用于提取生理信息的设备和方法.pdf

本发明涉及用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射(14)提取生理信息的设备和方法。接收根据检测到的电磁辐射(14)导出的数据流(24)，并且所述数据流(24)包括表示感兴趣区域(58)的信号样本的序列，所述信号样本的序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量。所述设备还包括变换单元和系统选择单元，其中，所述变换单元用于根据所述至少两个波长分量来提供系数分量，所述系数选择单元用于选择用于计算用于确定所述生理信息的期望的信号分量的所述系数分量。

1.  一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备，包括：
-接口(26)，其用于接收根据检测到的电磁辐射(14)导出的数据流(24)，所述数据流(24)包括表示感兴趣区域(58)的信号样本的至少一个序列，所述信号样本的至少一个序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量(102、104、106)，
-变换单元(96)，其被配置用于确定并提供适用于根据所述信号样本的至少一个序列的所述至少两个波长分量(102、104、106)导出至少一个信号分量(111)的至少一个系数分量(108、110、112)，
-系数选择单元(98)，其用于选择一个系数分量(110)，以及
-信号分量单元(99)，其用于基于所选择的系数(110)分量和所述信号样本的至少一个序列来提供信号分量(111)。

2.  如权利要求1所述的设备，还包括：
-信号处理单元(100)，其用于根据所述信号分量(111)来提供期望的生理信息。

3.  如权利要求1所述的设备，其中，所述系数选择单元(99)还被配置用于基于固定且预定的参考向量来评估所述至少一个系数分量(108、110、112)。

4.  如权利要求3所述的设备，其中，所述变换单元(96)还被配置用于确定并提供一个系数分量(110)，并且所述系数选择单元(98)还被配置为使得由所述变换单元(96)提供的所述系数分量(110)相对于所述固定且预定的参考向量而被评估。

5.  如权利要求4所述的设备，其中，所述变换单元(96)还被配置为 使得所确定并提供的系数分量(110)是得到具有最高方差的所述信号分量的所述系数分量。

6.  如权利要求4所述的设备，其中，所述系数选择单元(98)被设计为使得所述评估是基于所提供的系数分量(110)与所述参考向量之间的角度的，并且还使得在所述角度小于45°时选择所述系数分量(110)。

7.  如权利要求1所述的设备，其中，所述变换单元(96)还被配置用于确定并提供至少两个系数分量(108、110、112)，并且所述系数选择单元(98)还被配置用于通过评估所述系数分量(108、110、112)来选择所述至少两个系数分量(108、110、112)中的一个。

8.  如权利要求7所述的设备，其中，所述系数选择单元(98)被设计为使得所述评估是基于根据各自的系数分量(108、110、112)的归一化向量导出的坐标与所述参考向量的坐标之间的距离的，并且所述选择是基于最短距离的。

9.  如权利要求7所述的设备，其中，所述系数选择单元(98)被设计为使得所述评估是基于所提供的至少两个系数分量(108、110、112)与所述参考向量之间的角度的，并且还使得具有最小角度的所述系数分量(108、110、112)被选择。

10.  如权利要求3所述的设备，其中，所述预定的参考向量是基于所述对象的皮肤色调的。

11.  如权利要求3所述的设备，其中，所述接口被设计为接收RGB颜色数据，并且所述固定的向量接近[-0.4，0.8，-0.4]，优选地接近[-0.41，0.82，-0.41]，更优选地接近[-0.408，0.817，-0.408]，并且甚至更优选地接近[-0.4082，0.8165，-0.4082]。

12.  如权利要求7所述的设备，其中，所述系数分量(108、110、112)被实现为具有至少两个元素的向量，并且所述系数选择单元(98)还被设计为使得通过将各自的系数分量向量(108、110、112)的选定的元素的相对值与其他系数分量向量(108、110、112)的相同元素的相对值进行比较来实现对所述系数分量(108、110、112)的所述评估，并且还使得对所述系数分量向量(108、110、112)的所述选择是基于所述选定的元素的最高相对值的。

13.  如权利要求12所述的设备，其中，所述接口(26)被设计为接收RGB颜色数据，并且所述选定的元素对应于绿通道。

14.  一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射(14)提取生理信息的方法，包括以下步骤：
-接收根据检测到的电磁辐射(14)导出的数据流(24)，所述数据流(24)包括表示感兴趣区域(58)的信号样本的序列，所述信号样本的序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号(20)的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量，
-根据所述至少两个波长分量(102、104、106)来确定并提供至少一个系数分量(108、110、112)，
-选择一个系数分量(108、110、112)，并且
-基于所选择的系数分量(108、110、112)和所述信号样本的序列来提供信号分量(111)。

