CN114145728A - Ppg模组中电流占空比的调节方法、装置及ppg模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PPG模组中电流占空比的调节方法、装置及PPG模组，包括：当用户佩戴PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和用户的皮肤温度；若信号质量不在预设信号质量范围内，则基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比；将PPG模组的电流占空比调整至目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。该方法调整后的PPG信号的信号质量满足在预设信号质量范围的同时还能降低设备功耗。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理的技术领域，尤其是涉及一种PPG模组中电流占空比的调节方法、装置及PPG模组。
背景技术
光电容积脉搏波描记法(Photo Plethysmo Graphic，PPG)，是通过光学技术获取光线在特定人体组织吸收变化的描记图。其工作的原理是，发光二极管(Light EmittingDiode，LED)将光线照射在探测皮肤表层上，检测有多少光线反射回接收光电二极管(PhotoDiode，PD)，再通过整形放大处理，得到压力脉冲导致的血流量变化的数据波形。这些数据波形会跟随心脏泵血导致的血液灌注所发生周期性的变化而变化。
在研究人体体温时通常分为体核温度与体表温度，其中，体表温度易受环境温度的影响。但无论是外界环境温度改变或机体内部原因导致的受测部位温度变化，均可引起局部组织血流灌注的变化。皮肤的较低体表温度会产生一个区域内的血管收缩，紧随其后会产生血管舒张，此现象会显著降低皮肤的微循环。这些包括冷边缘环境下的血管收缩和血管外周阻力的增加，也会使得血管壁的属性和脉搏波的反射发生改变。皮肤温度的下降将不可避免地导致皮下组织和肌肉温度降低，局部组织血流灌注减少，进而导致PPG波形较小或波形特征不够典型，甚至无法测出。
根据测试，增强LED发射光的出光强度，PD获取的反射光的量也相应增加，在一定程度上可使得PPG信号幅值增大，提升信号质量。而LED发射光的出光强度可通过电流的占空比进行调整，当电流的占空比增大时，LED发射光的出光强度增大，进而可以改善PPG信号的信号质量，但是电流的占空比增大时，设备功耗也会增加。
综上，如何快速调节电流的占空比使得PPG信号质量满足要求的同时使得设备的功耗最低成为亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种PPG模组中电流占空比的调节方法、装置及PPG模组，以缓解现有技术无法使得PPG信号在满足要求的同时使得设备的功耗最低的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种PPG模组中电流占空比的调节方法，包括：
当用户佩戴所述PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和所述用户的皮肤温度；
若所述信号质量不在预设信号质量范围内，则基于所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度计算目标电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；
若所述调整后的PPG信号的信号质量不在所述预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整所述目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
进一步的，获取当前PPG信号的信号质量，包括：
采用滑动窗口的方式对所述当前PPG信号进行分割，得到多段子PPG信号；
计算每段子PPG信号的时域特征和频域特征，得到所述每段子PPG信号的信号特征；
根据所述每段子PPG信号的信号特征构造所述当前PPG信号的信号特征矩阵；
采用熵权法计算所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重；
根据所述信号特征矩阵和所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算所述当前PPG信号的变异系数，并将所述变异系数作为所述当前PPG信号的信号质量。
进一步的，采用熵权法计算所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重，包括：
对所述信号特征矩阵进行标准化处理，得到标准化的信号特征矩阵；
计算所述标准化的信号特征矩阵中每个信号特征在各行中所占的比重；
根据所述比重计算每个信号特征的熵值；
根据所述熵值计算每个信号特征的权重。
进一步的，根据所述信号特征矩阵和所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算所述当前PPG信号的变异系数，包括：
根据所述信号特征矩阵和所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算所述每段子PPG信号的信号质量量化评分；
根据所述每段子PPG信号的信号质量量化评分计算所述多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值；
根据所述每段子PPG信号的信号质量量化评分和所述多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值计算所述多段子PPG信号的信号质量量化评分的标准差；
根据所述均值和所述标准差计算所述当前PPG信号的变异系数。
进一步的，基于所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度计算目标电流占空比，包括：
计算所述环境温度和所述皮肤温度的差的绝对值；
若所述差的绝对值不大于预设差异阈值，则确定所述信号质量是否小于预设信号质量阈值；
若所述信号质量小于所述预设信号质量阈值，则将所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度代入预设多元线性回归方程，计算得到所述目标电流占空比，其中，所述预设多元线性回归方程为电流占空比与信号质量、环境温度和皮肤温度的线性函数。
进一步的，若所述调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整所述目标电流占空比，包括：
若所述调整后的PPG信号的信号质量大于所述预设信号质量范围的阈值上限，则根据所述预设电流占空比微调策略降低所述目标电流占空比；
若所述调整后的PPG信号的信号质量小于所述预设信号质量范围的阈值下限，则根据所述预设电流占空比微调策略增大所述目标电流占空比。
进一步的，根据所述预设电流占空比微调策略降低所述目标电流占空比，包括：
按照预设步长降低所述目标电流占空比，得到降低后的目标电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述降低后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
