一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法及系统

1.本技术涉及毫米波技术领域，特别是涉及一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提到了与本技术相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.生命信息主要是指心率、呼吸、脉搏、血压等，是机体内在活动的客观反映，是衡量机体健康状况的客观指标。呼吸和心跳等生命体征可以反映人体的健康状况，是临床诊断和疾病预防的重要依据之一。因此测量和采集呼吸、心跳具有重要的临床意义和实践意义。在临床上，呼吸和心跳能用来判断人体有无异常，动态监测与采集人体呼吸、心跳指标的变化，协助医生了解人体功能情况进行病情轻重和威胁程度的评估，作出正确的诊断；在生活中，用户的呼吸、心跳可以表征生命状态和健康程度，提前对用户健康状况进行评估，为预防、治疗、康复、护理等医疗领域提供一定的参考依据。
4.目前采集呼吸、心跳信息主要有接触式和非接触式两种。但接触式采集方法与人体直接或间接的接触，会给被检查人员带来约束，不适于长时间的连续的呼吸、心跳信息采集，此外，在一些特殊的需求场合，如传染病人、烧伤病人、新生儿等的呼吸、心跳信息采集中不宜实施。因此实际临床应用需寻求非接触式采集方法，获取特殊情况病人的呼吸、心跳信息，并且用户希望在相对舒适的环境下，可以进行长时间的呼吸、心跳信息采集。理想的非接触式采集无需电极或传感器接触人体，在自然状态下完成对人体的呼吸、心跳信息采集。现阶段的非接触采集方法大多基于激光、红外、电磁波等技术。其中，毫米波雷达的呼吸、心跳信息采集基于电磁波原理，不受环境温度、杂物的影响，而激光和红外方案会受温度和障碍物阻挡等影响使得检测灵敏度降低，错误率提高。随着信号处理、毫米波雷达等技术的发展，基于毫米波雷达的非接触式采集技术受到越来越广泛的关注。
5.然而，现有的呼吸心跳采集系统不能很好的将待测人员的必要信息反映出来，当多人采集呼吸、心跳信息时会出现无法准确区分待测人员对应的呼吸、心跳波形等信息的情况。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的不足，本技术提供了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法、装置、系统、电子设备和计算机可读存储介质。
7.第一方面，本技术提供了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法及系统；
8.一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法，包括：
9.获取待检测人员头像信息以显示于显示界面；
10.获取待检测人员的呼吸波形和心跳波形并保存，响应用户在显示界面的操作以将待检测人员的呼吸波形和心跳波形显示于显示界面；
11.响应于用户在显示界面的操作，获取待检测人员的呼吸频率和心率以显示于显示
界面；
12.响应用户在显示界面的操作，根据呼吸波形、心跳波形、呼吸频率和心率，生成分析报告。
13.通过采用上述技术方案，可以将待测人员的头像与呼吸心跳波形联系起来，使采集及分析结果更加直观、方便，减少采集信息的匹配错误，在摄像头获取头像信息完成后即关闭摄像头，在最大限度避免隐私泄露的同时提高呼吸、心跳等采集信息与人员的匹配度。
14.第二方面，本技术提供了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集装置；
15.一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集装置，包括：
16.头像显示模块，用于获取待检测人员头像信息以显示于显示界面；
17.第一生命信息显示模块，用于获取待检测人员的呼吸信息和心跳信息，根据呼吸信息和心跳信息，获取呼吸波形和心跳波形以显示于显示界面；
18.第二生命信息显示模块，响应于用户在显示界面的操作，获取待检测人员的呼吸频率和心率以显示于显示界面；
19.分析报告生成模块，用于响应用户在显示界面的操作，根据呼吸波形、心跳波形、呼吸频率和心率，生成分析报告。
20.第三方面，本技术提供了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集系统；
21.一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集系统，包括毫米波雷达模块、摄像头模块和上位机系统；
22.所述毫米波雷达模块用于采集待检测人员的呼吸信息和心跳信息；
23.所述摄像头模块用于采集待检测人员的头像信息；
24.所述上位机系统用于执行以下步骤：
25.获取待检测人员头像信息以显示于显示界面；
26.获取待检测人员的呼吸信息和心跳信息，根据呼吸信息和心跳信息，获取呼吸波形和心跳波形以显示于显示界面；
27.根据呼吸波形和心跳波形，获取待检测人员的呼吸频率和心率以显示于显示界面；
28.响应用户在显示界面的操作，根据呼吸波形、心跳波形、呼吸频率和心率，生成分析报告。
29.第四方面，本技术提供了一种电子设备；
30.一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法的步骤。
31.第五方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质；
32.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法的步骤。
33.与现有技术相比，本技术的有益效果是：
34.1、可以将待测人员的头像与呼吸心跳波形联系起来，使采集及分析结果更加直观、方便，减少采集信息的匹配错误，在摄像头获取头像信息完成后即关闭摄像头，在最大限度避免隐私泄露的同时提高呼吸、心跳等采集信息与人员的匹配度；