15.  一种包括程序代码模块的计算机程序，所述程序代码模块用于当在计算机上执行所述计算机程序时令所述计算机执行如权利要求14所述的方法的步骤。

用于提取生理信息的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备和方法，其中，所述生理信息被嵌入在包括表示感兴趣区域的信号样本的序列的数据流中，所述信号样本的序列展示了包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号的生理信息的连续或离散的特征信号。
背景技术
US 2011/0251493 A1公开了一种用于测量生理参数的方法，所述方法包括：
-捕获人脸的图像的序列；
-在捕获到的图像的帧中识别脸的位置，并且建立包括脸的感兴趣区域；
-将帧中的感兴趣区域中的像素分成形成随时间的原始轨迹的至少两个通道值；
-将原始轨迹分解成至少两个独立的源信号；并且
-处理源信号中的至少一个以获得生理参数。
该文档还公开了对所述方法的若干细化。具体而言，设想了对远程光学体积描记(PPG)分析的使用。光学体积描记法是公知的光学测量方法，所述光学测量方法能够被用来检测被监测对象的组织的微血管床中的血液体积变化。常规PPG方法包括所谓的接触PPG。接触PPG需要基本必须被附接到对象的皮肤的测量部件(例如，光源或光电探测器)。因此，标准光学体积描记包括例如经由被固定到对象的耳垂或指尖的收发器单元的干扰式测量。因此，远程PPG测量通常被体验为不愉快的。
通常，标准(或者：接触)PPG设备包括将被直接附接到待观察的对象的诸如皮肤部分的指示表面的人工光源。以这种方式，实现了对不利影响的避免或减少。例如，能够解决由其他(或者：环境)光源引起的潜在 干扰入射辐射和不期望的目标相对于光源的运动。对应地，诸如至少一个光电二极管的接收器或检测器也被紧密地固定到对象的感兴趣皮肤贴片。在收发器单元太坚固地被固定于对象以至于避免了对象相对于装备的移动的情况下，信号质量也能够例如由于不期望的组织压缩而下降。
最近，应用非干扰式测量的远程PPG方法已经被介绍。基本上，远程光学体积描记法利用远离感兴趣对象设置的光源或一般为辐射源。优选地，对于一些应用，甚至利用容易可用的现有(环境)光源而不是限定的特殊用途光源。例如，能够利用人造光源和/或自然光源。因此，在远程PPG环境中，预计由于广泛变化的照明条件，检测到的信号一般提供非常小的信噪比。类似地，诸如相机的检测器也能够远离远程PPG测量的感兴趣对象设置。因此，远程光学体积描记系统和设备被认为是非干扰式的，并且能够适于且非常适合于日常应用。应用的领域可以包括非干扰式住院护理和门诊监测以及甚至休闲和健身应用。在这一点上，被观察对象能够在远程PPG测量期间享受到特定的移动的自由度被认为是有益的。
因此，与标准(干扰式)光学体积描记法相比，远程(非干扰式)光学体积描记法更易于受畸变和噪声影响。不期望的对象相对于检测器和/或辐射源的运动能够极大地影响信号检测。具体而言，远程光学体积描记设备经常经受变化的总体照明条件。因此，预计检测到的信号几乎总是被噪声和畸变损坏。
另外，远程光学体积描记法测量结果可能遭受包括至少部分对象的皮肤组织的感兴趣区域中的所谓镜面反射。基本上，所述镜面发射被称为入射辐射在表面处的“镜状”反射。镜面反射也可以发生在生物的皮肤表面处。这尤其适用于油性皮肤部分并且一般适用于具有相当黑(高黑色素含量)的皮肤的对象。由于经受镜面反射的皮肤部分基本上在一定程度上对皮肤的表面处的入射辐射进行镜像，所以经反射的辐射只包含穿透皮肤组织而得到的部分。因此，具有镜面反射部分的辐射被认为不直接指示期望的生命信号。
总的来说，远程PPG仍被认为对信号检测和信号处理造成重大挑战。由于记录的数据，例如捕获到的经反射或发射的电磁辐射(例如记录的图像帧)除了将要从其中提取的期望的信号之外总是包括根据诸如由于照明 条件变化(包括镜面反射)的噪声和被观察对象与检测传感器之间的相对移动的总体干扰导出的另外的信号分量，对期望的信号的详细精确提取仍被认为对现有检测方法和处理算法造成重大问题。
作为补救，US 2011/0251493 A1建议通过独立成分分析(ICA)来对例如与由RGB图像检测布置提供的每个波长通道相对应的导出的通道数据进行处理，通过独立成分分析(ICA)得到单独的信号分量。在公开的范例中，这些信号分量是三个信号分量。例如，这些信号分量中的一个包括与待检测的生命体征相关的期望的信息。然而，包含期望的信息的信号分量的结果可能因情况而变化。为了选择正确的信号分量，建议利用周期性信号特征来识别信号分量。这还通过将时间相关的信号分量变换到频域中以分析功率谱来进一步分析。
除了对于计算资源的需求以外，所提出的方法还需要高达一分钟的显著信号长度，以便能够通过这种到频域中的变换来实现对正确的信号分量的有用识别。另外，所提出的方法依赖于这样的假设：在执行ICA之后仅有的周期性信号是包含生命体征数据的期望信号分量。然而，也能够是例如前述镜面反射也可以得到周期性信号分量的情形。通过举例的方式，这可以是在待监测的对象以周期性方式例如在健身房中的锻炼设备上移动的应用中的情况。在这样的示范性设置中，所提出的方法具有在ICA之后选择正确信号分量的困难并且将提供错误的生命体征数据。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备和方法，所述设备和方法更有效并且需求更少的时间和资源，并且所述设备和方法还优选在选择正确的信号分量时更具确定性，由此避免检测误差。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于从远程检测到的由对象发射或反射的电磁辐射提取生理信息的设备，所述设备包括：
-接口，其用于接收根据检测到的电磁辐射导出的数据流，所述数据流包括表示感兴趣区域的信号样本的至少一个序列，所述信号样本的至少一个序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号的生理信息的连 续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量，
-变换单元，其被配置用于确定并提供适用于根据所述信号样本的至少一个序列的所述至少两个波长分量导出至少一个信号分量的至少一个系数分量，
-系数选择单元，其用于选择一个系数分量，以及
-信号分量单元，其用于基于所选择的系数分量和所述信号样本的至少一个序列来提供信号分量，
所述设备优选地还包括：
-信号处理单元，其用于提供来自所述信号分量的期望的生理信息。
如在本发明的上下文内使用的术语“波长分量”应当被理解为所述信号样本的至少一个序列的表示特定波长或波长范围的分量。常见的非限制性范例是RGB信号中的三个波长分量。然而，可以选择包括至少两个波长分量的任何其他格式的信号。