若所述此时的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则继续按照所述预设步长降低所述降低后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
进一步的，根据所述预设电流占空比微调策略增大所述目标电流占空比，包括：
按照预设指数型增长方式增大所述目标电流占空比，得到增大后的目标电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述增大后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
若所述此时的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则继续按照所述预设指数型增长方式增大所述增大后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
进一步的，所述方法还包括：
若所述PPG模组的电流占空比的调整次数达到预设次数后，对应的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则将所述PPG模组的电流占空比调整至最大电流占空比，并获取最大电流占空比的PPG信号的信号质量；
若所述最大电流占空比的PPG信号的信号质量大于所述预设信号质量范围的阈值上限，则按照预设步长降低所述最大电流占空比，得到降低后的最大电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述降低后的最大电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
若所述此时的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则继续按照所述预设步长降低所述降低后的最大电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
第二方面，本发明实施例还提供了一种PPG模组，所述PPG模组包括：检测模块和计算模块；
所述检测模块，用于检测PPG信号、环境温度和用户的皮肤温度，并将所述PPG信号、所述环境温度和所述皮肤温度发送至所述计算模块；
所述计算模块与所述检测模块连接，用于根据上述第一方面任一项所述的PPG模组中电流占空比的调节方法调节所述PPG模组的电流占空比。
进一步的，所述检测模块包括：PPG检测模块、皮肤温度检测模块、环境温度检测模块；
所述PPG检测模块设置于所述PPG模组的下方，所述PPG检测模块包括：发光二极管LED、接收光电二极管PD和整形放大处理部件；
所述LED用于根据电流占空比向用户的皮肤表层发射光线；
所述PD用于接收所述皮肤表层反射回的光线，并将光信号转换为电信号；
所述整形放大处理部件用于接收所述PD产生的电信号，并对所述电信号进行整形放大处理，得到所述PPG信号；
所述皮肤温度检测模块设置于所述PPG检测模块的下方，用于检测所述用户的皮肤温度；
所述环境温度检测模块设置于所述PPG检测模块的上方，用于检测所述环境温度。
进一步的，所述皮肤温度检测模块包括：第一导热铜件、第一导热件和第一温度传感器；所述环境温度检测模块包括：第二导热铜件、第二导热件和第二温度传感器。
第三方面，本发明实施例还提供了一种PPG模组中电流占空比的调节装置，包括：
获取单元，用于当用户佩戴所述PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和所述用户的皮肤温度；
计算单元，用于若所述信号质量不在预设信号质量范围内，则基于所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度计算目标电流占空比；
调整和获取单元，用于将所述PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；
微调单元，用于若所述调整后的PPG信号的信号质量不在所述预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整所述目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
第四方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面任一项所述的方法的步骤。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述机器可运行指令在被处理器调用和运行时，所述机器可运行指令促使所述处理器运行上述第一方面任一项所述的方法。
在本发明实施例中，提供了一种PPG模组中电流占空比的调节方法，包括：当用户佩戴PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和用户的皮肤温度；若信号质量不在预设信号质量范围内，则基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比；将PPG模组的电流占空比调整至目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。通过上述描述可知，本发明的PPG模组中电流占空比的调节方法中，通过PPG信号的信号质量、环境温度和体表温度计算得到目标电流占空比，进而将PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，使得电流占空比调整后的PPG信号的信号质量在预设信号质量范围，即调整后的PPG信号满足要求，同时，还会采用预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得最终的PPG信号在满足要求的同时，达到降低设备功耗的目的，缓解了现有技术无法使得PPG信号在满足要求的同时使得设备的功耗最低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种PPG模组中电流占空比的调节方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种PPG模组结构的示意图；
图3为本发明实施例提供的获取当前PPG信号的信号质量的流程图；
图4为本发明实施例提供的滑动窗口方法的PPG信号提取的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种PPG信号的基线漂移量的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种PPG信号的三角指数的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种PPG信号的变异性的示意图；
图8为本发明实施例提供的熵权法计算每个元素权重的流程图；
图9为本发明实施例提供的计算PPG信号的变异系数的流程图；
图10为本发明实施例提供的计算目标电流占空比的流程图；
图11为本发明实施例提供的LED出光强度与PPG信号质量的关系曲线图；
图12为本发明实施例提供的微调策略降低目标电流占空比的流程图；
图13为本发明实施例提供的微调策略增大目标电流占空比的流程图；
