一种非接触测量心率方法、装置及计算机设备

1.本发明涉及图像处理领域，特别涉及一种非接触测量心率方法、装置及计算机设备。


背景技术：

2.目前的心率测量方法主要分为两种，一种是接触式测量，另一种是非接触式测量。接触式测量心率的方法是通过光电体积法、透射式血氧法、心电信号法，接触式心率测量方法虽然有较高的准确性但是接触式心率测量方法都需要人体穿戴或者夹带测量设备，这给使用者带来很多不便利和不舒适。非接触心率测量方法是指通过普通摄像头或者雷达对人体进行5s到30s的自然光捕捉或体表起伏变化监测，提取微弱的周期信号，通过该周期信号分析计算出人体心率。
3.非接触心率测量方法相较于接触式心率测量方法虽然能带来较大便利性和舒适性，但是往往容易受到环境影响，增加测量误差，降低测量准确率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例中提供一种非接触测量心率方法、装置及计算机设备采用了高质量信号区域筛选和基于奇异谱分析的心率计算的方法降低环境对非接触心率测量的影响，增加非接触心率测量的准确性。
5.第一方面，本发明实施例提供一种非接触测量心率方法，包括：
6.实时获取人脸图像；
7.提取所述人脸图像的感兴趣区域roi；
8.对所述roi进行图像数据累积，并在累计时间达到预设时间阈值时对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号；
9.对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值。
10.作为一种可选的方案，所述对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号包括：
11.对所述roi进行分割成若干区域，对每个区域的rgb三通道数据融合得到加权的ppg信号：
12.i
ppgx
(k)＝αr
mean
(k)+βg
mean
(k)+γb
mean
(k)
13.其中i
ppgx
为第(k)时刻第x个区域加权的ppg信号，α、β、γ分别为加权系数，r
mean
、g
mean
、b
mean
分别为第(k)时刻第x个区域r、g、b三通道的均值；
14.对每个区域的ppg信号进行傅里叶变换，得到ppg信号频谱，求出ppg信号频谱中心率波动范围内(如0.8hz到1.9hz范围内)峰值与ppg信号频谱均值之比：
[0015][0016]
其中f
ppgx
为第x个区域加权的ppg信号i
ppgx
的频谱，将比值ratio大于一定阈值的区
域确定为高质量信号区域，保留高质量信号区域的加权的ppg信号i
ppgx
；
[0017]
将所有被保留的ppg信号i
ppgx
进行融合：
[0018][0019]
其中i
ppg
为经过高质量信号区域筛选的ppg时域信号。
[0020]
作为一种可选的方案，所述对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值包括：
[0021]
将高质量信号区域筛选得到的ppg时域信号进行奇异谱分析，将高质量信号区域筛选得到的ppg信号分解成若干个奇异谱成分分别对每个奇异谱成分进行傅里叶变换得到各个奇异谱成分的频谱：
[0022][0023]
寻找每个奇异谱成分的频谱峰值是否在心率波动范围内，如果不在心率波动范围内则剔除该奇异谱成分如果在心率波动范围内则保留该奇异谱成分
[0024]
将所有保留下来的奇异谱成分叠加得到并对进行傅里叶变换得到频谱，搜索到频谱中峰值对应的频率就是心率数值。
[0025]
作为一种可选的方案，所述实时获取人脸图像之前，还包括：
[0026]
利用图像传感器获取图像信息，确定所述图像信息中是否存在人脸；
[0027]
当确定存在人脸时，将提取所述人脸的人脸图像。
[0028]
第二方面，本发明实施例提供一种非接触测量心率装置，包括：
[0029]
获取模块，用于实时获取人脸图像；
[0030]
提取模块，用于提取所述人脸图像的感兴趣区域roi；
[0031]
筛选模块，用于对所述roi进行图像数据累积，并在累计时间达到预设时间阈值时对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号；
[0032]
分析模块，用于对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值。
[0033]
作为一种可选的方案，所述筛选模块具体用于：
[0034]
对所述roi进行分割成若干区域，对每个区域的rgb三通道数据融合得到加权的ppg信号：
[0035]ippgx
(k)＝αr
mean
(k)+βg
mean
(k)+γb
mean
(k)
[0036]
其中i
ppgx
为第(k)时刻第x个区域加权的ppg信号，α、β、γ分别为加权系数，r
mean
、g
mean
、b
mean
分别为第(k)时刻第x个区域r、g、b三通道的均值；
[0037]
对每个区域的ppg信号进行傅里叶变换，得到ppg信号频谱，求出ppg信号频谱中心率波动范围内(如0.8hz到1.9hz范围内)峰值与ppg信号频谱均值之比：
[0038][0039]
其中f
ppgx
为第x个区域加权的ppg信号i
ppgx
的频谱，将比值ratio大于一定阈值的区域确定为高质量信号区域，保留高质量信号区域的加权的ppg信号i
