專利名稱：非接觸式生物識(shí)別感測的系統(tǒng)和方法
非接觸式生物識(shí)別感測的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
本公開的領(lǐng)域一般涉及緊急響應(yīng)情況，并且更特別地涉及非接觸式生物識(shí)別感測(biometric sensing)。緊急響應(yīng)各種災(zāi)難，第一響應(yīng)者受制于不能接觸受難者，或者被包在保護(hù)設(shè)備中，該保護(hù)設(shè)備防止與受難者充分接觸以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)治療類選(triage)。當(dāng)前不存在允許對(duì)人類生命體征的非接觸式距外測量(standoff measurement)的解決方案?，F(xiàn)有解決方案要求接觸受難者，例如，觸診受難者的頸部或腕部，以測量脈搏或呼吸，和/或通過將耳朵壓在胸腔聽心跳。通過上述說明能夠看出，現(xiàn)有治療類選技術(shù)需要接觸。結(jié)果，當(dāng)缺乏通路而阻礙接觸時(shí)，或者當(dāng)介入材料(例如，生物危害)妨礙接觸時(shí)，就不能進(jìn)行治療類選
發(fā)明內(nèi)容

一方面，提供一種非接觸式生物識(shí)別感測裝置。該裝置包括處理裝置；都與處理裝置通信耦合的用戶界面、顯示器、激光多普勒速度計(jì)傳感器和紅外相機(jī)。處理裝置經(jīng)編程，從而利用當(dāng)將源自激光多普勒速度計(jì)傳感器和紅外相機(jī)的信號(hào)從目標(biāo)朝感測裝置反射回時(shí)從激光多普勒速度計(jì)傳感器接收的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及從紅外相機(jī)接收的熱分布數(shù)據(jù)計(jì)算生物識(shí)別數(shù)據(jù)。另一方面，提供一種不接觸目標(biāo)感測與該目標(biāo)相關(guān)的生物識(shí)別參數(shù)的方法。本方法包括將從感測裝置發(fā)出的多個(gè)可見激光束引導(dǎo)到目標(biāo)上，以提供瞄準(zhǔn)功能；引起來自激光多普勒速度計(jì)傳感器的信號(hào)碰撞鄰近可見激光束的目標(biāo)，所述信號(hào)從感測裝置發(fā)出；在與感測裝置關(guān)聯(lián)的紅外相機(jī)處接收來自物體的紅外數(shù)據(jù)，該紅外數(shù)據(jù)鄰近可見激光束；以及利用激光多普勒速度計(jì)傳感器感測的與目標(biāo)相關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，以及紅外相機(jī)感測的熱分布數(shù)據(jù)，計(jì)算與目標(biāo)相關(guān)的生物識(shí)別數(shù)據(jù)。另一方面，提供一種非接觸式生物識(shí)別感測裝置。該感測裝置包括多個(gè)測距激光器(ranging lasers)，每個(gè)都經(jīng)配置以發(fā)射可見激光束，經(jīng)定向以便可見激光束會(huì)聚在遠(yuǎn)離感測裝置的一點(diǎn)上，因此確保在將感測裝置對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物體時(shí)可操作激光束。本感測裝置還包括激光多普勒速度計(jì)傳感器，其經(jīng)配置以感測與目標(biāo)物體相關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；紅外相機(jī)，其經(jīng)配置以感測與目標(biāo)物體相關(guān)的熱分布數(shù)據(jù)；以及可見光相機(jī)，其可操作以獲得包括可見激光束的目標(biāo)物體的圖像。感測裝置經(jīng)編程，以基于可見光束之間的距離確定距目標(biāo)物體的距離，并且進(jìn)一步可操作，以使用距目標(biāo)的確定距離，將激光多普勒速度計(jì)傳感器、紅外相機(jī)以及可見光相機(jī)聚焦在目標(biāo)物體上。能夠在各種實(shí)施方式中單獨(dú)實(shí)現(xiàn)已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)點(diǎn)，并且所述特征、功能和優(yōu)點(diǎn)可在其他實(shí)施方式中結(jié)合，其細(xì)節(jié)能夠通過參考以下說明和附圖而了解進(jìn)一步了解。