图14为本发明实施例提供的微调策略增大目标电流占空比超过预设次数时电流占空比调整的流程图；
图15为本发明实施例提供的一种PPG模组中电流占空比的调节方法的整体流程图；
图16为本发明实施例提供的一种PPG模组结构细节的示意图；
图17为本发明实施例提供的一种PPG模组的硬件电路板的示意图；
图18为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图；
图19为本发明实施例提供的检测模块的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，常用的提高PPG信号质量的方法大多通过调整电流的占空比对LED发射光的出光强度进行调整，当电流的占空比增大时，LED发射光的出光强度增大，进而可以改善PPG信号的信号质量，但是电流的占空比增大时，设备功耗也会增加。
基于此，本实施例提供了一种PPG模组中电流占空比的调节方法，通过PPG信号的信号质量、环境温度和体表温度计算得到目标电流占空比，进而将PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，使得电流占空比调整后的PPG信号的信号质量在预设信号质量范围，即调整后的PPG信号满足要求，同时，还会采用预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得最终的PPG信号在满足要求的同时，达到降低设备功耗的目的，缓解了现有技术无法使得PPG信号在满足要求的同时使得设备的功耗最低的技术问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种PPG模组中电流占空比的调节方法进行详细介绍。
实施例一：
根据本发明实施例，提供了一种PPG模组中电流占空比的调节方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种PPG模组中电流占空比的调节方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，当用户佩戴PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和用户的皮肤温度；
图2是一种PPG模组结构的示意图，当用户佩戴PPG模组进行PPG信号质量测量时，该PPG模组会对当前PPG信号的信号质量、环境温度以及用户进行探测位置的皮肤温度进行获取。
需要说明的是，在开始进行测量时，可以先将PPG模组的电流占空比设置为电流占空比经验值Tex，那么，此时获取的当前PPG信号即为上述经验值所对应的PPG信号，当然，上述当前PPG信号也可以为对电流占空比进行调整后的PPG模组产生的PPG信号，本发明实施例对上述当前PPG信号不进行具体限制。
步骤S104，若信号质量不在预设信号质量范围内，则基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比；
具体的，在得到当前PPG信号的信号质量后，进一步判断信号质量是否在预设信号质量范围内，即判断CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va是否成立，其中，CVi表示当前PPG信号的信号质量，CVQA表示PPG信号的信号质量经验阈值，Va表示CVQA的波动范围，如果成立，表征当前PPG信号的信号质量满足要求，不需要进行调整；如果不成立，表征当前PPG信号的信号质量不满足要求，需要基于信号质量、环境温度和皮肤温度对PPG模组的电流占空比进行调整，具体可以应用自适应调光模型对电流占空比进行调整，即应用自适应调光模型计算得到目标电流占空比，该计算得到目标电流占空比的过程可以认为是粗调的过程。
步骤S106，将PPG模组的电流占空比调整至目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；
通过上述自适应调光模型的粗调部分进行计算得到目标电流占空比后，PPG模组会将电流占空比调整至目标电流占空比，并重新获取调整后的PPG信号的信号质量。
步骤S108，若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。
具体的，当重新获取调整后的PPG信号的信号质量后，需要进一步判断调整后的PPG信号的信号质量是否在预设信号质量范围内，即判断CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va是否成立，如果成立，表征当前PPG信号的信号质量满足要求，不需要进行调整；如果不成立，表征当前PPG信号的信号质量不满足要求，需要进一步利用自适应调光模型对电流占空比进行调整，即根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，从而使得调整后的电流占空比对应输出的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。
在本发明实施例中，提供了一种PPG模组中电流占空比的调节方法，包括：当用户佩戴PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和用户的皮肤温度；若信号质量不在预设信号质量范围内，则基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比；将PPG模组的电流占空比调整至目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。通过上述描述可知，本发明的PPG模组中电流占空比的调节方法中，通过PPG信号的信号质量、环境温度和体表温度计算得到目标电流占空比，进而将PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，使得电流占空比调整后的PPG信号的信号质量在预设信号质量范围，即调整后的PPG信号满足要求，同时，还会采用预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得最终的PPG信号在满足要求的同时，达到降低设备功耗的目的，缓解了现有技术无法使得PPG信号在满足要求的同时使得设备的功耗最低的技术问题。
上述内容对本发明的PPG模组中电流占空比的调节方法进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体内容进行详细描述。
在本发明的一个可选实施例中，参考图3，步骤S102获取当前PPG信号的信号质量，包括：
步骤S201，采用滑动窗口的方式对当前PPG信号进行分割，得到多段子PPG信号；
在计算当前PPG信号的信号质量时，需要先对当前PPG信号进行提取，其中，信号提取采用滑动窗口的方法。通过设置固定的时域窗口宽度，然后间隔固定时间向后滑动一次，将当前待评估段的PPG信号分割成n段子PPG信号，如图4所示为滑动窗口方法的PPG信号提取的示意图，其中，待评估段的PPG信号长度至少包含3个心率波形。
步骤S202，计算每段子PPG信号的时域特征和频域特征，得到每段子PPG信号的信号特征；
PPG信号的信号质量可以由经过培训相关PPG信号知识的采集人员或有经验的专家进行判定，也可以采用PPG波形的时域特征和频域特征进行PPG信号的信号质量的量化。
