一種基於心電信號進行身份識別的方法及裝置的製作方法

2023-08-13 08:03:31

專利名稱：一種基於心電信號進行身份識別的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字家庭技術領域，尤其涉及一種基於心電信號進行身份識別的方法及裝置。
背景技術：
隨著科技的不斷進步與發展，人們對個人信息的保密要求也越來越高。傳統的單一生物特徵識別方法，如指紋、人臉、聲音識別方法雖然識別率高，但也存在被假冒的可能。 尋找新的生物特徵識別方法或者採取多生物特徵識別相結合的方法已近成為未來生物特徵識別方法的發展主流。基於心電信號的生物特徵識別方法因此應運而生。心電信號是人的心跳動產生的生物電勢對人體的心電信號進行分析，其結果不但可以用來作為臨床醫學診斷的依據，也可以作為一種生物特徵，用來是別人的身份。由於人與人之間的心臟位置、大小以及心臟結果都不同，因此，每個人的心電信號是獨一無二的。個體之間的心電信號差異性為心電信號的身份識別與辨別提供了理論的基礎。在心電信號的獲取上，大多數使用醫療領域的心電信號採集儀器，以獲取理想的心電波形數據，但是醫療系統專用的心電信號採集儀器不但價格高，而且儀器攜帶不便。因此，人們希望提供更為簡單方便的基於心電信號進行身份識別的方法。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基於心電信號進行身份識別的方法及裝置， 能克服傳統的單一生物特徵識別方法(如指紋、人臉、聲音識別方法)存在被假冒可能性的不足，更簡單和準確的實現身份識別。本發明技術方案如下本發明提供一種基於心電信號進行身份識別的方法，包括a、將被測者手指接觸電極，測試心電信號；b、前置放大器將心電信號放大；C、主放大器將前置放大器放大後的心電信號再放大後，輸入低通濾波器；d、低通濾波器在放大後的心電信號中，濾除高於IOOHz的信號，輸出幅度合適的模擬心電波形，並輸入微處理器；e、微處理器負責控制電路將模擬心電信號轉換成數位訊號，並上傳至主計算機進行處理；f、計算機通過液晶屏顯示，負責指示心電信號採集處理電路工作狀態，並儲存採集到的心電信號；g、計算機將採集到的心電信號，與備案的心電信號進行比較，判斷被測者身份，若身份正確，指示開鎖，若身份錯誤，發出身份錯誤說明。可選的，所述步驟g中計算機是整個心電信號採集電路的控制、管理器，同時是系統的管理中心。本發明提供一種基於心電信號進行身份識別的裝置，包括心電信號測量雙電極，用於測試並獲取心電信號模擬電壓信號；前置放大器，用於接收心電信號測量雙電極傳送來的心電信號，並放大後傳送給主放大器；主放大器，用於接收前置放大器傳送來的心電信號，並放大後傳送給低通濾波器；低通濾波器，用於在主放大器放大後的心電信號中，濾除高於IOOHz的信號，輸出幅度合適的模擬心電波形，並傳送給微處理器；微處理器，用於接受低通濾波器處理後的心電電壓信號，並通過ADC轉換器轉換為啥數字信息，並上傳計算機；主計算機，用於通過液晶屏顯示，負責指示心電信號採集處理電路工作狀態，將採集到的心電信號，與以備案的心電信號進行比較，判斷被測者身份，若身份正確，指示開鎖， 若身份錯誤，發出身份錯誤說明。可選的，所述心電信號測量雙電極、前置放大器、主放大器、低通濾波器、微處理器集成在心電採集器集成板上。可選的，所述計算機安裝心電信號顯示、控制軟體和心電信號識別軟體，成為整個系統的管理中心。可選的，裝置還包括USB轉串口，用於將USB串行口轉為UART串行口；電子開關控制器，用於根據計算機指令進行打開或關閉。上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果(1)克服傳統的單一生物特徵識別方法(如指紋、人臉、聲音識別方法)存在被假冒可能性的不足，提供一種利用心電信號的某些特徵性參數對人進行身份鑑定識別的密保方法；(2)為用戶帶來了極大的便利和實用性安防幫助，同時也因裝置配置簡單、費用低、便於攜帶，給用戶很大幫助；(3)本發明裝置可以獨立存在使用，也可以通過計算機聯繫區域網，成為子系統被集成在大系統中，亦可以作為附屬裝置，可以再多方面使用；(4)給現在數字家庭利用生理特徵保密和安防做出突破性貢獻，將極大促進數字家庭的保密和安防的更安全、更便利發展。