圖I示出一個(gè)人使用遠(yuǎn)程生物識(shí)別感測裝置的一個(gè)實(shí)施方式測量另一個(gè)人的生命體征。圖2是非接觸式生物識(shí)別感測裝置的方框圖。圖3是圖2的非接觸式生物識(shí)別感測裝置頂部等視圖。圖4是圖2的非接觸式生物識(shí)別感測裝置底部等視圖。圖5是底架中的經(jīng)裝配非接觸式生物識(shí)別感測裝置的頂部等視圖。圖6是定向穩(wěn)定系統(tǒng)的方框圖。圖7是描述圖2的非接觸式生物識(shí)別感測裝置的操作的流程圖。圖8是脈搏算法的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段的流程圖。

圖9是脈搏算法的模型校正階段的流程圖。圖10是脈搏算法的初始檢測/量化階段的流程圖。圖11是脈搏算法的檢測后處理階段的流程圖。
具體實(shí)施例方式所述實(shí)施方式包括手持緊急響應(yīng)治療類選裝置，例如從而通過關(guān)鍵生理參數(shù)的距外評(píng)估幫助現(xiàn)場評(píng)估受難者狀態(tài)，該裝置能由穿戴PPE的人員使用。在實(shí)施方式中，本裝置將激光多普勒速度計(jì)傳感器和紅外成像裝置結(jié)合，從而不接觸、并且通過用戶和其生物識(shí)別信號(hào)正在被測量的人之間的距外距離測量人類生物識(shí)別信號(hào)。如進(jìn)一步所述，其他實(shí)施方式包括其他非接觸式生理測量方法和裝置。圖I示出在一種預(yù)期用途的該裝置。更特別地，圖I示出對(duì)緊急情況的第一響應(yīng)者10。該緊急情況的環(huán)境和類型幾乎不受限制，所以為了本公開的目的，本說明利用化學(xué)溢出或滲漏的例子。所述裝置的實(shí)施方式允許遠(yuǎn)程、安全、精確地評(píng)價(jià)事故受難者的身體條件，最小化第一響應(yīng)者的風(fēng)險(xiǎn)。在該情況下，第一響應(yīng)者通常將穿戴一些類型的人員保護(hù)設(shè)備(PPE)，該設(shè)備防止第一響應(yīng)者身體接觸已受緊急情況危害的人20。緊急情況可能為這樣的類型，其中第一響應(yīng)者10和該人之間的身體接觸對(duì)第一響應(yīng)者10危險(xiǎn)。為了解決人20的治療類選需要，第一響應(yīng)者10配備有非接觸式生物識(shí)別感測裝置50。在不同實(shí)施方式中，非接觸式生物識(shí)別感測裝置50允許第一響應(yīng)者10測量人20的生理參數(shù)。測量的生理參數(shù)向第一響應(yīng)者10提供人20的身體條件的指標(biāo)，例如通過用激光測量機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及用紅外相機(jī)測量熱分布。在該實(shí)施方式中，激光能夠測量呼吸和心跳引起的人20的皮膚表面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。如圖I所示，非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的一些實(shí)施方式為手持裝置?？紤]其他便攜式構(gòu)造。圖2是非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的一個(gè)實(shí)施方式的方框圖。裝置50結(jié)合了紅外相機(jī)52、可見光相機(jī)54和激光多普勒速度計(jì)傳感器60。為了以手持模式運(yùn)行，非接觸式生物識(shí)別感測裝置50包括處理裝置70，后者包括運(yùn)行以清除用戶(第一響應(yīng)者10)的運(yùn)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)。為了在許多范圍運(yùn)行，非接觸式生物識(shí)別感測裝置50包括被編程入光學(xué)傳感器的處理裝置70中的自動(dòng)聚焦方法。在所示實(shí)施方式中，存在與紅外相機(jī)52關(guān)聯(lián)的自動(dòng)聚焦裝置80、與可見光相機(jī)54關(guān)聯(lián)的自動(dòng)聚焦裝置82、以及與激光多普勒速度計(jì)傳感器60關(guān)聯(lián)的自動(dòng)聚焦裝置84。除了自動(dòng)聚焦裝置84之外，激光多普勒速度計(jì)傳感器60還包括定波形發(fā)生器100、螺線管驅(qū)動(dòng)器(solenoid drive) 102、音叉/螺線管104、激光驅(qū)動(dòng)器106、激光器108和關(guān)聯(lián)的光纖(fiber optics) 110。在非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的實(shí)施方式中包括雙軸精貓偏轉(zhuǎn)鏡(two-axis fine steering mirror) 112,以穩(wěn)定激光多普勒速度計(jì)傳感器60發(fā)出并由其接收的激光束。