本发明实施例采用了PPG波形的时域特征和频域特征进行PPG信号的信号质量的量化，在实现时，先计算每段子PPG信号的时域特征和频域特征，上述时域特征可以包括：PPG信号的最大幅值Amax、一阶导数最大幅值Vmax、基线漂移最大偏移量△Bmax、波形三角指数PT、波形变异性PV、心率HR，上述频域特征可以包括：低频干扰能量比LFR、高频干扰频率能量比HFR，这个每段子PPG信号的信号特征就可以采用上述8种信号特征进行表示，需要说明的是，本发明实施例对上述时域特征和频域特征不进行具体限制，还可以为其它时域特征和频域特征。
下面对上述时域特征和频域特征进行简单介绍：
参考图5，基线漂移的偏移量△B定义为单波波谷幅度差值的绝对值，而PPG信号的基线漂移主要是由呼吸引起的，频率范围为0.1～0.4Hz。
参考图6，波形三角指数PT定义为以主波峰值为顶点，单波的起始点和终点连线为底边，构成三角形。假设PPG波形的时域传输函数为f(t)，主波的峰值高度为H，则单个波形的三角指数公式如下：
其中：t1、t2分别表示单个波形所对应的起始时刻、终止时刻。
参考图7，波形变异性PV定义为以单波波形峰值的70％定义为主波的宽度，则单个波形的变异性定义为：
其中：t3、t4分别表示主波所对应的起始时刻、终止时刻。
由于在脉搏波的实际测量过程中，会受到周围电子设备的电磁干扰、受试者不自主颤动的干扰、环境光干扰等，这些干扰通常处于12Hz以上的部分，而基线漂移的频带范围为0.1～0.4Hz。因此，对前述PPG信号的时域波形f(t)进行傅里叶变换，得到频谱F(ω)，则PPG信号f(t)在每个频率ω处的功率PSD(ω)为：
其中：N表示PPG信号的总长度。
根据基线漂移和干扰的频段，将PPG信号分为低频段0～0.4Hz、主频段0.4～12Hz和高频段12Hz～∞，则低频干扰能量比LFR和高频频率能量比HFR定义如公式所示：
步骤S203，根据每段子PPG信号的信号特征构造当前PPG信号的信号特征矩阵；
其中，所述信号特征矩阵为n×8的矩阵X，包含上述n段子PPG信号中每段子PPG信号的时域特征和频域特征的8个指标。
步骤S204，采用熵权法计算信号特征矩阵中每个信号特征的权重；
熵权法是一种把信息量和指标的权重联系在一起的多指标评估方法。熵权法根据原始信息的变异程度，计算出每个评估指标的权重，熵值越小，相应的变异程度越大，被赋予的权重越大。
参考图8，上述步骤S204，采用熵权法计算信号特征矩阵中每个元素的权重，具体包括：
步骤S301，对信号特征矩阵进行标准化处理，得到标准化的信号特征矩阵；
具体的，信号特征矩阵X中的元素Xij与其所在的第i行元素Xi中的最小值的差值，比上第i行元素Xi中最大值与最小值的差值，则得到元素Xij标准化后所对应的元素Yij，最终构成标准化的信号特征矩阵Y。其中，上述过程的计算公式如下所示：
步骤S302，计算标准化的信号特征矩阵中每个信号特征在各行中所占的比重；
其中，上述标准化的信号特征矩阵Y中第j个信号特征在第i行的8个信号特征中所占的比重pij的计算公式如下：
步骤S303，根据比重计算每个信号特征的熵值；
其中，每个信号特征的熵值Ej的计算公式如下：
步骤S304，根据熵值计算每个信号特征的权重。
其中，每个信号特征的权重ωj的计算公式如下：
步骤S205，根据信号特征矩阵和信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算当前PPG信号的变异系数，并将变异系数作为当前PPG信号的信号质量。
变异系数CV可以对PPG信号的信号质量进行量化评估，其中，CV越小表明PPG信号的信号质量波动越小，PPG信号的信号质量越好，反之，PPG信号的信号质量越差。本发明通过设定经验阈值，当CV≤经验阈值时，认为信号质量满足要求。
参考图9，步骤S205根据信号特征矩阵和信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算当前PPG信号的变异系数，具体包括：
步骤S401，根据信号特征矩阵和信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算每段子PPG信号的信号质量量化评分；
其中，每段子PPG信号的信号质量量化评分Si的计算公式如下：
步骤S402，根据每段子PPG信号的信号质量量化评分计算多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值；
其中，多段PPG信号的信号质量量化评分的均值Smean的计算公式如下：
步骤S403，根据每段子PPG信号的信号质量量化评分和多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值计算多段子PPG信号的信号质量量化评分的标准差；
其中，多段PPG信号的信号质量量化评分的标准差Sstd的计算公式如下：
步骤S404，根据均值和标准差计算当前PPG信号的变异系数。
其中，变异系数CV的计算公式如下:
在本发明的一个可选实施例中，参考图10，步骤S104基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比，包括：
步骤S501，计算环境温度和皮肤温度的差的绝对值；
通常情况下，用户正确佩戴PPG模组时，皮肤温度会与环境温度有所差异，因此可以通过环境温度和皮肤温度的差异来检测用户是否正确佩戴PPG模组。假设皮肤温度为Tb，环境温度为Te，则皮肤温度与环境温度的差异TD＝abs(Tb-Te)。
步骤S502，若差的绝对值不大于预设差异阈值，则确定信号质量是否小于预设信号质量阈值；
根据经验，设定皮肤温度与环境温度的差异的阈值TV，当TD>TV时，判断为用户未正确佩戴PPG模组，此时因不满足要求而退出检测；当TD≤TV时，此时进一步判断信号质量CV是否达到要求。此处信号质量要求较低，只要有信号即可，因此设置预设信号质量阈值，当信号质量CV小于预设信号质量阈值时，判断为用户正确佩戴PPG模组，进入自适应调光模块；否则直接将LED出光强度调整至最大值后，进入自适应调光模块。
步骤S503，若信号质量小于预设信号质量阈值，则将信号质量、环境温度和皮肤温度代入预设多元线性回归方程，计算得到目标电流占空比，其中，预设多元线性回归方程为电流占空比与信号质量、环境温度和皮肤温度的线性函数。
当PPG信号的信号质量满足上述佩戴要求且正确佩戴时进入自适应调光模块，由于PPG信号的信号质量CV、环境温度Te和体表温度Tb均与电流占空比具有较高的相关性，因此在进行多元线性回归时，利用自适应调光模块的粗调部分以PPG信号的信号质量CV、环境温度Te和皮肤温度Tb为自变量，以电流占空比为因变量进行多元线性回归，可得如下公式：
Target＝a*CV+b*Te+c*Tb+d
其中，a，b，c，d为多元线性回归系数，Target为目标电流占空比。
在本发明的一个可选实施例中，若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，包括：
若调整后的PPG信号的信号质量大于预设信号质量范围的阈值上限，则根据预设电流占空比微调策略降低目标电流占空比；
若调整后的PPG信号的信号质量小于预设信号质量范围的阈值下限，则根据预设电流占空比微调策略增大目标电流占空比。