如在本发明的上下文内使用的术语“信号分量”应当被理解为基于由所述接口接收到的所述数据流的所述信号样本的至少一个序列的分量的信号样本的序列并且还是由所述接口接收到的所述数据流的所述信号样本的至少一个序列的分量，在下文中还是信号样本的输入序列。提供这些“信号分量”的示范性方式可以是通过使用被应用到所述信号样本的输入序列的权重系数或系数向量。这些系数分量可以是基于所述信号样本的输入序列本身的并且能够例如通过盲源分离(BSS)方法来提供。通过举例的方式，这些BSS方法包括独立成分分析(ICA)或主成分分析(PCA)。
如在本发明的上下文内使用的术语“系数分量”应当被理解为被应用到所述信号样本的输入序列的系数或系数向量，提供对应的信号分量。这样的“系数分量”可以通过诸如示范性提到的BSS方法的方法被提供为系数分量的集合，并且其中还被用于提供期望的信号分量。然而，在本发明的范围内，这样的系数分量还可以被确定为单个系数(向量)，而不是自动地提供系数分量的集合，如在确立的BSS方法中就是这样。
尽管之前单独地被提到，但是所述变换单元和所述系数选择单元还可以被实现为单个(组合的)单元。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于从远程检测到的由对象发射 或反射的电磁辐射提取生理信息的方法，所述方法包括以下步骤：
-接收根据检测到的电磁辐射导出的数据流，所述数据流包括表示感兴趣区域的信号样本的序列，所述信号样本的序列展示包括指示至少一个至少部分周期性的生命信号的生理信息的连续或离散的特征信号，并且所述数据流包括至少两个波长分量，
–根据所述至少两个波长分量确定并提供至少一个系数分量，
-选择一个系数分量，并且
-基于所选择的系数分量和所述信号样本的序列来提供信号分量，所述方法优选地还包括以下步骤：
-基于所述信号分量来提供所述生理信息。
关于所述系数选择单元或者选择一个系数分量的步骤，不言而喻，在仅有一个系数分量存在的情况下，自动实现前述的单元或步骤，这是因为唯一的系数分量将由于缺少选择而自动地被选择。然而，所述系数选择单元可以用于对所述一个系数分量关于其可用性进行评估。
在提供能够被用于通过选择相应的系数分量来得到诸如期望的生命体征的期望的生理信息的信号分量的情况下，提供生理信息的总体过程变得更有效。这是由于对必要计算进行了最小化。与根据以上提到的US 2011/0251493 A1的方法要求提供至少两个(例如三个)(完整的)信号分量以做出选择相反，本发明将选择的步骤移动到识别(一个或多个)系数分量的过程。对于在US 2011/0251493 A1中描述的方法，所述选择将被移动到所述BSS步骤中，由此避免计算甚至不必要的信号分量的步骤的时间和计算能力需求。
如还将在稍后描述的，这还允许甚至不必须计算全部可能的系数分量，这使得所述方法更加有效并且还避免浪费计算资源。
在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法和要求保护的计算机程序能够具有与要求保护的设备相似并且如从属设备权利要求中限定的优选实施例。
在根据本发明的设备的实施例中，所述系数选择单元还被配置用于基于固定且预定的参考向量来评估所述至少一个系数分量。
在根据本发明的方法的实施例中，所述方法还包括基于固定且预定的 参考向量来评估所述至少一个系数分量。
例如，通过使用固定且预定的参考向量，即使最终可能得到其他的周期性信号分量，对所述系数分量的选择以及因此对包含期望的生命体征数据的相应的信号分量的供应也可以可靠地被完成。另外，在基于对(一个或多个)系数分量的评估的选择的情况下，可以避免需求时间和资源的运算和计算，例如对所述信号分量的傅里叶变换。这加快了对期望数据的总体供应，即更加即时并且需要更短的检测周期，优选地在仅几秒的范围内。总体结果是确定性方法而非启发式方法。
预定向量能够是针对每个对象的通用预定向量，但也能够例如在初始校准之后单独地被选择。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述变换单元还被配置用于确定并提供一个系数分量，并且所述系数选择单元还被配置为使得由所述变换单元提供的所述系数分量相对于所述固定且预定的参考向量而被评估，其中，所述变换单元优选地还被配置为使得所确定并提供的系数分量是得到具有最高方差的所述信号分量的所述系数分量。
在根据本发明的方法的另一实施例中，确定并提供一个系数分量，并且还相对于所述固定且预定的参考向量来评估所述一个系数分量，其中，所确定并提供的系数分量优选地是得到具有最高方差的所述信号分量的所述系数分量。
至少在第一时刻，对仅有一个系数分量的确定将一般必要计算步骤减少到最小，并且因此增加了根据本发明的设备和方法的效率。之后可以评估所提供的系数分量，即检查其在提供包括生理数据的期望信息的信号分量中的可用性。假设所述生理数对接收到的信号样本的输入序列中的变化提供最显著且最持久的贡献，则具有最高方差的所述信号分量包含期望的生理信息。因此，首先确定并提供得到具有最高方差的所述信号分量的所述系数分量在大多数情况下将足以得到期望的生理信息，并且因此提高了效率，这是因为可以省略对剩下的系数分量的确定和提供。
通过举例的方式并且类似于提到的BSS方法，这可以通过确定所述信号样本的输入序列的协方差矩阵的特征值并且确定/提供具有最高特征值的对应于所述系数分量的特征向量来实现。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述系数选择单元被设计为使得所述评估是基于所提供的系数分量与所述参考向量之间的角度的，并且还使得在所述角度小于45°时选择所述系数分量。
在根据本发明的方法的另一实施例中，评估所述一个系数分量的步骤包括以下步骤：
-确定所述系数分量与所述固定且预定的参考向量之间的角度，并且
-在到所述固定且预定的参考向量的角度的绝对值小于45°时选择所述系数分量。
假设可以通过本发明的方法导出的全部系数分量或系数分量向量是彼此无关的，即正交的，则该标准可以被用于评估确定的系数分量的可用性。如果到所述预定的固定参考向量的角度小于45°，则不可能存在具有相对于所述参考向量更小的角度的其他系数分量，这是由于所述系数分量相对于彼此的正交性。另一方面，如果所述角度是45°或更大，则存在至少另一可能更好的系数分量，并且需要确定至少下一系数分量。这优选地可以是得到具有次高方差的信号分量的系数分量。对于以上提到的范例，这将是例如具有次高特征值的特征向量。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述变换单元还被配置用于确定并提供至少两个系数分量，并且所述系数选择单元还被配置用于通过评估所述系数分量来选择所述至少两个系数分量中的一个。
在根据本发明的方法的另一实施例中，确定并提供至少两个系数分量，并且通过评估所述系数分量来选择所述至少两个系数分量中的一个。