在可選實(shí)施方式中，將另外的傳感器集成到非接觸式生物識(shí)別感測裝置50中，包括測距激光器120、陀螺儀130、以及檢測器放大器/ADC 140 (模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)。也可利用精瞄偏轉(zhuǎn)鏡112，從而穩(wěn)定測距激光器120發(fā)出并由其接收的激光束。測距激光器120提供可見激光引導(dǎo)束，后者向用戶提供裝置50的傳感器指向哪里的指示。例如，如果可見激光束碰撞到人20 (如圖I所示)，用戶10就知道其他傳感器(例如，可見光相機(jī)54、IR相機(jī)52以及激光多普勒速度計(jì)傳感器60)也指向人2 0。在某些實(shí)施例中，陀螺儀130為MEMS陀螺儀。在實(shí)施方式中，利用可見光相機(jī)54進(jìn)行平臺(tái)運(yùn)動(dòng)探測，以及處理裝置70 (連同其中運(yùn)行的算法)使用來自可見光相機(jī)54的信息，以將用戶10的運(yùn)動(dòng)影響從自其他傳感器接收的讀數(shù)中消除。類似地，利用陀螺儀130，以清除與用戶10相關(guān)的手運(yùn)動(dòng)。在實(shí)施方式中以及如下圖中所述的，非接觸式生物識(shí)別感測裝置50中所包括的功能包括線性運(yùn)動(dòng)探測器、顯示器、控制按鈕、嵌入式計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場可編程門陣列以及關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)算法的固件實(shí)施、鏡子控制以及傳感器界面。非接觸式生物識(shí)別感測裝置50還包括電池/電源子系統(tǒng)150、用戶界面160以及用戶顯示器170。電池/電源子系統(tǒng)150向裝置50的其他組件供電。用戶界面160與處理裝置70通信耦合，以便其中存儲(chǔ)的編程設(shè)計(jì)能夠?qū)τ脩糨斎肫鸱磻?yīng)。用戶顯示器170與處理裝置70通信耦合，以便可向第一響應(yīng)者10呈現(xiàn)來自本文所述的傳感器的信息。如本文進(jìn)一步所述，裝置50能夠距外使用，并且也允許穿戴人員保護(hù)設(shè)備的人使用，人員保護(hù)設(shè)備妨礙通過直接接觸法進(jìn)行治療類選。裝置50不通過接觸而測量在約五英尺至約四十英尺范圍的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并且測量溫度分布。由處理裝置70處理來自各個(gè)傳感器的信號(hào)，以提取脈搏率、測量呼吸率、以及產(chǎn)生人體皮膚上的溫度分布圖。這些測量值指示的身體條件是用其他接觸方法諸如張力帶、EKG和溫度探針測量的身體條件校準(zhǔn)的。現(xiàn)在參考圖3，提供了非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的頂部等視圖。在圖3中使用相同的標(biāo)識(shí)號(hào)示出關(guān)于圖2所述的組件。另外，圖3示出與測距激光器120關(guān)聯(lián)的兩個(gè)可見激光驅(qū)動(dòng)器200和202。分光器(optical splitter) 210允許與激光多普勒速度計(jì)傳感器60關(guān)聯(lián)的波長的光從自動(dòng)聚焦裝置84穿過到達(dá)精瞄偏轉(zhuǎn)鏡112。在所示實(shí)施方式中，分別與自動(dòng)聚焦裝置80 (圖3中未示出)、82和84關(guān)聯(lián)的透鏡220和222包括線性平移器(變換器，translator) 224、226，其移動(dòng)各自透鏡220、222，以完成聚焦功能。圖4是非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的底部等視圖，其示出上述IR相機(jī)52、電池/電源子系統(tǒng)150和印刷電路板250，后者容納處理裝置70 (圖4中未示出)以及用于用戶界面160和顯示器170的支撐電路。在實(shí)施方式中，如圖2中所示，將自動(dòng)聚焦功能添加至IR相機(jī)52。為了清晰，圖4中未示出該自動(dòng)聚焦功能，不過實(shí)際上，該功能類似于圖3中所示的82和84，并且在實(shí)施方式中利用線性平移器。圖5是經(jīng)裝配非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的頂部等視圖，其包括底架300，后者還包括多個(gè)安裝在底架300的角上的沖擊與振動(dòng)隔離緩沖器310。