智能手環(huán)之技術(shù)應(yīng)用：睡眠檢測(cè)

2022年6月，睡眠檢測(cè)專(zhuān)題的內(nèi)容更新至v2版本，合并之前的內(nèi)容，公布已經(jīng)完善的睡眠檢測(cè)算法。本專(zhuān)題的文章將壓縮至三篇，因此每篇內(nèi)容都會(huì)接近萬(wàn)字左右。非此領(lǐng)域人士沒(méi)有必要購(gòu)買(mǎi)！本算法已經(jīng)在產(chǎn)品中使用，效果和華為手表中的睡眠檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行過(guò)多人多次比對(duì)，幾乎完全一致！那就開(kāi)始講解睡眠檢測(cè)算法！首先檢測(cè)睡眠狀態(tài)下采集信號(hào)的心率值，從而再判斷出是否處于睡眠狀態(tài)！之前心率算法的內(nèi)容已經(jīng)有里程碑式的代碼了，所以才進(jìn)入下一個(gè)研究專(zhuān)題?，F(xiàn)在智能手環(huán)或者手表能判斷出睡眠的狀態(tài)嗎？可以的。依靠的依舊是傳感器，不過(guò)不是一個(gè)，而是多個(gè)！對(duì)我而言，這是一個(gè)新課題，我需要先看看相關(guān)的資料哦。在知網(wǎng)上下載了一些論文，邊看邊整理，也是一種分享！這就是本人知識(shí)不斷增長(zhǎng)的過(guò)程！學(xué)習(xí)的過(guò)程自然會(huì)導(dǎo)致內(nèi)容很多，所以希望大家耐心的看完，畢竟整理這些內(nèi)容也花了我很長(zhǎng)時(shí)間！本篇內(nèi)容含有較多的科普知識(shí)，也適合不搞算法的工程師學(xué)習(xí)！

補(bǔ)充說(shuō)明一下，之前文件名里面寫(xiě)的都是PPGr，這是錯(cuò)誤的，應(yīng)該是PPGg。為什么呢？因?yàn)楸救擞玫氖蔷G光數(shù)據(jù)進(jìn)行的檢測(cè)，但文件名確實(shí)寫(xiě)錯(cuò)了，內(nèi)容沒(méi)有錯(cuò)！在這做個(gè)聲明！下面的文件名才是正確的，測(cè)試結(jié)果也非常的好！

手表里面有哪些傳感器呢？

上表中的展示的傳感器是目前智能手表中常見(jiàn)的傳感器與功能，但是并非所有的智能手表中都內(nèi)置了這些傳感器，比如光學(xué)心率傳感器，能夠檢測(cè)佩戴者的心率數(shù)據(jù)，一般內(nèi)置在附帶有健身追蹤功能的高端智能手表中。而Sp02傳感器則在健康監(jiān)控功能的高端智能手表中應(yīng)用較多。

再次回顧三軸加速計(jì)傳感器的知識(shí)。加速計(jì)傳感器可以分為單軸加速計(jì)傳感器、雙軸加速計(jì)傳感器、三軸加速計(jì)傳感器以及多軸加速計(jì)傳感器。三軸加速計(jì)的原理與普通加速度傳感器的原理基本相同，采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理，受到的加速度變化反映在電阻、電壓和電容的變化上，使用對(duì)應(yīng)的放大和濾波電路采集數(shù)據(jù)，得到空間加速度數(shù)據(jù)。而三軸加速計(jì)傳感器從三個(gè)維度檢測(cè)三個(gè)直角軸的加速度信號(hào)，分別是X軸、Y軸和z軸，可以準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。那么它能用到哪些領(lǐng)域呢？

三軸加速計(jì)是一種對(duì)運(yùn)動(dòng)十分敏感的傳感器，如果人體睡眠時(shí)佩戴內(nèi)置三軸加速計(jì)的智能手表，三軸加速計(jì)能夠檢測(cè)到由于人體呼吸這種微弱運(yùn)動(dòng)造成的加速度變化。由于人體睡眠時(shí)絕大部分時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，基于這個(gè)原因，使用智能手表中內(nèi)置的三軸加速計(jì)監(jiān)測(cè)人體呼吸速率是可行的。

在實(shí)際情況下，雖然人體睡眠時(shí)靜止的時(shí)間占據(jù)了絕大多數(shù)，但是人體睡眠時(shí)可能會(huì)有一些翻身動(dòng)作，在這種情況下對(duì)呼吸頻率的估計(jì)精度大大降低，不具備監(jiān)測(cè)條件，因此對(duì)于這部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)該丟棄。

步行狀態(tài)下三軸加速計(jì)的數(shù)據(jù)！

睡眠狀態(tài)下三軸加速計(jì)的數(shù)據(jù)！

可以看出在睡眠狀態(tài)下，數(shù)據(jù)變化很小，偶爾有大的變化。估計(jì)是翻身導(dǎo)致！對(duì)三軸加速計(jì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包含消除重力導(dǎo)致的直流分量對(duì)頻率分析影響，并且利用濾波器過(guò)濾掉高頻噪聲。預(yù)處理后的數(shù)據(jù)可以作為后續(xù)算法的輸入。數(shù)據(jù)處理的目的是什么呢？看看下面整理的內(nèi)容，這可是實(shí)際產(chǎn)品的需求哦。實(shí)踐和理論的結(jié)合的絕佳體驗(yàn)機(jī)會(huì)。

預(yù)先劇透！

通過(guò)多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)綜合判斷出的結(jié)果最為準(zhǔn)確！

看看產(chǎn)品需要的睡眠檢測(cè)算法的需求?。?！

這只是初步要求，

后續(xù)還會(huì)不斷增加！

需求：

1、 識(shí)別入睡、起來(lái)時(shí)間；

2、 匹配睡眠期間的深睡、淺睡時(shí)間、快速眼動(dòng)（這個(gè)怎么檢測(cè)？）、清醒次數(shù)。

看看華為穿戴設(shè)備針對(duì)睡眠的監(jiān)測(cè)結(jié)果！

本人設(shè)計(jì)的算法的檢測(cè)結(jié)果就是和它進(jìn)行的比對(duì)！

針對(duì)不同的人群進(jìn)行多次測(cè)試和比對(duì)！

結(jié)果非常滿(mǎn)意！

我得意的笑！

審核編輯 ：李倩