ppgx
；
[0040]
将所有被保留的ppg信号i
ppgx
进行融合：
[0041][0042]
其中i
ppg
为经过高质量信号区域筛选的ppg时域信号。
[0043]
作为一种可选的方案，所述分析模块用于：
[0044]
将高质量信号区域筛选得到的ppg时域信号进行奇异谱分析，将高质量信号区域筛选得到的ppg信号分解成若干个奇异谱成分分别对每个奇异谱成分进行傅里叶变换得到各个奇异谱成分的频谱：
[0045][0046]
寻找每个奇异谱成分的频谱峰值是否在心率波动范围内，如果不在心率波动范围内则剔除该奇异谱成分如果在心率波动范围内则保留该奇异谱成分
[0047]
将所有保留下来的奇异谱成分叠加得到并对进行傅里叶变换得到频谱，搜索到频谱中峰值对应的频率就是心率数值。
[0048]
作为一种可选的方案，还包括：
[0049]
检测模块，用于利用图像传感器获取图像信息，确定所述图像信息中是否存在人脸，当确定存在人脸时，将提取所述人脸的人脸图像。
[0050]
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：
[0051]
至少一个处理器；以及
[0052]
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0053]
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的非接触测量心率方法。
[0054]
第四方面，本发明实施例提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的非接触测量心率方法。
[0055]
本发明实施例提供的非接触测量心率方法、装置及计算机设备，实时获取人脸图像；提取所述人脸图像的感兴趣区域roi，对所述roi进行图像数据累积，并在累计时间达到预设时间阈值时对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号，对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值，采用了高质量信号区域筛选和基于奇异谱分析的心率计算的方法降低环境对非接触心率测量的影响，增加非接触心率测量的准确性。
附图说明
[0056]
图1为本发明实施例中提供一种非接触测量心率方法的流程图；
[0057]
图2为本发明实施例中提供一种非接触测量心率方法中高质量信号区域筛选过程的流程示意图；
[0058]
图3为本发明实施例中提供一种非接触测量心率方法中奇异谱分析过程的流程示意图；
[0059]
图4为本发明实施例中提供一种非接触测量心率装置的结构框图；
[0060]
图5为本发明实施例中提供一种计算机设备的结构框图。
具体实施方式
[0061]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
[0062]
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，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。
[0063]
结合图1所示，本发明实施例提供一种非接触测量心率方法，包括：
[0064]
s101、实时获取人脸图像，可以从图像传感器采集的图像信息中检测是否存在人脸，若存在则可以提取出人脸图像；
[0065]
s102、对所述人脸图像的感兴趣区域(roi，roint of interest)，感兴趣区域可以是提取出人脸血管密集分布的特征区域，如脸颊、额头等区域；
[0066]
s103、对所述roi进行图像数据累积，并在累计时间达到预设时间阈值时对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号，ppg指photoplethysmography，主要利用光电容积扫描脉搏波，利用光电容积描记(ppg)技术进行人体运动心率的检测是红外无损检测技术在生物医学中的一个应用，它利用光电传感器,检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同，描记出血管容积在心动周期内的变化，从得到的脉搏波形中计算出心率；
[0067]
s104、对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值。
[0068]
本发明实施例提供的非接触测量心率方法，实时获取人脸图像；提取所述人脸图像的感兴趣区域roi，对所述roi进行图像数据累积，并在累计时间达到预设时间阈值时对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号，对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值，采用了高质量信号区域筛选和基于奇异谱分析的心率计算的方法降低环境对非接触心率测量的影响，增加非接触心率测量的准确性。
[0069]
在一些实施例中，所述实时获取人脸图像之前，还包括：
[0070]
利用图像传感器获取图像信息，确定所述图像信息中是否存在人脸；
[0071]
当确定存在人脸时，将提取所述人脸的人脸图像。
[0072]
本发明实施例中提供一种非接触测量心率方法，所述方法包括：