优选地，关于对所述系数分量的评估的全部实施例，其中，每个系数分量包括元素的集合，由此形成对应的系数分量向量，包括变换和/或系数选择单元，或者因此包括其中总体系数分量(向量)被乘以其元素中的一个的符号的方法的步骤。该元素优选地是对应于一般受(周期性的)生命体征或生理信息影响最大的波长分量的元素。这样的原因是所述系数分量向量对应于受影响最大的波长分量的元素通常相对于其他元素对前述的波长分量给出最高权重。另一方面，具有较小的脉冲幅度的波长分量可以得到所述系数分量向量的小元素，使得符号由于值接近零而变得不稳定。在其中所述数据流包括RGB颜色数据的示范性情况下，所述系数分量向量被 乘以对应于绿通道的第二元素的符号。备选地，在使用诸如750nm、880nm和980nm的IR波长分量的示范性设置中，能够在880nm波长分量中找到最强的脉冲影响。因此，在该范例中，所述系数分量向量对应于880nm的元素被选择用于前述的符号相乘。
该措施得到包括相同符号的系数分量或系数分量向量，以便彼此比较并且还得到总是具有相同符号(即与背后的生命体征的关系)的信号分量。否则，该符号可以是任意的，这是因为用于找出系数分量的大多数方法涉及找出相对于彼此无关的系数分量的集合。然而，这与所述符号无关并且因此可能不是在对根据本发明的设备和/或方法的实际实现中的每种情况下都受控制。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述系数选择单元被设计为使得所述评估是基于根据各自的系数分量的归一化向量导出的坐标与所述参考向量的坐标之间的距离的，并且所述选择是基于最短距离的。
在根据本发明的方法的另一实施例中，评估所述至少两个系数分量的步骤包括以下步骤：
-确定根据各自的系数分量的归一化向量导出的坐标与所述固定的预定参考向量的坐标之间的距离，并且
-选择具有最小距离的所述系数分量。
这样，能够基于向量的坐标的欧几里得距离来确定还优选经归一化的所述系数分量与所述预定的参考向量之间的差。全部的经确定的距离的最小值指示最接近所述预定的参考向量，即在其取向上最接近的所述系数分量。该实施例以及接下来的一个实施例能够与诸如PCA或ICA的若干盲源分离方法结合来使用。在ICA中，得到的独立分量不一定必需正交，并且因此不能够使用具有包括小于45°的角度的选择标准的前述实施例。在该实施例以及接下来的一个实施例中，将全部的向量与所述参考向量进行比较以(根据距离或角度)查看哪一个是最好的。
该实施例优选地包括将所述系数分量与它们的元素中的一个的符号相乘的步骤。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述系数选择单元被设计为使得所述评估是基于所提供的至少两个系数分量与所述参考向量之间的角度 的，并且还使得选择具有最小角度的所述系数分量。
在根据本发明的方法的另一实施例中，评估所述至少两个系数分量的步骤包括以下步骤：
-确定各自的系数分量与所述固定的预定参考向量之间的角度，并且
-选择具有到所述固定的预定参考向量的最小角度的所述系数分量。
这样，确定了所述系数分量向量与所述预定的参考向量之间的各自的角度。所确定的角度的最小值指示最接近所述预定的参考向量，即在其取向上最接近的所述系数分量。由此，对所述系数分量的归一化是不必要的，但是无论如何可以进行。
该实施例优选地包括将所述系数分量与它们的元素中的一个的符号相乘的前述步骤。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述预定的参考向量是基于所述对象的皮肤色调的。
由所述对象反射(并且由所述设备检测到)的光基本上包括两个分量：一个漫反射分量，其具有已经行进通过皮肤并且示出其包括其由于待检测的诸如脉搏的生命体征的生理表现的变化的颜色的光；以及示出光源的颜色的直接反射光的一个分量，其也被称为镜面发射。尽管后者可以根据反射角度和光源(的颜色)而变化，但是不根据基于待检测的生命体征的改变而变化，第一漫反射分量基本上与角度无关。由于该分量围绕皮肤的颜色或皮肤色调而变化，所以对接近根据该皮肤色调的值的信号分量的搜索帮助忽视基于镜面反射的信号分量。在结果中，对应的参考向量能够被提供用于评估基于该皮肤色调的所述系数分量。
作为基础，可以为每个对象单独地选择所述皮肤色调。也能够并且在本发明的上下文中还优选地是，确定并且使用“标准化”皮肤色调。可以通过例如确定代表性量的对象的皮肤色调并且计算平均值以经验方法来确定这样的“标准化”皮肤色调。之后在用于确定根据本发明的所述固定的预定向量的方法中，所述(“标准化”)的皮肤色调可以是基础。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述接口被设计为接收RGB颜色数据，并且所述固定的向量接近[-0.4，0.8，-0.4]，优选地接近[-0.41，0.82，-0.41]，更优选地接近[-0.408，0.817，-0.408]，并且甚至更优选地接近 [-0.4082，0.8165，-0.4082]。
如在本发明的上下文内尤其是在前述向量的上下文内使用的术语“接近”应当被理解为包含落在考虑了旨在允许各自的最后一位中的±1的偏差的各自的准确度的给定值下的全部值，例如向量的向量元素。例如，0.8应当被理解为包含从0.7至0.9的值，-0.82应当被理解为包括从-0.81至-0.83的值，等等。
本发明人发现，在所述接口能够接收并且还以RGB格式提供数据的例如但不限于数码相机和摄录像机、摄像头等的设置中，所述对象是人类并且待检测的生命体征是脉搏(HB)，能够通过公式(1)来确定后者：
HB≈1.5R_n-3G_n+1.5B_n            (1)
其中，R_n、G_n和B_n是通过将各个值除以各自的通道的(在时间间隔上的)平均值而得到的RGB数据的元素。这意味着这些RGB元素大多数仅仅稍微与平均值或均值，即个体的皮肤色调偏离。这种偏离包括HB信息。在通过因数1.5、-3和1.5进行加权的情况下，由于运动的变化的影响基本上被消除，这是因为运动通常将RGB数据调制到相同的百分数，并且能够提供RGB数据与HB之间的对应性。另外，使用这些因数用作基础，可以发现固定的预定向量接近加权向量即加权系数分量向量被取向处。
本发明人还发现，这也适用于包括也可以通过如前面提到的BSS导出的HB信号的信号分量。因此，例如对包含期望的HB信号信息的信号分量的选择能够涉及找出最接近预定向量的对应的系数分量向量。向量[1.5，-3，1.5]归一化得到[0.4082，-0.8165，0.4082]并且乘以第二元素的符号进一步得到最优选的参考向量[-0.4082，0.8165，-0.4082]。
除了使用RGB颜色数据的该实施例，在本发明的设备的另一实施例中，所述接口被设计为接收多波长红外数据，并且所述固定的向量接近[-0.3，-0.8，-0.5]，优选地接近[-0.26，-0.80，-0.54]。这优选地适用于从750nm到1000nm的波长范围。例如，当选择接近780nm、880nm和980nm的波长时，还是第二分量，即对应于880nm的分量主要受到待检测的生理信息影响。因此，选择系数分量的方式可以使得系数分量向量的第二元素相对高。