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1是本發明系統總體結構示意圖；圖2是本發明雙電極測量ECG信號放大電路圖3是本發明微處理控制系統電路圖；圖4是本發明R波峰點位置監測流程圖；圖5是本發明心電識別馬氏距離判別算法流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明提供的基於心電信號的身份識別的方法，其功能主要是將心電信號作為一種身份識別密碼，進行安全防護和密碼保護，可應用於保險箱、數字家庭密碼鎖及計算機系統開啟密碼保護等。本發明的裝置，包括心電信號測量雙電極、前置放大器、主放大器、低通濾波器、微處理器、計算機。本發明將心電信號測量雙電極、前置放大器、主放大器、低通濾波器、微處理器集成為一個心電採集器集成板，採用USB連線與微型計算機(Mcm長)連結，並由計算機實現採集系統的穩定5V電源供給，便組成了基於心電信號身份識別的密保系統裝置，簡單、攜帶方便；只要用戶左右手的食指和拇指分別按住Ag、Agcl電極就可以採集心電信號，採集快捷、方便、操作簡單。本發明裝置通過計算機內裝載的識別軟體系統，可以作為保險箱、電子門的電子開關或密保裝置，防止信息假冒，為用戶帶來了極大的便利和實用性安防幫助，同時也因裝置配置簡單、費用低、便於攜帶，將給現在數字家庭利用生理特徵保密和安防做出突破性貢獻，將極大促進數字家庭的保密和安防的更安全、更便利發展。以下結合附圖對本發明方案進行詳細介紹。圖1 圖7所示為本發明的實施例。圖1是本發明系統總體結構示意圖；圖2是本發明雙電極測量ECG信號放大電路圖；圖3是本發明微處理控制系統電路圖；圖4是本發明R波峰點位置監測流程圖；圖5是本發明心電識別馬氏距離判別算法流程圖如圖1所示，本實施例一種基於心電信號進行身份識別的裝置，包括心電信號測量雙電極，能夠測試並獲取心電信號模擬電壓信號，此外還包括前置放大器，用於接收心電信號測量雙電極傳送來的心電信號，並放大5倍後傳送給主放大器；主放大器用於接收前置放大器傳送來的心電信號，並放大200倍後傳送給低通濾波器；低通濾波器，用於在主放大器放大後的心電信號中，濾除高於IOOHz的信號，輸出幅度合適的模擬心電波形，並傳送給微處理器；微處理器，用於接受低通濾波器處理後的心電電壓信號，並通過ADC轉換器轉換為數字信息，並上傳計算機；主計算機，用於通過液晶屏顯示，負責指示心電信號採集處理電路工作狀態，並儲存採集到的心電信號，以備調用，另外，將新採集到的心電信號，與以備案的心電信號進行比較、核對識別，判斷被測者身份，若身份正確，便說明身份正確並指示開鎖，若身份錯誤， 發出身份錯誤說明；
其中心電信號測量雙電極、前置放大器、主放大器、低通濾波器、微處理器集成在心電採集器集成板上，計算機安裝心電信號顯示、控制軟體和心電信號識別軟體，成為整個基於心電信號身份識別的密保系統的管理中心。採用USB連線將心電採集器集成板與微型計算機(Mcm長)連結，並由計算機實現採集系統的穩定5V電源供給，構成簡單的心電信號身份識別系統，再加上計算機將新採集到的心電信號，與以備案的心電信號進行比較、核對識別，判斷被測者身份，若身份正確， 便說明身份正確並指示開鎖，若身份錯誤，發出身份錯誤說明的功能，便建成了一個基於心電信號身份識別的密保系統裝置。本發明系統裝置以上裝置配置基礎上，若要實現可使用的基於心電信號身份識別的密保系統裝置，本發明裝置還包括USB轉串口，用於因為微處理器通用雙工的UART串行口，而計算機一般都是USB串行口，將USB串行口轉為UART串行口；電子開關控制器，用於根據計算機指令進行打開或關閉作用；所述存儲器為計算機存儲硬碟，用於已備案人員心電信號信息存儲，及採集的心電信號臨時存儲。此外，若是多臺本發明密報系統或者是本發明密報系統與數字家庭內中心管理計算機連接，可以用過區域網連接，同時實現資源共享，並可以安裝區域網內共享的臨時存儲硬碟，省去夠個給系統更新儲存的信息，實現整個數字家庭以至於整個數字家庭系統同一資料庫，並實現統一管理。本發明裝置可以獨立存在使用，也可以通過計算機聯繫區域網，成為子系統被集成在大系統中，亦可以作為附屬裝置。採用本實施例裝置對採集的人體心電信號辨別處理，其功能主要是將心電信號作為一種身份識別密碼，進行安全防護和密碼保護，可應用於保險箱、數字家庭密碼鎖及計算機系統開啟密碼保護等等。本實施例採用的基於心電信號身份識別的密保方法，當用戶接通電源後，是使用如圖2 (雙電極測量ECG信號放大電路圖)電路有效地採集了真實的人體心電信號，並進行基於心電信號的身份識別。