上述自适应调光模块包括粗调和细调两个部分，粗调是通过多元线性回归模型计算目标电流占空比，细调则是根据PPG信号的信号质量与预设信号质量范围的阈值上下限的关系采用不同的调节方式。参考图11，预设信号质量范围为阈值上限与阈值下限之间，当调整后的PPG信号的信号质量大于阈值上限时，表示此时的LED出光强度使得当前PPG信号质量大于PPG信号质量经验阈值，此时需要降低出光强度以降低设备功耗。由LED出光强度与PPG信号质量的关系图可知，随着LED发射光的出光强度的增大，PPG信号质量变化不大，此时根据微调策略一降低目标电流占空比；当调整后的PPG信号的信号质量小于阈值下限时，表示此时LED出光强度使得当前PPG信号质量小于PPG信号质量经验阈值，此时需要增加LED出光强度以满足PPG信号质量的需求。由LED出光强度与PPG信号质量的关系图可知，随着LED发射光的出光强度的增大，PPG信号质量呈指数型变化，此时根据微调策略二大目标电流占空比。通过自适应调光模块包括的粗调和两种微调策略，可以快速调节电流占空比，使得PPG信号在满足要求的同时，设备功耗最低。
下面分别对上述两种微调策略进行介绍：
微调策略一：
在本发明的一个可选实施例中，参考图12，根据预设电流占空比微调策略降低目标电流占空比，包括：
步骤S601，按照预设步长降低目标电流占空比，得到降低后的目标电流占空比；
具体的，预设步长Δ1是设置的经验间隔且Δ1>0，其调整公式为：
Targeti+1＝Targeti-Δ1
其中，Targeti表示调整前的目标电流占空比，Targeti+1表示降低后的目标电流占空比。
步骤S602，将PPG模组的电流占空比调整至降低后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
将PPG模组的电流占空比设置为上述步骤S601调整后的目标电流占空比，进而按照步骤S201至S205对此时的PPG信号的信号质量重新获取，从而进行后续判断。
步骤S603，若此时的PPG信号的信号质量仍不在预设信号质量范围内，则继续按照预设步长降低降低后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。
若调整为降低后的目标电流占空比后，获取的PPG信号的信号质量仍不满足判断条件CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va，则继续按步骤S601至S602对电流占空比进行调整，直至得到满足判断条件CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va的PPG信号的信号质量。
微调策略二：
在本发明的一个可选实施例中，参考图13，根据预设电流占空比微调策略增大目标电流占空比，包括：
步骤S701，按照预设指数型增长方式增大目标电流占空比，得到增大后的目标电流占空比；
其中，预设步长Δ2是设置的经验间隔且Δ2>0，其具体的调整公式为：
其中，Targeti+2表示增大后的目标电流占空比。
步骤S702，将PPG模组的电流占空比调整至增大后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
将PPG模组的电流占空比设置为上述步骤S701调整后的目标电流占空比，进而按照步骤S201至S205对此时的PPG信号的信号质量重新获取，从而进行后续判断。
步骤S703，若此时的PPG信号的信号质量仍不在预设信号质量范围内，则继续按照预设指数型增长方式增大增大后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。
若调整为增大后的目标电流占空比后，获取的PPG信号的信号质量仍不满足判断条件CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va，则继续按步骤S701至S702对电流占空比进行调整，直至得到满足判断条件CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va的PPG信号的信号质量。
在本发明的一个可选实施例中，参考图14，包括：
步骤S801，若PPG模组的电流占空比的调整次数达到预设次数后，对应的PPG信号的信号质量仍不在预设信号质量范围内，则将PPG模组的电流占空比调整至最大电流占空比，并获取最大电流占空比的PPG信号的信号质量；
具体的，在微调策略二进行5次调整后，若PPG信号的信号质量仍不满足判断条件CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va，则直接电流占空比调整至最大值，从而使得LED出光强度调整至最大值，并获取此时对应的PPG信号的信号质量。
步骤S802，若所述最大电流占空比的PPG信号的信号质量大于所述预设信号质量范围的阈值上限，则按照预设步长降低所述最大电流占空比，得到降低后的最大电流占空比；
若上述获取的最大电流占空比对应的PPG信号的信号质量大于预设信号质量范围的阈值上限，再按照微调策略一的步骤S601进行微调。
步骤S803，将所述PPG模组的电流占空比调整至所述降低后的最大电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
按照微调策略一的步骤S601进行微调后，重新获取调整后的PPG信号的信号质量。
步骤S804，若所述此时的PPG信号的信号质量仍不满足判断条件CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va，则继续按照所述预设步长降低所述降低后的最大电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
若重新获取的调整后的PPG信号的信号质量大于预设信号质量范围的阈值上限，则继续按照微调策略一的步骤S601-S603进行微调，直至最终的PPG信号的信号质量满足判断条件CVQA-Va≤CVi≤CVQA+Va。
最后，PPG模组中电流占空比的调节方法的整体流程图参考图15，本发明的PPG模组中电流占空比的调节方法，当用户佩戴PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和用户的皮肤温度；若信号质量不在预设信号质量范围内，则基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比；将PPG模组的电流占空比调整至目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。该方法通过PPG信号的信号质量、环境温度和体表温度计算得到目标电流占空比，进而将PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，使得电流占空比调整后的PPG信号的信号质量在预设信号质量范围，即调整后的PPG信号满足要求，同时，还会采用预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得最终的PPG信号在满足要求的同时，达到降低设备功耗的目的，缓解了现有技术无法使得PPG信号在满足要求的同时使得设备的功耗最低的技术问题。
与此同时，由于PPG信号的信号质量、环境温度、体表温度均与电流占空比具有较高相关性，利用三者作为计算电流占空比的自变量，进而利用本发明的方法自适应调节电流占空比，可以使得不同人在不同环境温度、测量身体的不同部位时，均能获取PPG信号的信号质量均满足要求的PPG信号，有效提高同一个人在不同测量部位测量结果的一致性。
实施例二：