[0073]
对所述roi进行分割成若干区域，对每个区域的rgb三通道数据融合得到加权的ppg信号：
[0074]ippgx
(k)＝αr
mean
(k)+βg
mean
(k)+γb
mean
(k)
[0075]
其中i
ppgx
为第(k)时刻第x个区域加权的ppg信号，α、β、γ分别为加权系数，r
mean
、g
mean
、b
mean
分别为第(k)时刻第x个区域r、g、b三通道的均值；
[0076]
对每个区域的ppg信号进行傅里叶变换，得到ppg信号频谱，求出ppg信号频谱中心率波动范围内(如0.8hz到1.9hz范围内)峰值与ppg信号频谱均值之比：
[0077][0078]
其中f
ppgx
为第x个区域加权的ppg信号i
ppgx
的频谱，将比值ratio大于一定阈值的区域确定为高质量信号区域，保留高质量信号区域的加权的ppg信号i
ppgx
；
[0079]
将所有被保留的ppg信号i
ppgx
进行融合：
[0080][0081]
其中i
ppg
为经过高质量信号区域筛选的ppg时域信号。
[0082]
将高质量信号区域筛选得到的ppg时域信号进行奇异谱分析，将高质量信号区域筛选得到的ppg信号分解成若干个奇异谱成分分别对每个奇异谱成分进行傅里叶变换得到各个奇异谱成分的频谱：
[0083][0084]
寻找每个奇异谱成分的频谱峰值是否在心率波动范围内，如果不在心率波动范围内则剔除该奇异谱成分如果在心率波动范围内则保留该奇异谱成分
[0085]
将所有保留下来的奇异谱成分叠加得到并对进行傅里叶变换得到频谱，搜索到频谱中峰值对应的频率就是心率数值。
[0086]
本发明实施例中还提供一种非接触测量心率方法，所述方法包括：
[0087]
首先，利用图像传感器采集人脸图像信息，如果没有识别到人脸，则返回继续采集图像并识别人脸，如果识别到人脸，则提取出人脸血管密集分布的特征区域，如脸颊、额头等区域。接下来对人脸特征区域进行图像数据累积，当图像数据累积一段时间后，再进一步高质量信号区域筛选，高质量信号区域筛选后会得到周期性强的人体ppg信号，再对人体ppg信号进行基于奇异谱分析的心率计算可以得到人体心率数值。
[0088]
结合图2所示，具体将提取到的特征区域进一步分割成若干个区域，然后对每一个区域的r、g、b三通道数据融合得到加权的ppg信号：
[0089]ippgx
(k)＝αr
mean
(k)+βg
mean
(k)+γb
mean
(k)
[0090]
其中i
ppgx
为第(k)时刻第x个区域加权的ppg信号，α、β、γ分别为加权系数，r
mean
、g
mean
、b
mean
分别为第(k)时刻第x个区域r、g、b三通道的均值；
[0091]
然后，对每个区域的ppg信号进行傅里叶变换，得到ppg信号频谱，求出ppg信号频谱中心率波动范围内(如0.8hz到1.9hz范围内)峰值与ppg信号频谱均值之比：
[0092][0093]
其中f
ppgx
为第x个区域加权的ppg信号i
ppgx
的频谱。如果比值ratio大于一定阈值(比如3.0)，则认为该区域为高质量信号区域，该区域加权的ppg信号i
ppgx
将被保留，否则该区域加权的ppg信号i
ppgx
将被剔除。
[0094]
最后，将所有被保留的ppg信号i
ppgx
进行融合：
[0095][0096]
其中i
ppg
为经过高质量信号区域筛选的ppg时域信号。
[0097]
结合图3所示，具体将高质量信号区域筛选得到的ppg时域信号进行奇异谱分析，将高质量信号区域筛选得到的ppg信号分解成若干个奇异谱成分分别对每个奇异谱成分进行傅里叶变换得到各个奇异谱成分的频谱：
[0098][0099]
寻找每个奇异谱成分的频谱峰值是否在心率波动范围内，如果不在心率波动范围内则剔除该奇异谱成分如果在心率波动范围内则保留该奇异谱成分最后将所有保留下来的奇异谱成分叠加得到并对进行傅里叶变换得到频谱，搜索到频谱中峰值对应的频率就是心率。
[0100]
结合图4所示，本发明实施例提供一种非接触测量心率装置，包括：
[0101]
获取模块401，用于实时获取人脸图像；
[0102]
提取模块402，用于提取所述人脸图像的感兴趣区域roi；
[0103]
筛选模块403，用于对所述roi进行图像数据累积，并在累计时间达到预设时间阈值时对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号；
[0104]
分析模块404，用于对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值。
[0105]
作为一种可选的方案，所述筛选模块403具体用于：
[0106]
对所述roi进行分割成若干区域，对每个区域的rgb三通道数据融合得到加权的ppg信号：
[0107]ippgx
(k)＝αr
mean
(k)+βg
mean
(k)+γb
mean
(k)
[0108]
其中i
ppgx
为第(k)时刻第x个区域加权的ppg信号，α、β、γ分别为加权系数，r
mean
、gmean
、b
mean
分别为第(k)时刻第x个区域r、g、b三通道的均值；
[0109]
对每个区域的ppg信号进行傅里叶变换，得到ppg信号频谱，求出ppg信号频谱中心率波动范围内(如0.8hz到1.9hz范围内)峰值与ppg信号频谱均值之比：
[0110][0111]
其中f