在根据本发明的设备的另一实施例中，所述系数分量被实现为具有至 少两个元素的向量，并且所述系数选择单元还被设计为使得通过将各自的系数分量向量的选定的元素的相对值与其他系数分量向量的相同元素的相对值进行比较来实现对所述系数分量的所述评估，并且还使得对所述系数分量向量的所述选择是基于具有最高相对值的所述选定的元素的，其中，所述接口优选地被设计为接收RGB颜色数据，并且所述选定的元素对应于绿通道。在使用具有750nm、880nm和980nm的IR波长分量的备选实施例中，所述选定的元素对应于具有880nm的中间通道。
在根据本发明的方法的另一实施例中，所述系数分量被实现为具有至少两个元素的向量，并且
评估所述至少两个系数分量的步骤包括以下步骤：
-确定每个系数分量向量的选定的元素的相对值，并且
-选择具有最高相对值的所述系数分量，其中，所述数据流优选地包括RGB颜色数据，并且所述选定的元素对应于绿通道。再次地，考虑到如前面提到的波长分量，在IR中所述选定的元素对应于880nm。
在该实施例中，通过找出在所述系数分量向量的一个选定的元素中包括最高相对值的所述系数分量来选择所述系数分量，其中，该元素优选地被表征为对应于受所述生理信息，即检测到的(周期性)生命体征影响最大的所述波长分量的元素。在提到的RGB颜色数据的示范性情况下，该波长分量是绿通道。在提到的IR波长分量的其他示范性情况下，所述波长分量是对应于880nm的波长分量。因此，对所述系数分量向量的选择使得选择在计算各自的信号分量时对该第二波长分量，即绿色或880nm给出最高权重的系数分量。
该实施例以及其中相对于参考向量来实现所述评估的前述实施例能够与诸如PCA或ICA的若干盲源分离方法结合使用。
在示范性实施例中，假设三维系数分量向量，这能够通过计算所述系数分量向量的第二元素与该向量的全部元素的和的绝对值之间的差来完成。通过将针对全部确定的系数分量向量计算的这些差进行比较，包括最高值的系数分量被选择用于计算并且由此例如通过将选定的系数分量与信号样本的输入序列相乘来提供期望的信号分量。
该实施例优选地包含将所述系数分量与它们的元素中的一个的符号相 乘的前述步骤。
在本发明的又一方面中，提供了一种包括程序代码模块的计算机程序，所述程序代码模块用于当在计算机上执行所述计算机程序时令计算机执行根据本发明的方法的步骤。
如在本文中使用的，术语“计算机”代表多种处理设备。换言之，具有相当大的计算能力的移动设备也能够被称为计算设备，即使它们提供比标准台式计算机少的处理能力资源。另外，术语“计算机”还可以指分布式计算设备，所述分布式计算设备可以包括或利用在云环境中提供的计算能力。
在根据本发明的设备的其他可能的实施例中，所述数据流包括多个信号样本的序列，每个表示所述对象上的各个感兴趣区域，并且每个由所述设备的所述变换单元、所述系数选择单元和所述信号分量单元单独地处置。通过监测多个感兴趣区域，能够计算检测到的信号的组合。由此，所监测的感兴趣区域中的一个中由于干扰的错误读数或部分变化可以容易地被忽视，或者不会显著地影响总体检测到的数据。
在根据本发明的设备的另一可能的实施例中，所述设备还被设计为随时间跟踪所述对象上的各个区域。这允许本发明的设备被用在所述对象相对于所述设备移动的设置中。这在所述设备与所述对象不存在直接接触的远程光学体积描记法(R-PPG)中尤其是有利的。
在根据本发明的设备的另一可能的实施例中，所述设备还包括数据组合单元，所述数据组合单元被配置用于通过将各个区域的各个选定的信号分量组合来生成增强的选定的信号分量。该组合单元之后将能够基于前述的多个信号样本的序列来将各个信号分量组合，并且由此能够提供检测到的信号的前述组合。由此，检测到的信号中的不期望的干扰或其他误差可以通过对检测到的信号的组合而丢失，或者甚至可以在单独的比较步骤中被检测到并且之后被无视。
附图说明
本发明的这些方面和其他方面将参考下文描述的实施例变得显而易见并将参考下文描述的实施例得到阐述。在以下附图中：
图1示出了其中能够使用本发明的设备的总体布局的示意性图示。
图2a示出了表示被观察对象的简化的示范性帧；
图2b示出了根据图2a的帧的表示感兴趣区域的放大部分视图；
图3示出了经由ICA的BSS的示范性实施例；
图4示出了本发明的设备的部分的示范性实施例；并且
图5示出了本发明的设备的部分的另一示范性实施例。
具体实施方式
以下段描述了利用本发明的设备和方法的若干方面的远程光学体积描记的示范性方法。应当理解，能够从各自的总体方法或实施例的上下文提取示出的方法的单个步骤或特征。因此，这些步骤和特征能够是仍被本发明的范围覆盖的单独的实施例的部分。
在Verkruysse W.等人的“Remote Plethysmographic Imaging Using Ambient Light”(Opctics Express，Optical Society of America，美国华盛顿特区，第16卷，第26号，第21434至21445页，2008)中描述了远程光学体积描记的基本方法。
图1示出了由附图标记10标示的用于提取生理信息的设备的示意性图示。例如，所述设备能够被用于记录表示用于远程PPG监测的远程对象12的图像帧。能够根据由对象12反射的电磁辐射14导出该图像帧。在某些条件下，尤其在特定亮度条件下，电磁辐射14的至少部分能够由对象12发射或透射。辐射透射可以在对象12暴露于照射通过对象12的强照明源时发生。辐射发射可以在处理并捕获到由身体热量引起的红外辐射时发生。然而，对于远程PPG应用，电磁辐射14的大部分能够被认为是由对象12反射的辐射。对象12能够是人类或动物，或者一般为生物。另外，对象12能够是高度指示期望信号的人的部分，例如脸部分或一般为皮肤部分。
诸如日光16a或人造辐射源16b的辐射源以及若干辐射源的组合能够影响对象12或撞击对象12。辐射源16a、16b基本上发射撞击对象12的入射辐射18a、18b。为了从诸如图像帧的序列的记录的数据提取生理信息，能够由传感器单元22来检测对象12的限定部分或部分。通过举例的方式，传感器单元22能够由适于捕获属于电磁辐射14的至少一个谱分量的信息 的相机来实现。不言而喻，设备10还能够适于处理已经提前记录的输入信号，即输入数据流，并且同时进行存储或缓存，如以上所指示的，电磁辐射14能够包含能够高度指示至少一个至少部分周期性的生命信号20的连续或离散的特征信号。特征信号能够被嵌入在(输入)数据流24中。
根据实施例，为了数据捕获，能够选择(或者：利用像素模式来遮蔽)对象12的潜在高度指示性部分。当在某时刻使像素模式的各自的单个像素值聚集时，能够根据像素模式导出平均像素值。以这种方式，检测到的信号能够被归一化并且在某种程度上补偿总体干扰。一般地，特征信号被认为包含恒定(DC)部分和叠加在DC部分上的交变(AC)部分。应用信号处理措施，能够提取AC部分并且另外能够补偿干扰。例如，特征信号的AC部分能够包括能够高度指示对象12的心率的主频率。能够由特征信号来表示平均像素值。感兴趣生命信号20能够被嵌入在特征信号的轻微波动(轻微周期性属性变化)中。在下文中，捕获到的数据流能够被认为是对对象12中的特定感兴趣区域的表示，所述特定感兴趣区域可以覆盖聚集的像素区域，所述聚集的像素区域覆盖多个像素。在图1中，生命信号20可以允许关于心率、心跳、心率变异性、呼吸率或甚至氧饱和度的若干结论。