圖5中也示出顯示器170和處于底架的把手330和332上的按鈕320和322。按鈕320和322構(gòu)成用戶界面160的至少一部分。示出測距激光器120的窗口 340和342以及紅外相機(jī)52和可見光相機(jī)54的窗口 350和360。如上所述，所述系統(tǒng)可操作用于生物識(shí)別信號(hào)的距外測量，并且考慮至少部分起用于平民第一響應(yīng)者和軍事第一響應(yīng)者的距外治療類選裝置的作用。為了提供該功能性，由可見光相機(jī)54利用來自測距激光器120的可見光，從而提供能夠由處理裝置70利用的數(shù)據(jù)，從而計(jì)算用于操作紅外相機(jī)52和激光多普勒速度計(jì)傳感器60的自動(dòng)聚焦值。特別地，可見光相機(jī)54觀察來自測距激光器120的兩束激光束，測量激光束離命中點(diǎn)(例如在圖I所示的人20上)有多遠(yuǎn)。由處理裝置70使用命中處的激光束之間的距離，以確定到命中點(diǎn)的距離，并且因此控制與紅外相機(jī)52、可見 光相機(jī)54、以及激光多普勒速度計(jì)傳感器60關(guān)聯(lián)的自動(dòng)聚焦功能。關(guān)于激光多普勒速度計(jì)傳感器60的運(yùn)行，其通過以下運(yùn)行探測由探測器/放大器/ADC140感測的反射信號(hào)，探測器/放大器/ADC140將經(jīng)探測的信號(hào)傳到處理裝置70上，后者經(jīng)編程，從而將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換為速率，該速率隨后將傳至治療類選算法。在實(shí)施方式中，激光多普勒速度計(jì)傳感器60具有約800Hz的數(shù)據(jù)率、16位的頻率分辨率(IOOkHz中約lHz)、14位的信噪比分辨率(IO6中10)、直徑約I英寸的鏡子尺寸、入/4的鏡子性質(zhì)(mirror quality),并且鍍金。在一個(gè)實(shí)施方式中,激光多普勒速度計(jì)傳感器60的聚焦階段分辨率為3毫米中3. 4微米(0. 2瑞利范圍)，并且距離分辨率為5英尺中0. 04英寸以及40英尺中2英寸(0. I瑞利范圍)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，非接觸式生物識(shí)別感測裝置50以幾種運(yùn)行模式編程，通過用戶界面160激活并且通過處理裝置70執(zhí)行，后者訪問或者包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)在運(yùn)行非接觸式生物識(shí)別感測裝置50中使用的指令。在實(shí)施方式中，包括睡眠模式，運(yùn)行該模式，以通過關(guān)閉顯示器170、關(guān)閉各個(gè)激光器、并且使處理裝置70進(jìn)入低功率模式而節(jié)約電池電量。在搜索模式中，顯示器170開啟、激光器開啟、在顯示器170上提供由IR相機(jī)52提供的長波長紅外(LWIR)圖像的顯示，并且不啟動(dòng)陀螺儀130和可見光相機(jī)54為激光多普勒速度計(jì)傳感器60提供的光束穩(wěn)定，并被固定在中間位置。用于激光多普勒速度計(jì)傳感器60的一個(gè)實(shí)施方式的光束穩(wěn)定大約為一厘米。在40英尺，該穩(wěn)定換算為約0. 047度或約820微弧度。將用戶的手顫動(dòng)穩(wěn)定至約20Hz，這意味著2X或40Hz的控制回路帶寬，以及IOX或400Hz的控制器更新率。激光多普勒速度計(jì)傳感器60的光束定向精確度為約I至I. 5厘米。圖6是用于裝置50的定向穩(wěn)定系統(tǒng)和算法的方框圖400。陀螺儀130提供與裝置50的用戶操作關(guān)聯(lián)的兩軸角速度的感測。處理裝置70中的速率濾波器402和整合器(intergrator) 404轉(zhuǎn)換感測的速率,從而評(píng)估高頻率平臺(tái)角度定向誤差。平行地，來自可見光相機(jī)54的感測圖像406和存儲(chǔ)的參考圖像408都經(jīng)過圖像傳感器處理算法410，以確定由于低頻率角度平臺(tái)運(yùn)動(dòng)和-DOF (景深)平臺(tái)平移產(chǎn)生的定向誤差。位置控制算法412確定偏轉(zhuǎn)鏡角度以補(bǔ)償和抵償(cancel out)該運(yùn)動(dòng)。