ppgx
为第x个区域加权的ppg信号i
ppgx
的频谱，将比值ratio大于一定阈值的区域确定为高质量信号区域，保留高质量信号区域的加权的ppg信号i
ppgx
；
[0112]
将所有被保留的ppg信号i
ppgx
进行融合：
[0113][0114]
其中i
ppg
为经过高质量信号区域筛选的ppg时域信号。
[0115]
作为一种可选的方案，所述分析模块404用于：
[0116]
将高质量信号区域筛选得到的ppg时域信号进行奇异谱分析，将高质量信号区域筛选得到的ppg信号分解成若干个奇异谱成分分别对每个奇异谱成分进行傅里叶变换得到各个奇异谱成分的频谱：
[0117][0118]
寻找每个奇异谱成分的频谱峰值是否在心率波动范围内，如果不在心率波动范围内则剔除该奇异谱成分如果在心率波动范围内则保留该奇异谱成分
[0119]
将所有保留下来的奇异谱成分叠加得到并对进行傅里叶变换得到频谱，搜索到频谱中峰值对应的频率就是心率数值。
[0120]
作为一种可选的方案，还包括：
[0121]
检测模块405，用于利用图像传感器获取图像信息，确定所述图像信息中是否存在人脸，当确定存在人脸时，将提取所述人脸的人脸图像。
[0122]
本发明实施例提供的非接触测量心率装置，实时获取人脸图像；提取所述人脸图像的感兴趣区域roi，对所述roi进行图像数据累积，并在累计时间达到预设时间阈值时对所述roi进行高质量信号区域筛选得到人体光电容积描记ppg信号，对所述人体ppg信号进行奇异谱分析得到心率数值，采用了高质量信号区域筛选和基于奇异谱分析的心率计算的方法降低环境对非接触心率测量的影响，增加非接触心率测量的准确性。
[0123]
结合图5所示，相应地本发明实施例提供一种计算机设备，包括：
[0124]
至少一个处理器；以及
[0125]
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0126]
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的非接触测量心率方法。
[0127]
图5为本发明实施例中提供的一种计算机设备12的结构示意图。图5示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机设备12的框图。图5显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0128]
如图5所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0129]
计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
[0130]
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。
[0131]
计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
[0132]
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图5未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图5中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd-rom、dvd-rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
[0133]
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
[0134]
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合计算机设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0135]
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的非接触测量心率方法。
[0136]
本发明实施例提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的非接触测量心率方法。
[0137]
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0138]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0139]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(lan)或广域网(wan)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0140]
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据上述的非接触测量心率方法。
[0141]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0142]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。