第二光接收器生成第二PPG信号，第一PPG信号中的部分电流信号可以流向第二光接收器。该流向第二光接收器的部分电流信号的强度与第二PPG信号的强度的大小相同。第一PPG信号中未流向第二光接收器的电流信号为第六PPG信号。电子设备可以将该第六PPG信号转换为电压信号，该电压信号可以为第三PPG信号。

该第三PPG信号可以相当于减少了噪声的信号。电子设备可以利用该第三PPG信号获得心率，提高心率检测的准确率。

在本申请实施例中，第五光信号可以为波分复用器对第一光信号和第二光信号进行合波处理后得到的光信号。即第五光信号中包含第一光信号和第二光信号。这样，第一光信号和第二光信号在传输过程中的光路可以一致。第五光信号经人体组织反射或散射后可以被第一光接收器和第二光接收器接收。第一光接收器可以根据接收到的第五光信号中包含的第一光信号生成前述第一PPG信号。第二光接收器可以根据接收到的第五光信号中包含的第二光信号生成前述第二PPG信号。由于第一光信号和第二光信号传输的光路一致，用户在运动过程中对第一光信号和第二光信号产生的影响可以相同或相近，那么第一PPG信号中包含的运动噪声的大小可以与第二PPG信号中包含的运动噪声的大小相同或相近，电子设备可以更好地减少第一PPG信号中运动噪声的大小。

在本申请实施例中，第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器均可以为前述实施例所提及的测试光接收器，可以根据第一光信号(即测试光)分别生成第一信号、第二信号、第三信号和第四信号。第一信号、第二信号、第三信号和第四信号均可以为前述实施例所提及的测试PPG信号。示例性的，第一接收器可以为图10B所示的第一测试光接收器412。第二接收器可以为图10B所示的第二测试光接收器413。第三接收器可以为图10B所示的第三测试光接收器414。第四接收器可以为图10B所示的第四测试光接收器415。第一加速度计可以为图10B所示的第一加速度计421。第二加速度计可以为图10B所示第二加速度计422。第一方向可以为图10A所示的z轴的正方向。第一加速度差值可以为前述实施例所提及的第一预设阈值。第一预设阈值可以为趋近于0且大于0的数值，本申请实施例对第一预设阈值的具体数值不作限定。

上述实施例中所用，根据上下文，术语“当…时”可以被解释为意思是“如果…”或“在…后”或“响应于确定…”或“响应于检测到…”。类似地，根据上下文，短语“在确定…时”或“如果检测到(所陈述的条件或事件)”可以被解释为意思是“如果确定…”或“响应于确定…”或“在检测到(所陈述的条件或事件)时”或“响应于检测到(所陈述的条件或事件)”。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘)等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

Claims (6)

1.一种获得心率的方法，所述方法应用于电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：底壁、至少一个第一光发射器、第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器、第一加速度计和第二加速度计；所述第一光发射器、所述第一接收器、所述第二接收器、所述第三接收器和所述第四接收器位于一条直线上，其中，所述第一接收器和所述第二接收器分布在所述第一光发射器的一侧，所述第三接收器和所述第四接收器分布在所述第一光发射器的另一侧，所述第二接收器与所述第一光发射器之间的距离大于所述第一接收器与所述第一光发射器之间的距离，所述第四接收器与所述第一光发射器之间的距离大于所述第三接收器与所述第一光发射器之间的距离；所述第一加速度计和所述第四接收器的间距小于第一间距，所述第二加速度计和所述第二接收器的间距小于第二间距；

其中，所述底壁上设有第一开口和第二开口，所述第一光发射器发射的光信号通过所述第一开口从所述底壁射出，所述第一接收器、所述第二接收器通过所述第二开口接收光信号；

所述方法包括：

所述电子设备驱动所述第一光发射器发射具有第一波长的第一光信号；所述第一波长大于或等于492纳米且小于或等于577纳米；

所述电子设备根据所述第一接收器、所述第二接收器、所述第三接收器和所述第四接收器接收到的所述第一光信号分别得到第一信号、第二信号、第三信号和第四信号；

所述电子设备利用所述第一加速度计测量所述电子设备在第一方向上的第一加速度，利用所述第二加速度计测量所述电子设备在所述第一方向上的第二加速度；

所述电子设备比较所述第一加速度和所述第二加速度的大小，从所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第四信号中选择出至少一个信号；

所述电子设备利用所述选择出的至少一个信号获得心率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一加速度计在所述一条直线的一侧，所述第二加速度计在所述一条直线的另一侧。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一方向为垂直于所述底壁的方向；

所述电子设备比较第一加速度和第二加速度的大小，从所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第四信号中选择出至少一个信号，具体包括：

如果所述第一加速度的大小大于所述第二加速度的大小，则所述电子设备选择所述第四信号；

如果所述第二加速度的大小大于所述第一加速度的大小，则所述电子设备选择所述第二信号。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一方向为垂直于所述底壁的方向；

所述电子设备比较第一加速度和第二加速度的大小，从所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第四信号中选择出至少一个信号，具体包括：

如果所述第一加速度的大小大于所述第二加速度的大小，且所述第一加速度的大小和所述第二加速度的大小之间的差值大于第一加速度差值，则所述电子设备选择所述第四信号；

如果所述第二加速度的大小大于所述第一加速度的大小，且所述第二加速度的大小和所述第一加速度的大小之间的差值大于所述第一加速度差值，则所述电子设备选择所述第二信号。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电子设备比较所述第一加速度和所述第二加速度的大小，从所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第四信号中选择出至少一个信号；所述电子设备利用所述选择出的至少一个信号获得心率，具体包括：

如果所述第一加速度的大小大于所述第二加速度的大小，所述电子设备选择所述第三信号和所述第四信号；

所述电子设备将所述第三信号和所述第四信号相加，并利用经相加得到的信号获得心率；

如果所述第二加速度的大小大于所述第一加速度的大小，所述电子设备选择所述第一信号和所述第二信号；

所述电子设备将所述第一信号和所述第二信号相加，并利用经相加得到的信号获得心率。

6.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、底壁、至少一个第一光发射器，第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器、第一加速度计和第二加速度计；所述第一光发射器、所述第一接收器、所述第二接收器、所述第三接收器和所述第四接收器位于一条直线上，其中，所述第一接收器和所述第二接收器分布在所述第一光发射器的一侧，所述第三接收器和所述第四接收器分布在所述第一光发射器的另一侧，所述第二接收器与所述第一光发射器之间的距离大于所述第一接收器与所述第一光发射器之间的距离，所述第四接收器与所述第一光发射器之间的距离大于所述第三接收器与所述第一光发射器之间的距离；所述第一加速度计和所述第四接收器的间距小于第一间距，所述第二加速度计和所述第四接收器的间距小于第一间距；

其中，所述底壁上设有第一开口和第二开口，所述第一光发射器发射的光信号通过所述第一开口从所述底壁射出，所述第一接收器、所述第二接收器通过所述第二开口接收光信号；

所述第一光发射器用于发射具有第一波长的第一光信号；所述第一波长大于或等于492纳米且小于或等于577纳米；

所述第一接收器、所述第二接收器、所述第三接收器和所述第四接收器用于接收所述第一光信号，并根据所述第一光信号分别生成第一信号、第二信号、第三信号和第四信号；

所述第一加速度计用于测量所述电子设备在第一方向上的第一加速度；

所述第二加速度计用于测量所述电子设备在所述第一方向上的第二加速度；

所述处理器用于比较所述第一加速度和所述第二加速度的大小，从所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号和所述第四信号中选择出至少一个信号，并利用所述选择出的至少一个信号获得心率。

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