Development of robust non-contact heart rate detection system using high order statistics to interference

利用高阶统计干扰开发稳健的非接触式心率检测系统

• 批准号: 21K04094
• 负责人: 笹岡 直人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04094/
• 关键词: ミリ波ドップラーレーダ; 心拍検出; 高次統計量; 信号処理; 適応ノッチフィルタ

本研究は、主に犬や猫などの小動物を対象として、ミリ波ドップラーレーダを用いる非接触心拍検出について高次統計量を利用した干渉成分に頑強な手法の開発を目的とする。ミリ波ドップラーレーダを用いる非接触心拍検出は、体表面に現れる心臓の周期的な動きを捉える手法である。しかしながら、受信信号には、呼吸成分、呼吸と心拍との相互作用による成分、周囲に存在する人や動物からの反射波による干渉成分が含まれている。そのため、心拍検出性能が著しく劣化する問題を抱えている。そこで、これらの干渉を抑えるための非接触心拍検出システムの開発を行う。２０２２年度は、バイスペクトルを用いる非接触心拍検出について、前年度に得られた実験結果より原理の検証を実施した。その結果、心拍、呼吸、その他の干渉成分、それぞれの周波数及び位相とバイスペクトルの関係を突き止め、提案法により心拍推定精度が改善する理由が判明した。人間を対象とする実験からも本手法の有効性を確認した。また、バイスペクトルが相互変調積成分に頑強な非接触心拍検出手法であることも理論的に説明できることが判明した。相互変調積成分の周波数は、呼吸数に対応する周波数と心拍数に対応する周波数、それぞれの整数倍の和と差により与えられるが、もともと呼吸と心臓の動きに相関が無いため，バイスペクトルを利用することにより、相互変調積成分を抑えることが可能となる。さらに呼吸高調波や雑音に強い手法として、適応ノッチフィルタを用いる手法について検討を行い、実験データより、代表的な複数の先行研究より性能が改善することを確認した。

The purpose of this study is to explore the use of high-order statistics in non-contact heart beat detection for small animals such as dogs and cats. The non-contact heart beat is detected on the surface of the body, and the periodic movement of the heart is detected. There are respiratory components, respiratory components and cardiac components in the reception signal, and there are components in the reflection wave of human and animal. The problem of deterioration in performance of heart beat is not solved. The development of the system of non-contact heart beat detection is carried out. In 2022, the non-contact heart beat detection was carried out in the middle of the year, and the results of the previous year were carried out. The reasons for the improvement of the accuracy of the heart beat estimation were identified. The human face is very clear. The method of non-contact heart beat detection is described in detail in this paper. The number of cycles and the number of beats of the mutual modulation component correspond to the number of cycles and the number of beats of the mutual modulation component correspond to the number of cycles. This is a confirmation of the improvement in performance of the breathing high-pitched sound system.

项目成果

ドップラーレーダを用いた非接触心拍数推定におけるLSTMの導入

LSTM在多普勒雷达非接触心率估计中的介绍

• 发表时间: 2022
• 作者: 中山翔太;兼清泰正;石井洋己;吉田裕;藤田夏清，笹岡直人，モッシュミ タゼン，岡本芳晴
• 通讯作者: 藤田夏清，笹岡直人，モッシュミ タゼン，岡本芳晴

Non-Contact Heart Rate Measurement based on Bispectrum

基于双谱的非接触式心率测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Moushumi Tazen;Naoto Sasaoka;Kasumi Fujita;Yoshiharu Okamoto
• 通讯作者: Yoshiharu Okamoto