此電路連接了心電信號測量雙電極、前置放大器、主放大器四個一起，同時實現獲取模擬心電電壓信號、擴大心電信號的功能。本電路是集成在心電信號採集集成電路板上的。如圖3所示，是本實施例中進行心電信號轉換為數位訊號處理微處理器系統電路圖。微處理器採用AduC842單片機作為採集系統的核心處理器。AduC842單片機內FLAS程序存儲器，用以存儲程序代碼，保存數據信息。微處理控制系統內部集成了 8個通道採樣速度為400KSPS的12Bit高速高精度模數AD轉換器、2個通道12Bit的電壓輸出型模數AD轉換器、雙路的PWM輸出、片內含溫度傳感器、DMA通道等等。AduC842單片機內提供的外設接口有時間間隔計數器TIC，通用串行口 UART、SPI接口和電源電壓監測器等等。AduC842單片機的這些獨特性，可使得微處理控制系統外圍硬體電路更加簡潔。如圖4所示，是本實施例對心電信號的身份識別，採用了心電信號R波的自動識別定位的方法——斜率檢測法。心電信號進過數字濾波處理後下一步是從一連串的心電信號中識別出每一個單獨的心電信號。心電周期的識別方法常常採用R波識別法，由於R波的幅度比較大不容易被噪聲信號淹沒。又因為斜率檢測法的原理是R波峰點和谷點之間的斜率變換最大，故採用了心電信號R波的自動識別定位的方法——斜率檢測法。如圖5所示，是本實施例中心電信號的身份識別算法流程，採用了距離判別算法流程——馬氏距離法(如圖4)。是從心電信號中先去波形的特性參數，再從樣本庫中直接提取信號的個體i個周期的特性參數，計算個體特徵的平均值和協方差，最後計算馬氏距
1 O本發明方法採用心電信號測量雙電極、前置放大器、主放大器、低通濾波器、微處理器、計算機對心電信號識別，包括以下步驟a、被測者左右手的食指和拇指分別按住Ag、Agcl電極或者銅板電極，測試人體微弱的心電信號；b、前置放大器將心電信號測量雙電極測試到並輸入的心電信號放大5倍；C、主放大器將前置放大器放大後的心電信號再放大200倍後，輸入低通濾波器；d、低通濾波器在放大後的心電信號中，濾除高於IOOHz的信號，輸出幅度合適的模擬心電波形，並輸入微處理器e、微處理器負責控制電路將模擬心電信號轉換成數位訊號，並上傳至主計算機進行處理；f、計算機安裝心電信號顯示、控制軟體，通過液晶屏顯示，負責指示心電信號採集處理電路工作狀態，並儲存採集到的心電信號，以備調用；g、計算機將新採集到的心電信號，與以備案的心電信號進行比較、核對識別，判斷被測者身份，若身份正確，便說明身份正確並指示開鎖，若身份錯誤，發出身份錯誤說明。上述方法是針對傳統的單一生物特徵識別方法(如指紋、人臉、聲音識別方法)存在被假冒等識別不準確情況而言的。此方法是將人體心電信號通過測試電路獲得模擬電壓信號，之後通過ADC轉換器轉換數位化信息輸出到管理中心計算機，進行心電信號採集控制及心電信號識別，以保證合法用戶通過。本發明方法基於心電信號對人體身份識別時，所述步驟a中被測者左右手的食指和拇指分別按住Ag、Agcl電極或者銅板電極，輸入人體心電信號。心電信號測量雙電極獲取心電信號，之後採用雙電極心電信號採集電路，採集被測試者的心電信號，包括以下步驟(1)被測者左右手的食指和拇指分別按住Ag、Agcl電極或者銅板電極，獲取人體微弱的心電信號，同時輸入前置放大器；(2)前置放大器以表放大晶片INA321作為前置放大晶片，將接收到的心電信號， 通過ECG信號放大電路，放大5倍；(3)主放大器以單源運算放大器0PA2335進行後級的主放大，將前置放大器放大後的心電信號放大200倍；(4)心電信號是一種頻帶範圍為0. 05——IOOHz的低頻信號，在心電模擬信號數位化之前，通過低通濾波器濾除高於IOOHz的信號，輸出幅度合適的模擬心電波形。(5)微處理器採用AduC842單片機作為採集系統的核心處理器，通過其中的ADC轉化器將心電信號電壓信號轉換成數位訊號，並上傳主計算機；(6)計算機將接受到的數位訊號顯示在顯示屏上，負責可視化指示處採集電路的工作狀態，同時將採集系統獲得的心電信號暫時存儲保留。