35.2、显示毫米波雷达采集到的相位信息和呼吸心跳波形，及其相应的fft变换，供后续研究使用。
附图说明
36.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
37.图1为本技术实施例提供的流程示意图；
38.图2为本技术实施例提供的毫米波雷达采集待检测人员信息的流程示意图；
39.图3为本技术实施例提供的获取待检测人员生命信息的流程示意图；
40.图4为本技术实施例提供的显示界面示意图；
41.图5为本技术实施例提供的实际使用时的示意图；
42.图6为本技术实施例提供的分析报告示意图。
具体实施方式
43.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.实施例一
47.现有技术中的呼吸心跳采集系统通过毫米波雷达采集待检测人员的生命信息，但是没有将待检测人员的必要信息反映出来，当多人采集时，无法准确区分待检测人员对应的生命信息的情况；因此，本技术提供了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法。
48.一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法，包括：
49.获取待检测人员头像信息以显示于显示界面；
50.获取待检测人员的呼吸波形和心跳波形并保存，响应用户在显示界面的操作以将待检测人员的呼吸波形和心跳波形显示于显示界面；
51.响应于用户在显示界面的操作，获取待检测人员的呼吸频率和心率以显示于显示界面；
52.响应用户在显示界面的操作，根据呼吸波形、心跳波形、呼吸频率和心率，生成分析报告。
53.进一步的，响应用户在显示界面触发的拍照指令，发出操作指令控制摄像头拍照以获取待检测人员头像信息；
54.或者，
55.响应用户在显示界面再次触发的拍照指令，发出操作指令控制摄像头拍照以更新待检测人员头像信息。
56.进一步的，响应用户在显示界面触发的开始指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块扫描待检测人员，获取待检测人员的呼吸信息和心跳信息；
57.或者，
58.响应用户在显示界面触发的暂停指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块暂停扫描；
59.或者，
60.响应用户在显示界面触发的结束指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块停止扫描；
61.或者，
62.响应用户在显示界面触发的刷新指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块重新开始扫描。
63.进一步的，还包括：
64.响应用户在显示界面触发的加载配置指令，获取毫米波雷达模块的配置信息以显示。
65.进一步的，分析报告包括呼吸波形、心跳波形、呼吸频率、心率、待检测人员头像信息和相位信息。
66.进一步的，呼吸波形、心跳波形、呼吸频率和心跳频率由毫米波雷达模块采集；
67.待检测人员头像信息由摄像头模块采集。
68.接下来，结合图1-6对本实施例公开的一种进行详细说明。
69.本实施例提供了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法。
70.一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法，包括：
71.s1、获取待检测人员头像信息以显示于显示界面；其中，待检测人员头像信息由摄像头采集；具体的，用户点击显示界面的拍照按钮，响应用户在显示界面触发的拍照指令，发出操作指令控制摄像头拍照以获取待检测人员头像信息；当待检测人员不满意采集的人员头像信息，用户可以再次点击显示界面的拍照按钮，响应用户在显示界面再次触发的拍照指令，发出操作指令控制摄像头拍照以更新待检测人员头像信息；当该待检测人员的头像信息采集完毕后，摄像头自动关闭。
72.s2、获取待检测人员的呼吸波形和心跳波形并保存，响应用户在显示界面的操作以将待检测人员的呼吸波形和心跳波形显示于显示界面；具体的，用户点击显示界面的启用绘图按钮，响应于用户在显示界面触发的启用绘图指令，读取待检测人员的呼吸波形和心跳波形，绘制并显示于显示界面；
73.其中，待检测人员的呼吸波形和心跳波形由毫米波雷达模块采集；具体的，用户点击显示界面的开始按钮，响应用户在显示界面触发的开始指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块扫描待检测人员，获取待检测人员的呼吸波形和心跳波形；
74.当用户想要暂停检测时，点击显示界面的暂停按钮，响应用户在显示界面触发的暂停指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块暂停扫描；
75.当用户想要重新开始检测时，点击显示界面的刷新按钮，响应用户在显示界面触
发的刷新指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块重新开始扫描；
76.当检测结束时，用户点击显示界面的结束按钮，响应用户在显示界面触发的结束指令，发出操作指令以控制毫米波雷达模块停止扫描。
77.s3、响应于用户在显示界面的操作，获取待检测人员的呼吸频率和心率以显示于显示界面；
78.具体的，用户点击显示界面的fft分析按钮，响应用户在显示界面触发的fft分析指令，读取待检测人员的呼吸频率的心率，绘制并显示于显示界面。