速率濾波器402和整合器404的算法輸出被結(jié)合位置控制算法412的輸出，并且作為數(shù)據(jù)提供給偏轉(zhuǎn)鏡控制函數(shù)420，后者連續(xù)調(diào)整與激光多普勒速度計(jì)傳感器60關(guān)聯(lián)的鏡子430的定位，從而提供穩(wěn)定的激光束。陀螺儀130感測，并且利用其中的輸出，以抵償較高頻率平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，基于相機(jī)的運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)算法補(bǔ)償DC-中頻率平臺(tái)旋轉(zhuǎn)和平臺(tái)平移。來自測距激光器120的未經(jīng)穩(wěn)定的引導(dǎo)光束幫助操作者將偏轉(zhuǎn)鏡保持在范圍限制之內(nèi)。
為了進(jìn)一步描述非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的操作，圖7示出描述用于感測與目標(biāo)相關(guān)的生物識(shí)別參數(shù)的非接觸式生物識(shí)別感測裝置50的運(yùn)行的流程圖450。最初，用戶將感測裝置50發(fā)射的多束可見激光束引導(dǎo)到目標(biāo)上，以提供瞄準(zhǔn)功能，452。通過用戶輸入或編程設(shè)計(jì)，引起信號(hào)從激光多普勒速度計(jì)傳感器60輸出，454。從感測裝置50的激光多普勒速度計(jì)傳感器60發(fā)射的信號(hào)因而碰撞鄰近可見激光束的目標(biāo)。在與感測裝置50關(guān)聯(lián)的紅外相機(jī)52接收來自目標(biāo)的紅外數(shù)據(jù)，其中該紅外數(shù)據(jù)也鄰近可見激光束，456。利用通過激光多普勒速度計(jì)傳感器感測的與目標(biāo)相關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及通過紅外相機(jī)感測的熱分布數(shù)據(jù)，計(jì)算與目標(biāo)相關(guān)的生物識(shí)別數(shù)據(jù)，458。使用中，用戶10使用來自可見測距激光器120的引導(dǎo)光束將裝置50對(duì)準(zhǔn)人20，該引導(dǎo)光束為雙、未經(jīng)穩(wěn)定的引導(dǎo)光束，并且將紅外相機(jī)54和激光多普勒速度計(jì)傳感器60的測量位置定位在引導(dǎo)光束之間的中心。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)引導(dǎo)光束鄰近期望的測量位置時(shí)，用戶10按下“鎖定”按鈕。初始鎖定位置可以離期望位置幾英寸遠(yuǎn)，并且用戶10可利用精確調(diào)整控制，以將鎖定位置從初始位置移動(dòng)至期望位置。可選地，用戶10重復(fù)按下 鎖定按鈕，直到初始鎖定足夠靠近期望的測量位置。由于快速偏轉(zhuǎn)鏡112上的有限范圍，在測量期間，用戶10將未經(jīng)穩(wěn)定的引導(dǎo)光束保持在鄰近正被測量的區(qū)域一段時(shí)間。在自動(dòng)聚焦模式中，基于可見測距激光器120提供的光束，測量距目標(biāo)的距離(范圍，range)，設(shè)置聚焦，激活用于激光多普勒速度計(jì)傳感器60的光束穩(wěn)定，以及獲得最終的LWIR圖像。另外，增加患者標(biāo)識(shí)符。在第一獲取模式中，獲取并顯示來自激光多普勒速度計(jì)傳感器60的信號(hào)，獲取信號(hào)是探測人20的脈搏或其他生命信號(hào)的第一次嘗試。在第二獲取模式中，繼續(xù)獲取并顯示激光多普勒速度計(jì)傳感器60信號(hào)，并且開始嘗試探測呼吸以及處理并顯示脈搏率。在第三獲取模式中，繼續(xù)獲取和顯示激光多普勒速度計(jì)傳感器60信號(hào)，嘗試處理和顯示呼吸率。在分析模式中，不啟動(dòng)激光多普勒速度計(jì)傳感器60信號(hào)的光束穩(wěn)定，同時(shí)處理裝置繼續(xù)分析收集的數(shù)據(jù)，以提出診斷。使用診斷模式，以捕捉和存儲(chǔ)用于發(fā)現(xiàn)并解決問題(troubleshooting)的原始數(shù)據(jù)。一個(gè)或更多按鈕320和322被用作開/關(guān)開關(guān)以及在上述運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)換或選擇正在被分析的身體部位(例如頸動(dòng)脈、胸腔、其他)的開關(guān)。在實(shí)施方式中，可引入LED，以提供裝置50在哪種模式下運(yùn)行的指示。如本文所述，利用裝置50以執(zhí)行治療類選功能，其通常由第一響應(yīng)者在事件或事故現(xiàn)場使用。