此時，是通過經過心電信號身份識別系統，順利和完整地採集獲取被測者心電信號並保存在管理中心計算及存儲硬碟內，等待身份識別實用。本發明方法在對被測者心電信號採集之後，所述步驟(6)中被測者心電信號獲取並被暫時存儲之後，將是計算機將會調被測者心電信號與計算機內存儲的已備案的合法人員心電信號相比較核對，以求確定被測者身份，若被測者心電信號與已備案的合法人員中一名的心電信號相同的，即被測者心電信號可以識別，被測者屬於合法人員，計算機指示開鎖並允許通過，否則為非法人員，不允許通過。上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果(1)克服傳統的單一生物特徵識別方法(如指紋、人臉、聲音識別方法)存在被假冒可能性的不足，提供一種利用心電信號的某些特徵性參數對人進行身份鑑定識別的密保方法；(2)為用戶帶來了極大的便利和實用性安防幫助，同時也因裝置配置簡單、費用低、便於攜帶，給用戶很大幫助；(3)本發明裝置可以獨立存在使用，也可以通過計算機聯繫區域網，成為子系統被集成在大系統中，亦可以作為附屬裝置，可以再多方面使用；(4)給現在數字家庭利用生理特徵保密和安防做出突破性貢獻，將極大促進數字家庭的保密和安防的更安全、更便利發展。以上對本發明實施例所提供的一種基於心電信號進行身份識別的方法及裝置，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種基於心電信號進行身份識別的方法，其特徵在於，包括a、將被測者手指接觸電極，測試心電信號；b、前置放大器將心電信號放大；c、主放大器將前置放大器放大後的心電信號再放大後，輸入低通濾波器；d、低通濾波器在放大後的心電信號中，濾除高於IOOHz的信號，輸出幅度合適的模擬心電波形，並輸入微處理器；e、微處理器負責控制電路將模擬心電信號轉換成數位訊號，並上傳至主計算機進行處理；f、計算機通過液晶屏顯示，負責指示心電信號採集處理電路工作狀態，並儲存採集到的心電信號；g、計算機將採集到的心電信號，與備案的心電信號進行比較，判斷被測者身份，若身份正確，指示開鎖，若身份錯誤，發出身份錯誤說明。
2.根據權利要求1所述的基於心電信號進行身份識別的方法，其特徵在於所述步驟g 中計算機是整個心電信號採集電路的控制、管理器，同時是系統的管理中心。
3.一種基於心電信號進行身份識別的裝置，其特徵在於，包括 心電信號測量雙電極，用於測試並獲取心電信號模擬電壓信號；前置放大器，用於接收心電信號測量雙電極傳送來的心電信號，並放大後傳送給主放大器；主放大器，用於接收前置放大器傳送來的心電信號，並放大後傳送給低通濾波器； 低通濾波器，用於在主放大器放大後的心電信號中，濾除高於IOOHz的信號，輸出幅度合適的模擬心電波形，並傳送給微處理器；微處理器，用於接受低通濾波器處理後的心電電壓信號，並通過ADC轉換器轉換為啥數字信息，並上傳計算機；主計算機，用於通過液晶屏顯示，負責指示心電信號採集處理電路工作狀態，將採集到的心電信號，與以備案的心電信號進行比較，判斷被測者身份，若身份正確，指示開鎖，若身份錯誤，發出身份錯誤說明。
4.根據權利要求3所述的基於心電信號進行身份識別的裝置，其特徵在於所述心電信號測量雙電極、前置放大器、主放大器、低通濾波器、微處理器集成在心電採集器集成板上。
5.根據權利要求3所述的基於心電信號進行身份識別的裝置，其特徵在於所述計算機安裝心電信號顯示、控制軟體和心電信號識別軟體，成為整個系統的管理中心。
6.根據權利要求3所述的基於心電信號進行身份識別的裝置，其特徵在於 裝置還包括USB轉串口，用於將USB串行口轉為UART串行口 ； 電子開關控制器，用於根據計算機指令進行打開或關閉。
全文摘要
本發明公開一種基於心電信號進行身份識別的方法及裝置。該方法包括a、將被測者手指接觸電極，測試心電信號；b、前置放大器將心電信號放大；c、主放大器將前置放大器放大後的心電信號再放大後，輸入低通濾波器；d、低通濾波器在放大後的心電信號中，濾除高於100Hz的信號，輸出模擬心電波形後輸入微處理器；e、微處理器負責控制電路將模擬心電信號轉換成數位訊號，並上傳至主計算機進行處理；f、計算機指示心電信號採集處理電路工作狀態，並儲存；g、計算機將採集到的心電信號，與備案的心電信號進行比較，判斷被測者身份，若身份正確，指示開鎖，若身份錯誤，發出身份錯誤說明。本發明方法識別更準確和安全。
文檔編號A61B5/117GK102289618SQ201110202569
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者楊艾琳, 羅笑南 申請人:中山大學深圳研究院