智能手環(huán)之技術(shù)應(yīng)用：睡眠檢測

2022年6月，睡眠檢測專題的內(nèi)容更新至v2版本，合并之前的內(nèi)容，公布已經(jīng)完善的睡眠檢測算法。本專題的文章將壓縮至三篇，因此每篇內(nèi)容都會接近萬字左右。非此領(lǐng)域人士沒有必要購買！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結(jié)果進行過多人多次比對，幾乎完全一致！那就開始講解睡眠檢測算法！首先檢測睡眠狀態(tài)下采集信號的心率值，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，所以才進入下一個研究專題。現(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，不過不是一個，而是多個！對我而言，這是一個新課題，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！這就是本人知識不斷增長的過程！學習的過程自然會導致內(nèi)容很多，所以希望大家耐心的看完，畢竟整理這些內(nèi)容也花了我很長時間！本篇內(nèi)容含有較多的科普知識，也適合不搞算法的工程師學習！

補充說明一下，之前文件名里面寫的都是PPGr，這是錯誤的，應(yīng)該是PPGg。為什么呢？因為本人用的是綠光數(shù)據(jù)進行的檢測，但文件名確實寫錯了，內(nèi)容沒有錯！在這做個聲明！下面的文件名才是正確的，測試結(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，比如光學心率傳感器，能夠檢測佩戴者的心率數(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傳感器的知識。加速計傳感器可以分為單軸加速計傳感器、雙軸加速計傳感器、三軸加速計傳感器以及多軸加速計傳感器。三軸加速計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)。而三軸加速計傳感器從三個維度檢測三個直角軸的加速度信號，分別是X軸、Y軸和z軸，可以準確反映物體的運動性質(zhì)。那么它能用到哪些領(lǐng)域呢？

三軸加速計是一種對運動十分敏感的傳感器，如果人體睡眠時佩戴內(nèi)置三軸加速計的智能手表，三軸加速計能夠檢測到由于人體呼吸這種微弱運動造成的加速度變化。由于人體睡眠時絕大部分時間處于靜止狀態(tài)，基于這個原因，使用智能手表中內(nèi)置的三軸加速計監(jiān)測人體呼吸速率是可行的。

在實際情況下，雖然人體睡眠時靜止的時間占據(jù)了絕大多數(shù)，但是人體睡眠時可能會有一些翻身動作，在這種情況下對呼吸頻率的估計精度大大降低，不具備監(jiān)測條件，因此對于這部分數(shù)據(jù)應(yīng)該丟棄。

步行狀態(tài)下三軸加速計的數(shù)據(jù)！

睡眠狀態(tài)下三軸加速計的數(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。估計是翻身導致！對三軸加速計原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，包含消除重力導致的直流分量對頻率分析影響，并且利用濾波器過濾掉高頻噪聲。預處理后的數(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，這可是實際產(chǎn)品的需求哦。實踐和理論的結(jié)合的絕佳體驗機會。

預先劇透！

通過多個傳感器的數(shù)據(jù)綜合判斷出的結(jié)果最為準確！

看看產(chǎn)品需要的睡眠檢測算法的需求?。?！

這只是初步要求，

后續(xù)還會不斷增加！

需求：

1、 識別入睡、起來時間；

2、 匹配睡眠期間的深睡、淺睡時間、快速眼動（這個怎么檢測？）、清醒次數(shù)。

看看華為穿戴設(shè)備針對睡眠的監(jiān)測結(jié)果！

本人設(shè)計的算法的檢測結(jié)果就是和它進行的比對！

針對不同的人群進行多次測試和比對！

結(jié)果非常滿意！

我得意的笑！

審核編輯 ：李倩