本发明实施例还提供了一种PPG模组，包括：检测模块和计算模块；
检测模块，用于检测PPG信号、环境温度和用户的皮肤温度，并将PPG信号、环境温度和皮肤温度发送至计算模块；
计算模块与检测模块连接，用于执行本发明实施例一中所提供的PPG模组中电流占空比的调节方法调节所述PPG模组的电流占空比。
以下对本发明实施例提供的PPG模组做具体介绍。
在本发明的一个可选实施例中，检测模块包括：PPG检测模块、皮肤温度检测模块、环境温度检测模块；
PPG检测模块设置于PPG模组的下方，PPG检测模块包括：发光二极管LED、接收光电二极管PD和整形放大处理部件；
LED用于根据电流占空比向用户的皮肤表层发射光线；
PD用于接收皮肤表层反射回的光线，并将光信号转换为电信号；
整形放大处理部件用于接收PD产生的电信号，并对电信号进行整形放大处理，得到PPG信号；
皮肤温度检测模块设置于PPG检测模块的下方，用于检测用户的皮肤温度；
环境温度检测模块设置于PPG检测模块的上方，用于检测环境温度。
参考图2，PPG检测模块和皮肤温度检测模块在设备的下方，环境温度检测模块在设备的上方，避免皮肤温度对环境温度测量的干扰。
在本发明的一个可选实施例中，皮肤温度检测模块包括：第一导热铜件、第一导热垫和第一温度传感器；环境温度检测模块包括：第二导热铜件、第二导热垫和第二温度传感器。
具体的，参考图16，皮肤温度检测模块包括：第一导热铜件、第一导热件和第一温度传感器，第一导热铜件与用户的皮肤表层接触，探测皮肤表层的皮肤温度，然后经过与其接触的第一导热件将皮肤温度传递至第一温度传感器，上述第一导热件可以为导热垫或导热硅脂，本发明实施例对其具体形式不进行具体限制，上述第一导热件用于保证第一导热铜件和第一温度传感器之间接触良好，从而使得检测到的皮肤温度更加准确。
环境温度检测模块包括：第二导热铜件、第二导热件和第二温度传感器，第二导热铜件与用户所处环境接触，探测所处环境的环境温度，然后经过与其接触的第二导热件将环境温度传递至第二温度传感器，上述第二导热件可以为导热垫或导热硅脂，本发明实施例对其具体形式不进行具体限制，上述第二导热件用于保证第二导热铜件和第二温度传感器之间接触良好，从而使得检测到的环境温度更加准确。
参考图17，硬件电路板采用柔性PCB，排布有光探测器PD、温度传感器和一个LED，该LED由两颗绿光芯片、一颗红光芯片和一个红外芯片封装而成，可以满足心率等PPG信号检测。
在本发明实施例中，提供了一种PPG模组，包括：当用户佩戴PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和用户的皮肤温度；若信号质量不在预设信号质量范围内，则基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比；将PPG模组的电流占空比调整至目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。通过上述描述可知，本发明的PPG模组中电流占空比的调节方法中，通过PPG信号的信号质量、环境温度和体表温度计算得到目标电流占空比，进而将PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，使得电流占空比调整后的PPG信号的信号质量在预设信号质量范围，即调整后的PPG信号满足要求，同时，还会采用预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得最终的PPG信号在满足要求的同时，达到降低设备功耗的目的，缓解了现有技术无法使得PPG信号在满足要求的同时使得设备的功耗最低的技术问题。
实施例三：本发明实施例还提供了一种PPG模组中电流占空比的调节装置，该PPG模组中电流占空比的调节装置主要用于执行本发明实施例一中所提供的PPG模组中电流占空比的调节方法，以下对本发明实施例提供的PPG模组中电流占空比的调节装置做具体介绍。
图18是根据本发明实施例的一种PPG模组中电流占空比的调节装置的示意图，如图18所示，该装置主要包括：获取单元10、计算单元20、调整和获取单元30和微调单元40，其中：
获取单元，用于当用户佩戴PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和用户的皮肤温度；
计算单元，用于若信号质量不在预设信号质量范围内，则基于信号质量、环境温度和皮肤温度计算目标电流占空比；
调整和获取单元，用于将PPG模组的电流占空比调整至目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；
微调单元，用于若调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。
可选地，获取单元还用于：采用滑动窗口的方式对当前PPG信号进行分割，得到多段子PPG信号；计算每段子PPG信号的时域特征和频域特征，得到每段子PPG信号的信号特征；根据每段子PPG信号的信号特征构造当前PPG信号的信号特征矩阵；采用熵权法计算信号特征矩阵中每个信号特征的权重；根据信号特征矩阵和信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算当前PPG信号的变异系数，并将变异系数作为当前PPG信号的信号质量。
可选地，获取单元还用于：对信号特征矩阵进行标准化处理，得到标准化的信号特征矩阵；计算标准化的信号特征矩阵中每个信号特征在各行中所占的比重；根据比重计算每个信号特征的熵值；根据熵值计算每个信号特征的权重。
可选地，获取单元还用于：根据信号特征矩阵和信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算每段子PPG信号的信号质量量化评分；根据每段子PPG信号的信号质量量化评分计算多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值；根据每段子PPG信号的信号质量量化评分和多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值计算多段子PPG信号的信号质量量化评分的标准差；根据均值和标准差计算当前PPG信号的变异系数。
可选地，计算单元还用于：计算环境温度和皮肤温度的差的绝对值；若差的绝对值不大于预设差异阈值，则确定信号质量是否小于预设信号质量阈值；若信号质量小于预设信号质量阈值，则将信号质量、环境温度和皮肤温度代入预设多元线性回归方程，计算得到目标电流占空比，其中，预设多元线性回归方程为电流占空比与信号质量、环境温度和皮肤温度的线性函数。
可选地，调整和获取单元还用于：若调整后的PPG信号的信号质量大于预设信号质量范围的阈值上限，则根据预设电流占空比微调策略降低目标电流占空比；若调整后的PPG信号的信号质量小于预设信号质量范围的阈值下限，则根据预设电流占空比微调策略增大目标电流占空比。
可选地，调整和获取单元还用于：按照预设步长降低目标电流占空比，得到降低后的目标电流占空比；将PPG模组的电流占空比调整至降低后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；若此时的PPG信号的信号质量仍不在预设信号质量范围内，则继续按照预设步长降低降低后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。