用于获得这样的生命信号的已知方法可以包括触觉心率监测、心电图或脉搏血氧测定法。然而，为了这个目的，需要干扰式监测。如以上所指示的，备选方法涉及利用图像处理方法的非干扰式远程测量。
能够将包括连续或离散的特征信号的数据流24从传感器单元22递送到接口26。不言而喻，还能够在传感器单元22与接口26之间插入缓存单元。在接口26的下游，输入数据流24'能够被递送到处理模块或处理单元28。处理单元28能够被认为是由各自的逻辑命令(程序代码)驱动的计算设备或者至少计算设备的部分，从而提供期望的数据处理。处理单元28可以包括下文中提出的若干部件或单元。应当理解，处理单元28的每个部件或单元能够虚拟地或离散地被实施。例如，处理单元28可以包括许多处理器，例如多核处理器或单核处理器。能够由处理单元28利用至少一个处理器。所述处理器中的每个能够被配置为标准处理器(例如中央处理单元)或被配置为专用处理器(例如图形处理器)。因此，处理单元28能够适当 地被操作从而将若干数据处理任务分布给适当的处理器。
根据本发明的实施例，处理单元28包括分割单元30，分割单元30被配置用于确定指示性帧段，尤其是对象12的皮肤部分，使得指示性帧段优选地包括感兴趣区域。应当提到，指示性帧段和感兴趣区域两者能够彼此匹配或对应。然而，备选地，指示性帧段和感兴趣区域还可以在某种程度上在大小或位置上偏离。分割单元30能够适于皮肤分割和/或特征跟踪措施。皮肤分割和特征跟踪两者都能够被用于模式检测，从而初步地检测感兴趣区域并且随时间跟踪感兴趣区域。因此，分割单元30能够有助于运动补偿。
然而，在备选实施例中，能够由设备10的用户手动地执行模式检测或皮肤分割。例如，用户能够在表示用于确定待处理的初始帧段的初始帧的帧中遮蔽对象的脸部分或皮肤部分。
处理单元28还可以包括划分单元32，划分单元32被配置用于选择性地将感兴趣区域划分成至少两个定义的信号子集。以这种方式，嵌入在数据流中的帧的序列能够被分裂成至少两个子序列。如在本文中使用的，分裂或划分通常指将感兴趣区域中的区域分开。
处理单元28还可以包括信号提取单元34，信号提取单元34用于处理由划分单元32生成的多个至少两个独特的子序列中的每个。以这种方式，能够导出多个独特的指示性特征子信号。所以，代替将感兴趣区域作为整体处理，能够单独地处理其子部分。以这种方式，能够解决局部发生的干扰和畸变。能够由信号提取单元34来执行信号处理，尤其是信号提取。信号提取单元34能够被配置用于处理多个至少两个独特的子序列中的每个。换言之，信号提取单元34不一定必需处理由划分单元32生成的每个子序列。
在感兴趣部分能够被畸变局部地损坏的情况下，能够假设(各自的子集的)至少两个独特的子序列中的一些展示严重畸变的信号，而其他部分可以展示畸变小得多的信号。感兴趣区域被划分成的信号子集的数量越高，该畸变的出现能够与子集中的一些“匹配”得越好。
如以上提到的，优选地，划分单元32和信号提取单元34还能够被配置用于将划分与处理感兴趣区域结合，使得相应地形成并处理至少两组 信号子集。以这种方式，感兴趣区域的每个时刻(帧数)能够被处理若干次。对至少两组定义的信号子集的供应允许在面对感兴趣区域中局部发生的畸变和干扰时具有大得多的灵活性。
另外，处理单元28能够包括数据组合单元36，数据组合单元36被配置用于在考虑了提取出的特征子信号的情况下生成增强的特征信号。为了生成增强的特征信号，能够考虑特征子信号的特质。例如，能够应用统计学措施从而减弱被认为主要由局部发生的干扰引起的离群值。因此，得到的增强特征信号能够被进一步改进。应当指出，在特征子信号的基础上，能够精确地实现并解决局部干扰相关的伪影。与此相反，当将感兴趣区域作为整体处理时，而仅能够应用(在局部畸变方面)无目标的信号增强措施。
尽管如此，然而，处理单元28还能够包括信号增强单元38，信号增强单元38被配置用于进一步处理由信号组合单元36生成的特征信号。例如，信号增强单元38能够被配置为在特征信号中寻找主频率。备选地，信号增强单元38能够被配置用于过滤特征信号，使得被认为不指示期望的生命信号20的频率部分能够被忽视或至少被减弱。
最终，能够由处理单元28生成经处理的数据流40。在处理单元28的下游，能够提供(输出)接口42，经处理的数据40能够被递送到接口42。能够由相同的(硬件)连接器来实现接口26、42两者。经由接口42，能够使输出数据44可用于进一步的分析和/或可用于显示措施。处理单元28以及接口26、42能够被实现在共同处理装置或外壳48中。附图标记48还能够描述虚拟系统边界。尽管如此，传感器单元22也能够被集成到共同处理外壳48中。由附图标记50来标示设备10的潜在总体系统边界。应当理解，设备10还能够被实施为分布式设备。例如，至少传感器单元22能够被划分为与处理单元28分开或远离处理单元28。此外，处理单元28的功能实体能够被实施到分布式处理设备中，所述分布式处理设备能够经由线缆或无线连接或网络来连接。
图2a图示了包括对象12的表示的(图像)帧54。如以上提到的，对象12的皮肤部分，尤其是对象12的脸部分，被认为高度指示期望的生命信号。通过举例的方式，在帧54中选择指示性帧段56。为了这个目的， 能够应用模式检测或识别。例如，指示性帧段56包括感兴趣区域58或与感兴趣区域58相对应。在图2a中，示范性地，指示性帧段56与感兴趣区域58不匹配。
如在本文中使用的，术语“感兴趣区域”通常指像素的集合或阵列。由于对于远程光学体积描记法预计运动相关的干扰，所以应当理解，在帧54的系列(序列)中的每帧54中的感兴趣区域58的精确位置能够随时间漂移或移动。因此，优选地应用运动补偿措施，从而确保能够随时间跟踪感兴趣区域58。
图2b是在图2a中选择的对象12中的感兴趣区域58的放大视图。如以上提到的，感兴趣区域58能够被畸变局部地损坏。例如，畸变区域60a、60b能够存在于感兴趣区域58中。在一些对象12中，取决于观察环境，前额区域能够容易受到镜面反射的影响。这尤其在前额区域流汗或出油时适用。因此，畸变区域60a能够不利地影响集中于将感兴趣区域58作为整体进行数据处理的结果。基本上，这同样可以适用于畸变区域60b。
镜面发射是由感兴趣区域58中的对象12反射的电磁辐射14的部分。因此，经反射的电磁辐射14能够被认为包括该镜面反射部分和漫反射部分。漫反射得自于诸如光的辐射18a、18b进入或穿过对象的皮肤并且利用皮肤色调的分量被发射并且至少间接地受到期望的生命体征20的进一步影响。因此，经反射的电磁辐射14的漫反射部分与确定期望的生命体征20相关，然而镜面反射部分仅受到辐射源16a、16b(例如其类型)以及发射的辐射18a、18b的波长以及对象12的感兴趣区域58相对于辐射源16a、16b的角度的影响。