能夠?qū)⒅委燁愡x功能分解，以建立分析的時(shí)間線層級(jí)。特別地，利用頭3-5秒，以探測生命的基本信號(hào)，包括顯示隨時(shí)間的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、顯示由IR相機(jī)52提供為絕對(duì)溫度色圖的圖像、和探測脈搏、并且包括確信和/或信號(hào)質(zhì)量的指示。在10-20秒，探測呼吸機(jī)械運(yùn)動(dòng)，同時(shí)處理和顯示脈搏率，包括確信和/或信號(hào)質(zhì)量的指示。在30-60秒，處理和顯示呼吸率，評(píng)估脈搏質(zhì)量，并且如果可能，提出診斷和/或提供患者健康的定量量度(即0=死亡…100=健康),也包括確信和/或信號(hào)質(zhì)量的指示。圖7是用于脈搏算法的數(shù)據(jù)預(yù)處理階段的流程圖500。由激光多普勒速度計(jì)傳感器60讀取速度信號(hào)，502，其由處理裝置70取樣，504，通過探測器/放大器140，并且去斑(despeckle)以產(chǎn)生包括心音通道510、最大速度峰值探測通道512、標(biāo)志(Landmark)探測/測量通道514、人造物品自動(dòng)探測通道516以及呼吸通道518的新輸出通道，506。這些通道穿過各個(gè)濾波器，并且寫下另外處理和結(jié)果以存檔，520。圖8是用于脈搏算法的模型校正階段的流程圖550。在一個(gè)實(shí)施方式中，讀取來自預(yù)處理的文件(參見圖7)的15秒的數(shù)據(jù)，552，并且使用例如從其產(chǎn)生個(gè)體化模型556的一般模型(generic models)識(shí)別最大可能心跳,554。在一個(gè)實(shí)施方式中，該模型包括心音模型560、最大速度峰值探測模型562、標(biāo)志探測/測量模型564、以及人造物品自動(dòng)探測模型566。關(guān)于標(biāo)志探測/測量模型564，如果當(dāng)前較高頻率測量模型和來自前15秒輸入的模型之間的相關(guān)性超過標(biāo)準(zhǔn)，570，則平均和存儲(chǔ)連續(xù)模型，572。如果不超過該標(biāo)準(zhǔn)，570，就讀取另外15秒的數(shù)據(jù)，552，并且繼續(xù)處理。圖9是用于脈搏算法的初始探測/量化階段的流程圖600。最初，在一個(gè)實(shí)施發(fā)生中，從預(yù)處理信號(hào)文件(參見圖7)讀取25秒數(shù)據(jù)，其中三秒與前一時(shí)段交迭，602。使用心音輸入通道和心音模型之間的交叉相關(guān)，例如當(dāng)兩者都被下采樣至20Hz時(shí)，識(shí)別“候選”心跳，604。如果最大速度峰值的幅度位于預(yù)期值內(nèi)，則識(shí)別適當(dāng)?shù)淖畲笏俣确逯岛吞崛r(shí)段，606。然后，如果與最大速度探測模型的相關(guān)性超過標(biāo)準(zhǔn)，則將提取的時(shí)段標(biāo)為“探測心跳”，608。提取較低和較高頻率標(biāo)志探測時(shí)段，610，并且探測和量化單一心跳標(biāo)志(較高和較低頻率信號(hào))，612。動(dòng)態(tài)升級(jí)模型，614，并且識(shí)別超過低和高頻率“噪聲”標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)段點(diǎn)，616。如果達(dá)到輸入文件的末端，618，則將所有的探測和測量值都寫至文件并將其輸出，620。否 貝U，讀取另外25秒的數(shù)據(jù)，602。圖10是用于脈搏算法的探測后處理階段的流程圖650。最初，計(jì)算逐次心跳間期(IBI)分布，652，并且為不正確的探測(IBI太短)和錯(cuò)失(IBI太長)建模，654。提取包含不正確探測的連續(xù)時(shí)段，并且使用與較高頻率測量模型的相關(guān)性，以清除不正確心跳，656。迭代提取具有錯(cuò)失心跳的時(shí)段，并且使用與較高頻率測量模型的交叉相關(guān)，以增加錯(cuò)失心跳，658。如果未發(fā)現(xiàn)新心跳或如果迭代次數(shù)超過最大迭代標(biāo)準(zhǔn)，則終止。計(jì)算貫穿所有探測和測量標(biāo)志的平均響應(yīng)660，并且計(jì)算全體經(jīng)平均的響應(yīng)(全體大小=3，間隔=1)，662。測量標(biāo)志，并且升級(jí)輸出文件，664。已為了圖解和說明的目的提出了不同有利實(shí)施例的說明，并且無意排除或限制于公開形式的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言許多更改和變體是顯而易見的。