可选地，调整和获取单元还用于：按照预设步长增大目标电流占空比，得到增大后的目标电流占空比；将PPG模组的电流占空比调整至增大后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；若此时的PPG信号的信号质量仍不在预设信号质量范围内，则继续按照预设步长增大增大后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于预设信号质量范围内。
可选地，调整和获取单元还用于：当调节次数达到预设次数后，将占空比调节到最大，然后按照预设步长降低的方式往下调。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
如图19所示，本申请实施例提供的一种电子设备900，包括：处理器901、存储器902和总线，所述存储器902存储有所述处理器901可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器901与所述存储器902之间通过总线通信，所述处理器901执行所述机器可读指令，以执行如上述PPG模组中电流占空比的调节方法的步骤。
具体地，上述存储器902和处理器901能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器901运行存储器902存储的计算机程序时，能够执行上述PPG模组中电流占空比的调节方法。
处理器901可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器901中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器901可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称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。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。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。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器902，处理器901读取存储器902中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
对应于上述PPG模组中电流占空比的调节方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述PPG模组中电流占空比的调节方法的步骤。
本申请实施例所提供的PPG模组可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的PPG模组中电流占空比的调节装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。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，又例如，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。另一点，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通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
再例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
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实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的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，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能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电子设备(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车辆标记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(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。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 (15)
1.一种PPG模组中电流占空比的调节方法，其特征在于，包括：
当用户佩戴所述PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和所述用户的皮肤温度；
若所述信号质量不在预设信号质量范围内，则基于所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度计算目标电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；
若所述调整后的PPG信号的信号质量不在所述预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整所述目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取当前PPG信号的信号质量，包括：
采用滑动窗口的方式对所述当前PPG信号进行分割，得到多段子PPG信号；
计算每段子PPG信号的时域特征和频域特征，得到所述每段子PPG信号的信号特征；
根据所述每段子PPG信号的信号特征构造所述当前PPG信号的信号特征矩阵；
采用熵权法计算所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重；
根据所述信号特征矩阵和所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算所述当前PPG信号的变异系数，并将所述变异系数作为所述当前PPG信号的信号质量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用熵权法计算所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重，包括：
对所述信号特征矩阵进行标准化处理，得到标准化的信号特征矩阵；
计算所述标准化的信号特征矩阵中每个信号特征在各行中所占的比重；
根据所述比重计算每个信号特征的熵值；
根据所述熵值计算每个信号特征的权重。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述信号特征矩阵和所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算所述当前PPG信号的变异系数，包括：
根据所述信号特征矩阵和所述信号特征矩阵中每个信号特征的权重计算所述每段子PPG信号的信号质量量化评分；