能够例如通过盲源分离(BSS)方法来实现找出影响总体经反射的辐射的单独的信号分量。这样的方法的一个范例是例如在由M.Z.Poh、D.J.McDuff和R.W.Picard的“Non-contact，automated cardiac pulse measurements using video imaging and blind source separation”(Opt.Express，第18卷，第10号，第10762至10774页，2010)中描述的独立成分分析(ICA)，通过引用将其整体并入本文。这样的方法的另一范例是例如在由M.Lewandowska、J.Ruminski、T.Kocejko和J.Nowak的“Measuring Pulse Rate with a Webcam-a Non-contact Method for Evaluating Cardiac Activity” (Proc.FedCSIS，第405至410页，2011)中描述的主成分分析(PCA)，通过引用将其整体并入本文。
两种方法都提供根据原始接收到的电磁辐射14的波长分量导出的信号分量的集合。在图3中针对被检测为具有表示红、绿、蓝通道的三个波长分量70、72和74的RGB信号的电磁辐射14对此进行了示范性图示。如箭头78、80和82所图示的，这些波长分量70、72和74被提交到ICA步骤76。在该范例中，结果是三个信号分量84、86和88。这由箭头90、92和94图示。在也在US 2011/02514893 A1中描述的前述ICA方法中，通过找出具有周期性信号的信号分量来实现对包括与期望的生命体征20有关的信息的信号分量的选择。这依赖于仅存在一个周期性信号的假设。
在电磁辐射14的两部分，即镜面反射和漫反射随时间变化，并且镜面反射部分甚至能够例如通过对象在某种程度上相对于辐射源16a、16b的周期性移动而周期性变化的情况下，基于该假设的选择有可能失败。
在RGB分量的范例中，能够通过使用颜色不同的信号来实现对不期望的镜面反射部分的消除。为此，建立两个正交的颜色不同的信号，例如X＝R-G并且Y＝0.5R+0.5G-B。由于对象的运动以及因此的镜面反射的变化将影响全部三个通道，然而漫反射将不同地影响X和Y，所以公式(2)指示脉搏(HB)
HB=XnYn-1---(2),]]>
其中，X_n和Y_n表示各自的归一化值。
另外，“标准化”皮肤色调能够被用作基础，其中，该皮肤色调为[R，G，B]＝[0.7682，0.5121，0.3841]。基于通过本发明人测试具有不同的皮肤色调的117个人找出的该“标准化”皮肤色调，来自各自的对象的皮肤色调的偏差能够通过公式(3)被变换成“标准化”皮肤色调偏差
R_S＝0.7682R_n，G_S＝0.5121G_n，B_S＝0.3841B_n            (3)，
其中，R_n、G_n和B_n是根据它们的平均值而被划分的各自的检测到的RGB值。该R_n、G_n和B_n是独立于辐射源16a、16b(例如其颜色)的并且提供各自的对象的皮肤色调而不论辐射源16a、16b的颜色。
能够通过如公式(4)和(5)中示出的X_S和Y_S来得到相应的HB值
XS=RS-GS0.7682-0.5121---(4),]]>
YS=RS+GS-2BS0.7682+0.5121-0.7682---(5),]]>
之后由公式(6)给出HB
HB=XSYS-1---(6),]]>
例如可以通过如前面描述的诸如ICA或PCA的BSS导出的各自的信号分量也能够被认为是来自分别与系数分量向量的元素c₁、c₂和c₃相乘的平均皮肤色调R_nB_nG_n的时间相关偏差。能够根据公式(7)从这里确定HB
HB＝c₁R_n+c₂G_n+c₃B_n               (7)，
能够经由例如ICA或PCA来导出这些元素，在ICA或PCA中确定系数分量向量[c₁，c₂，c₃]以提供各自的信号分量。
根据本发明，也能够通过找出对应的系数分量(向量)[c₁，c₂，c₃]来实现找出期望的信号分量。
将公式(6)重新写成公式(8)
log(1+HB)=log(XSYS)=log(XS)-log(YS)---(8),]]>
并且假设对数的全部自变量(argument)的对数泰勒展开都非常接近1，得到公式(9)的近似作为结果
HB≈X_S-Y_S                 (9)，
利用公式(4)和(5)以及公式(3)，HB能够被写为如公式(10)中例示的
HB≈1.5R_n-3G_n+1.5B_n                (10)，
其中，[c₁，c₂，c₃]给出为[1.5，-3，1.5]或者归一化为[0.4082，-0.8165，0.4082]。
由于系数分量向量彼此独立，并且由于该标准不受各自的向量的符号的影响，所以系数分量向量的结果可能使得向量的符号可以根据不同情况而随意变化，或者以顺序间隔执行处理时向量的符号可以根据不同时间而变化。这是通过将向量与其第二元素的符号相乘来补救的，在本文描述的范例中，所述第二元素对应于绿通道。这得到针对RGB数据的参考向量为[-0.4082，0.8165，-0.4082]。
以类似的方式，能够确定其他波长分量的参考向量，例如针对IR波长分量750nm、880nm和980nm的参考向量为[-0.26，-0.80，-0.54]。因此，通过调整关于针对所述波长分量的参考向量的描述，关于提到的针对RGB数据的参考向量的以下描述也适用于包括其他波长分量的其他数据流，其他波长分量例如但不限于示范性提到的IR波长分量。
在当前情况下使用第二通道的原因是，通常绿波长分量即绿通道受诸如像脉搏的生命体征的生理信息的影响最大。因此，期望绿通道的贡献保持相同符号，以便得到可比较且可用的系数分量以及因此的可用信号分量。
基于此，可以通过选择在其到该参考向量的取向上最接近的系数分量(向量)以确定性方法来完成对正确且期望的信号分量的选择。这能够通过计算系数分量向量的(归一化)向量与参考向量的端点之间的欧几里得距离或者通过确定这些向量之间的角度来完成。因此，选择示出最低(欧几里得)距离或计算出的角度中的最小值的系数分量。
在示范性描述的系统10中，这通过向设备10提供变换单元96、系数选择单元98、信号分量单元99和信号处理单元100来实现。
这被示范性示出在图4中，其中，这些单元被认为是信号提取单元34的部分。其中，变换单元96接收包括至少两个波长分量的数据流24。在本范例中，其中，信号流24包括RGB数据，信号24具有三个波长分量102、104和106。每个波长分量与RGB(即红、绿或蓝)的三个波长分量中的一个类似。对于这些波长分量102、104和106，可以在变换单元96中计算三个系数分量108、110和112。例如，这可以与从BSS方法使用并已知的方法类似地来完成。通过举例的方式，可以计算由三个波长分量102、104和106表征的输入信号的协方差矩阵。可以根据该协方差矩阵来确定特征值并且进一步特征向量。这些特征向量之后得到期望的系数分量向量108、110和112。对于该步骤，优选地将特征向量乘以特征向量的第二元素的符号，在这种情况下，所述元素对应于绿通道。系数选择单元98之后分析三个系数分量108、110和112，以便找出得到包含关于生命体征20的期望信息的信号分量的系数分量。这通过优选地根据如前面解释的方法确定哪个系数分量最接近预定的参考向量[-0.4082，0.8165，-0.4082]来完成。 在该范例中，假设第二系数分量110是最接近的，则由系数选择单元98向信号分量单元99提供系数分量110。信号分量单元99之后计算期望的信号分量111。这通过将输入信号，即波长分量102、104和106与系数分量向量110相乘，即通过提供每个波长分量由系数分量向量110的各自的元素加权的波长分量102、104和106的和来实现。得到的信号分量111之后被提供给信号处理单元100。