此外，與其他有利實(shí)施方式相比，不同有利實(shí)施方式可提供不同的優(yōu)點(diǎn)。選擇和描述選擇的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，以便最好地解釋實(shí)施方式的原理、實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域其他普通技術(shù)人員理解具有各種更改的各種實(shí)施方式的本公開，其適合預(yù)期的特殊應(yīng)用。本文所寫的說明使用例子以公開各種實(shí)施方式，其包括最佳模式，以使本領(lǐng)域技術(shù)任何人員都能夠?qū)嵺`這些實(shí)施方式，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，并且執(zhí)行任何所含的方法。專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他例子。在以下情況下，該其他例子確定處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)，即如果其具有和權(quán)利要求的字面語言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果其包括與權(quán)利要求的字面語言無本質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)元件。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式生物識(shí)別感測裝置，包括 處理裝置； 用戶界面，所述用戶界面與所述處理裝置通信耦合； 顯示器，所述顯示器與所述處理裝置通信耦合； 激光多普勒速度計(jì)傳感器，所述激光多普勒速度計(jì)傳感器與所述處理裝置通信耦合；以及 紅外相機(jī)，所述紅外相機(jī)與所述處理裝置通信耦合，所述處理裝置經(jīng)編程，以利用當(dāng)源自所述激光多普勒速度計(jì)傳感器和所述紅外相機(jī)的信號(hào)被從目標(biāo)朝所述裝置反射回時(shí)從所述激光多普勒速度計(jì)傳感器接收的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及從所述紅外相機(jī)接收的熱分布數(shù)據(jù)計(jì)算生物識(shí)別數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式生物識(shí)別感測裝置，還包括多個(gè)測距激光器，每個(gè)所述測距激光器都經(jīng)配置以發(fā)射可見光束，用于作為所述感測裝置的對(duì)準(zhǔn)裝置使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非接觸式生物識(shí)別感測裝置，還包括可見光相機(jī)，所述可見光相機(jī)與所述處理裝置通信耦合，所述處理裝置經(jīng)編程，以利用從所述可見光相機(jī)接收的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括對(duì)來自所述測距激光器的光束的跟蹤，以從由所述激光多普勒速度計(jì)傳感器和所述紅外相機(jī)接收的數(shù)據(jù)中清除與所述感測裝置的用戶關(guān)聯(lián)的手運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式生物識(shí)別感測裝置，還包括至少一個(gè)陀螺儀，所述至少一個(gè)陀螺儀與所述處理裝置通信耦合，所述處理裝置經(jīng)編程，以利用從所述陀螺儀接收的數(shù)據(jù)，從由所述激光多普勒速度計(jì)傳感器和所述紅外相機(jī)接收的數(shù)據(jù)中清除與所述感測裝置的用戶關(guān)聯(lián)的手運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸式生物識(shí)別感測裝置，其中所述陀螺儀經(jīng)配置，以輸出與所述感測裝置的用戶操作關(guān)聯(lián)的俯仰角速度和偏轉(zhuǎn)速度，用算法對(duì)所述處理裝置編程，所述算法使用經(jīng)感測的角速度數(shù)據(jù)，從而評(píng)估較高頻率角度定向誤差，并且所述處理裝置經(jīng)編程，以連續(xù)調(diào)整與所述激光多普勒速度計(jì)傳感器關(guān)聯(lián)的鏡子的定位，從而清除與所述感測裝置的用戶關(guān)聯(lián)的手運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非接觸式生物識(shí)別感測裝置，還包括 