根据所述每段子PPG信号的信号质量量化评分计算所述多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值；
根据所述每段子PPG信号的信号质量量化评分和所述多段子PPG信号的信号质量量化评分的均值计算所述多段子PPG信号的信号质量量化评分的标准差；
根据所述均值和所述标准差计算所述当前PPG信号的变异系数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度计算目标电流占空比，包括：
计算所述环境温度和所述皮肤温度的差的绝对值；
若所述差的绝对值不大于预设差异阈值，则确定所述信号质量是否小于预设信号质量阈值；
若所述信号质量小于所述预设信号质量阈值，则将所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度代入预设多元线性回归方程，计算得到所述目标电流占空比，其中，所述预设多元线性回归方程为电流占空比与信号质量、环境温度和皮肤温度的线性函数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述调整后的PPG信号的信号质量不在预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整所述目标电流占空比，包括：
若所述调整后的PPG信号的信号质量大于所述预设信号质量范围的阈值上限，则根据所述预设电流占空比微调策略降低所述目标电流占空比；
若所述调整后的PPG信号的信号质量小于所述预设信号质量范围的阈值下限，则根据所述预设电流占空比微调策略增大所述目标电流占空比。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述预设电流占空比微调策略降低所述目标电流占空比，包括：
按照预设步长降低所述目标电流占空比，得到降低后的目标电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述降低后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
若所述此时的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则继续按照所述预设步长降低所述降低后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述预设电流占空比微调策略增大所述目标电流占空比，包括：
按照预设指数型增长方式增大所述目标电流占空比，得到增大后的目标电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述增大后的目标电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
若所述此时的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则继续按照所述预设指数型增长方式增大所述增大后的目标电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述PPG模组的电流占空比的调整次数达到预设次数后，对应的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则将所述PPG模组的电流占空比调整至最大电流占空比，并获取最大电流占空比的PPG信号的信号质量；
若所述最大电流占空比的PPG信号的信号质量大于所述预设信号质量范围的阈值上限，则按照预设步长降低所述最大电流占空比，得到降低后的最大电流占空比；
将所述PPG模组的电流占空比调整至所述降低后的最大电流占空比，并获取此时的PPG信号的信号质量；
若所述此时的PPG信号的信号质量仍不在所述预设信号质量范围内，则继续按照所述预设步长降低所述降低后的最大电流占空比，直至最终得到的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
10.一种PPG模组，其特征在于，所述PPG模组包括：检测模块和计算模块；
所述检测模块，用于检测PPG信号、环境温度和用户的皮肤温度，并将所述PPG信号、所述环境温度和所述皮肤温度发送至所述计算模块；
所述计算模块与所述检测模块连接，用于根据权利要求1至9中任一项所述的PPG模组中电流占空比的调节方法调节所述PPG模组的电流占空比。
11.根据权利要求10所述的PPG模组，其特征在于，所述检测模块包括：PPG检测模块、皮肤温度检测模块、环境温度检测模块；
所述PPG检测模块设置于所述PPG模组的下方，所述PPG检测模块包括：发光二极管LED、接收光电二极管PD和整形放大处理部件；
所述LED用于根据电流占空比向用户的皮肤表层发射光线；
所述PD用于接收所述皮肤表层反射回的光线，并将光信号转换为电信号；
所述整形放大处理部件用于接收所述PD产生的电信号，并对所述电信号进行整形放大处理，得到所述PPG信号；
所述皮肤温度检测模块设置于所述PPG检测模块的下方，用于检测所述用户的皮肤温度；
所述环境温度检测模块设置于所述PPG检测模块的上方，用于检测所述环境温度。
12.根据权利要求10所述的PPG模组，其特征在于，所述皮肤温度检测模块包括：第一导热铜件、第一导热件和第一温度传感器；所述环境温度检测模块包括：第二导热铜件、第二导热件和第二温度传感器。
13.一种PPG模组中电流占空比的调节装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于当用户佩戴所述PPG模组进行测量时，获取当前PPG信号的信号质量、环境温度和所述用户的皮肤温度；
计算单元，用于若所述信号质量不在预设信号质量范围内，则基于所述信号质量、所述环境温度和所述皮肤温度计算目标电流占空比；
调整和获取单元，用于将所述PPG模组的电流占空比调整至所述目标电流占空比，并获取电流占空比调整后的PPG信号的信号质量；
微调单元，用于若所述调整后的PPG信号的信号质量不在所述预设信号质量范围内，则根据预设电流占空比微调策略调整所述目标电流占空比，使得调整后的目标电流占空比对应的PPG信号的信号质量处于所述预设信号质量范围内。
14.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述机器可运行指令在被处理器调用和运行时，所述机器可运行指令促使所述处理器运行上述权利要求1至9中任一项所述的方法。
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| CN202111475158.0A CN114145728A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Ppg模组中电流占空比的调节方法、装置及ppg模组 |
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Citations (3)
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-
2021
- 2021-12-03 CN CN202111475158.0A patent/CN114145728A/zh active Pending
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