之后信号处理单元100可以基于信号分量111来确定并提供期望的生命体征20。这由箭头114图示。
尽管在该范例中信号处理单元100被描述为信号提取单元34的部分，但是不言而喻，信号处理单元100可以是设备10的单个单元，或者例如处理单元28的前述单元中的另一单元的部分。另外，不言而喻，尽管已经针对包括RGB数据的信号流24示范性描述了所述设备，但是可以相应地使用包括至少两个波长分量，优选地包括至少三个波长分量的任何其他数据格式，只要基于用于得到该参考向量的前述步骤对预定的参考向量的必要修改是根据本发明做出的。这同样适用于也能根据前述描述导出的根据本发明的方法。
在根据本发明的备选实施例中，可以在系数选择单元98中通过比较系数分量向量的选定的元素的值选择系数分量向量。在RGB颜色数据的该示范性情况下，用于该比较的元素还是第二元素，这是由于第二元素的前述显著性，即绿色，即第二通道中的生理信息的影响。在该实施例中通过计算第二元素与在各自的向量的全部元素上的和的绝对值之间的差异来实现该比较步骤。这针对全部系数分量向量来完成，在这种情况下针对全部三个系数分量向量来完成，并且选择具有最高结果值的系数分量向量。
该方法还使用了生理信息的特征在波长分量的第二通道即绿通道中是最强的。
第二备选实施例将选择期望的系数分量的步骤移动到系数分量被实际计算之前的点。这被图示在图5中，其中，系数选择单元98’被图示为变换单元96’的部分。由于图4中的信号提取单元34和图5中的信号提取单元34’基本上包括相同或相似的特征，相同的部分在下文中通过相同的附图标记来指代并且不再进一步描述。否则，相似的部分通过后面带有撇 (’)的相同参考标记来指代。
期望的信号分量在大多数情况下是包括最高方差的信号分量。因此，在变换单元96’中，所述确定可以如前面针对变换单元96提到的来实现。然而，可以在特征值的步骤处停止步骤。以这样的方法确定的特征值的绝对值对应于通过对得到的系数分量与输入信号的乘法来得到的信号分量的各自的方差，所述得到的系数分量换言之是所述特征向量，所述输入信号即波长分量。这意味着特征值越高则总体得到的信号分量中的方差越高。结果，在本实施例中，这在系数选择单元98’中通过比较特征值、提供最高特征值、对具有最高绝对值的特征值求平均来确定。另外，系数选择单元98’确定对应的特征向量，并且接下来，通过再次将向量与向量的第二元素的符号相乘来确定系数分量(向量)110’。
系数分量向量110’之后被提供给信号分量单元99’以用于确定并提供信号分量111’。以下流程能够被认为与如前面针对信号提取单元34描述的流程相同并且得到如由箭头114’图示的对生命体征20的期望的供应。
该方法和设备是有益的，这是因为不一定必需每次计算全部的系数分量108、110和112。因此，可以节约计算资源并且提供更有效且更快的方法。
对于其中包括最高方差的信号分量不是期望的信号分量的情况，包括另外的评估步骤。被包括在系数选择单元98’中的该评估步骤可以评估得到的系数分量向量110’。这能够以与如前面描述的评估方法类似的方式来完成。为此，确定系数分量110’与前述的参考向量[-0.4082，0.8165，-0.4082]之间的角度。如果该向量小于45°，则该系数分量110’是得到期望的信号分量的系数分量。这是由于相对于彼此正交的系数分量的特征。结果，如果一个向量包括小于45°的角度，则将没有其他向量能够具有与参考向量的更小的角度。
然而，如果确定的系数分量的角度是45°或更高，则在该方法的进一步的步骤中优选地选择下一最高的特征值，并且确定对应的特征向量。如前面描述的，这得到下一系数分量，等等。
由于这种情况相关的计算，如前面已经提到的，必要的时间以及因此对计算资源的需求总体上显著下降。
作为适用于前面提到的全部实施例的另外的步骤，可以进行例如对被提供给信号处理单元100的信号分量111或111’的优化。该优化是通过所谓的交叠相加流程来示范性实现的。在Rabiner Lawrence R.、Gold Bernard的“Theory and application of digital signal processing”(Englewood Cliffs，N.J.：Prentice-Hall，第63至67页，1975，(ISBN 0-13-914101-4))中并且在Oppenheim Alan V.、Schafer Ronald W的“Digital signal processing”(Englewood Cliffs，N.J.：Prentice-Hall，1975，(ISBN 0-13-214635-5))中示范性描述了这样的流程，通过引用将其整体并入本文。
在这样的交叠相加流程中，选择特定的间隔长度。之后，汉宁(Hanning)窗函数或任何其他适合的窗函数被应用到信号分量111、111’的这样的间隔长度。半个间隔长度之后，另一间隔长度从信号分量111、111’取得并且被乘以汉宁窗。再次地，每半个间隔长度后，对此进行重复，并且由此得到的通过窗函数加权的信号再次被加在一起。这得到经优化的总体信号。
为此，与系数分量的第二元素的符号的前述乘法是进一步有益的，并且也能够是必要的，这是因为避免了信号分量中的任何随意的(符号)变化。这些对于前述的优化是非常不期望的，这是由于将以其他方式得到比之前更差的信号的最终的相加流程。
能够从8幅至1024幅图片的周期中选择前述间隔长度，前述间隔长度基本上在0.4秒与50秒之间。对于具有剧烈运动的情况选择如优选1至2秒的间隔长度，更优选1.5秒的间隔长度，所述间隔长度对应于至少一个脉搏周期。然而，在较静态的场景中可以优选较长的间隔。
通过举例的方式，本发明能够被应用在健康护理的领域中，例如非干扰式远程患者监测、一般监控、安全监测以及诸如健身装备等的所谓的保健环境。应用可以包括对氧饱和度(脉搏血氧测定法)、心率、血压、心输出量、血液灌注的变化的监测、对自主功能的评价以及对外围血管疾病的检测。不言而喻，在根据本发明的方法的实施例中，可以以变化的顺序或者甚至同时执行本文中描述的步骤中的若干。另外，也可以在不脱离本发明的范围的情况下跳过所述步骤中的一些。这尤其适用于若干备选信号处理步骤。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明并描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。
权利要求书中的任何附图标记都不得被解释为对范围的限制。