多個(gè)測距激光器，所述測距激光器每個(gè)都經(jīng)配置以發(fā)射可見光束，用于作為所述感測裝置的對(duì)準(zhǔn)裝置使用；以及 可見光相機(jī)，所述可見光相機(jī)與所述處理裝置、所述激光多普勒速度計(jì)傳感器、所述紅外相機(jī)通信耦合，所述可見光相機(jī)包括與自動(dòng)聚焦功能關(guān)聯(lián)的透鏡，所述處理裝置經(jīng)編程具有自動(dòng)聚焦功能，所述自動(dòng)聚焦功能基于使用來自所述測距激光器的可見光束測量的到目標(biāo)的距離。
7.—種不接觸目標(biāo)而感測與所述目標(biāo)相關(guān)的生物識(shí)別參數(shù)的方法，所述方法包括 將從感測裝置發(fā)射的多束可見激光束引導(dǎo)到所述目標(biāo)上，以提供對(duì)準(zhǔn)功能； 引起來自激光多普勒速度計(jì)傳感器的信號(hào)碰撞鄰近所述可見激光束的所述目標(biāo)，所述信號(hào)從所述感測裝置發(fā)出； 在與所述感測裝置關(guān)聯(lián)的紅外相機(jī)處接收來自所述目標(biāo)的紅外數(shù)據(jù)，所述紅外數(shù)據(jù)鄰近所述可見激光束；以及 利用通過所述激光多普勒速度計(jì)傳感器感測的與所述目標(biāo)相關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，以及通過所述紅外相機(jī)感測的熱分布數(shù)據(jù)，以計(jì)算與所述目標(biāo)相關(guān)的生物識(shí)別數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 確定所述目標(biāo)上的所述可見激光束之間的距離；以及 使用所確定的距離產(chǎn)生所述目標(biāo)和所述感測裝置之間的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括使用確定的距所述目標(biāo)的距離聚焦所述激光多普勒速度計(jì)傳感器、所述紅外相機(jī)以及可見光相機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括使用精瞄偏轉(zhuǎn)鏡穩(wěn)定激光束，所述激光束由是所述可見激光束的來源的所述激光多普勒速度計(jì)傳感器和測距激光器的至少一個(gè)發(fā)射并被其接收。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括利用來自所述感測裝置中的陀螺儀的數(shù)據(jù)，以從所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和所述熱分布數(shù)據(jù)清除所述感測裝置的較高頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括利用來自可見光相機(jī)的數(shù)據(jù)，以從所述機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和所述熱分布數(shù)據(jù)清除所述感測裝置的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
描述了一種非接觸式生物識(shí)別感測裝置。所述裝置包括處理裝置、與所述處理裝置通信耦合的用戶界面、與所述處理裝置通信耦合的顯示器、與所述處理裝置通信耦合的激光多普勒速度計(jì)傳感器以及與所述處理裝置通信耦合的紅外相機(jī)。所述處理裝置經(jīng)編程，以利用當(dāng)將源自所述激光多普勒速度計(jì)傳感器和所述紅外相機(jī)的信號(hào)從目標(biāo)朝所述裝置反射回時(shí)從所述激光多普勒速度計(jì)傳感器接收的機(jī)械運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及從所述紅外相機(jī)接收的熱分布數(shù)據(jù)計(jì)算生物識(shí)別數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)A61B5/11GK102740764SQ201080063068
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者D·A·斯波吉翁, D·C·索雷德, G·A·雷, J·M·塞恩特克萊爾, M·D·沃斯, P·F·索約霍姆, R·P·希金斯, T·M·安德森 申請(qǐng)人:波音公司