79.s4、响应用户在显示界面的操作，根据呼吸波形、心跳波形、呼吸频率和心率以生成分析报告；具体的，如图4、6所示，用户点击显示界面的分析按钮，响应用户在显示界面触发的分析指令，获取待检测人员的呼吸波形、心跳波形、呼吸频率、心率和相位信息，根据待检测人员头像信息、呼吸波形、心跳波形、呼吸频率、心率和相位信息生成分析报告。
80.示例性的，如图4所示，显示界面包括显示模块、功能勾选模块、按键控制模块、串口配置模块和logo模块。显示模块包括显示用户头像，数字显示呼吸波形随时间变化坐标系、心跳波形随时间变化坐标系以及中途计算变量显示部分。功能勾选模块包括启用绘图、fft分析、保存数据、加载配置四部分。按键控制模块包括用户拍照、开始检测、暂停检测、结束检测、端口设置、程序刷新和分析报告七部分。串口配置模块包括用户uart端口、数据端口和配置文件三部分。logo模块显示导入的logo。
81.实施例二
82.本实施例公开了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集装置，包括：
83.头像显示模块，用于获取待检测人员头像信息以显示于显示界面；
84.第一生命信息显示模块，用于获取待检测人员的呼吸信息和心跳信息，根据呼吸信息和心跳信息，获取呼吸波形和心跳波形以显示于显示界面；
85.第二生命信息显示模块，响应于用户在显示界面的操作，获取待检测人员的呼吸频率和心率以显示于显示界面；
86.分析报告生成模块，用于响应用户在显示界面的操作，根据呼吸波形、心跳波形、呼吸频率和心率，生成分析报告。
87.此处需要说明的是，上述头像显示模块、第一生命信息显示模块、第二生命信息显示模块和分析报告生成模块对应于实施例一中的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
88.实施例三
89.本实施例公开了一种基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集系统，包括毫米波雷达模块、摄像头模块和上位机系统；毫米波雷达模块与上位机系统通信连接，摄像头模块与上位机系统通信连接；毫米波雷达模块用于采集待检测人员的呼吸信息和心跳信息；摄像头模块用于采集待检测人员的头像信息；上位机系统用于执行实施例一中基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法的步骤。
90.如图2、图3所示，毫米波雷达模块用于采集待检测人员的呼吸信息和心跳信息。具体步骤包括：
91.s1、毫米波雷达模块通过发射天线发射chirp信号(频率线性增加的信号)，信号到
待测人员的胸部时，信号反弹，被雷达接收天线接收，之后通过混频器将发射信号与接收信号混频，将混频之后的信号通过低通滤波器，滤出中频信号，对中频信号进行采样处理，获得采样信号。
92.具体的，毫米波雷达模块发射的线性调频脉冲信号可以表示为：
[0093][0094]
其中fc是线性调频信号的起始频率，b是带宽，a
tx
是传输信号的振幅，θ(t)是相位噪声，tc是线性调频信号脉冲的宽度，b/tc是线性调频信号的斜率，其代表频率的变化。
[0095]
设r(t)为胸部运动的位移，d为雷达传感器到人体的距离。胸部到雷达的距离为x(t)＝r(t)+d，时延为td＝2x(t)/c，其中c为光速。此时，接收到的信号为：
[0096][0097]
其中a
rx
是回波信号的振幅，回波信号和传输信号通过两个正交的i/q通道混合，然后通过低通滤波器得到中频信号s
if
(t)。
[0098][0099][0100][0101]
其中，fb是中频信号的频率，是中频信号的相位，则中频信号可以表示为：
[0102][0103]
对中频信号进行adc采样，生成采样信号。
[0104]
s2、对采样信号进行dsp处理。首先对中频信号进行距离fft，也就是快时间轴上的fft，从而确定待测人员的位置即fft频谱的峰值点(其峰值点对应不同距离的目标)，对这个峰值点上的数据进行相位提取和相位展开获得胸腔振动信号(因为人的呼吸和心跳会导致胸腔振动，所以雷达接收的回波也是变化的，呼吸和心跳信息就混在这胸腔振动信号中)，对这个胸腔振动信号进行去噪处理，确保信号较平滑；去噪之后分别通过0.1～0.6hz和0.8～4hz的带通滤波器，获得呼吸波形和心跳波形再进行fft获得呼吸和心跳的fft波形(即呼吸频率和心率)。
[0105]
本实施例的工作方式如下：
[0106]
首先，开启摄像头获取待测人员头像信息并传输至上位机系统以在显示界面显示；然后，通过毫米波雷达模块采集待检测人员的呼吸信息和心跳信息；根据上位机系统发出的操作指令，在上位机系统的显示界面显示呼吸波形、心跳波形或呼吸频率和心跳频率。
[0107]
实施例四
[0108]
本发明实施例四提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，计算机指令被处理器运行时，完成上述基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法的步骤。
[0109]
实施例五
[0110]
本发明实施例五提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述基于毫米波雷达的用户呼吸心跳采集方法的步骤。
[0111]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0112]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0113]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0114]
上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
[0115]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。