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文檔簡介
1、目前老齡化形式嚴(yán)峻,隨時(shí)隨地的健康監(jiān)護(hù)和自然直觀的人機(jī)交互成為了迫切的需求。穿戴式健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以在日常生活中提供隨時(shí)隨地的健康監(jiān)護(hù)而不會干擾被監(jiān)護(hù)者的正常生活?;诖┐魇皆O(shè)備的多模念人機(jī)交互系統(tǒng)可以為老年人提供自然的人機(jī)交互,方便老年人使用電子設(shè)備。本文從基于穿戴式設(shè)備的健康監(jiān)護(hù)和人機(jī)交互兩方面開展研究,并將研究成果與實(shí)驗(yàn)室的研究基礎(chǔ)整合,構(gòu)建了老年人健康監(jiān)護(hù)與交互平臺。
本文為移動健康監(jiān)護(hù)設(shè)計(jì)了一個脈搏血氧儀。為了在不影響
2、用戶日常生活的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的心率和血氧飽和度監(jiān)護(hù),本文采用嵌入型的設(shè)計(jì),將反射式傳感器嵌入到掌上電腦(PDA)的后蓋中。這一設(shè)計(jì)有別于傳統(tǒng)的采用透射式傳感器的指套型脈搏血氧儀,可以從身體多個部位進(jìn)行測量,更適用于穿戴式和移動場景下。由于PDA后蓋沒有遮蔽環(huán)境光的作用,而反射式傳感器容易受到環(huán)境光干擾,本文設(shè)計(jì)了新穎的光源調(diào)度策略和斬波網(wǎng)絡(luò)以分離信號并濾除環(huán)境光。鑒于反射式傳感器采集到的信號非常微弱且容易受到高頻噪聲干擾,本文設(shè)計(jì)了一個
3、放大濾波網(wǎng)絡(luò),大幅提高了信噪比。針對反射式嵌入型脈搏血氧儀信號個體差異大且不穩(wěn)定的特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了一套基于波谷檢測的心率和血氧飽和度計(jì)算算法,該算法可以根據(jù)輸入信號自適應(yīng)地調(diào)整參數(shù),并針對移動設(shè)備或穿戴式設(shè)備做了簡化。本文還針對反射式傳感器設(shè)計(jì)了PPG信號(photoplethysmogram)判別算法,提高了測量結(jié)果的可靠性。臨床標(biāo)定和測試實(shí)驗(yàn)顯示,此脈搏血氧儀和臨床使用的設(shè)備對血氧飽和度的測量結(jié)果相差(0.3±0.9)%,心率相差(
4、0.4±2.4)次/分。配對T檢驗(yàn)的結(jié)果顯示,此脈搏血氧儀可以達(dá)到與臨床設(shè)備相同的精度(p<0.05),證明了該嵌入型脈搏血氧儀的可行性。
本文還針對移動設(shè)備設(shè)計(jì)了一種可穿戴的實(shí)時(shí)手勢交互系統(tǒng),該系統(tǒng)包含一個自行研制的手勢捕獲設(shè)備,一套高效、可移植的手勢識別算法,以及針對移動設(shè)備開發(fā)的手勢識別和交互控制程序,支持使用19種預(yù)定義的動作或者用戶自定義的動作來控制移動設(shè)備。為了允許用戶自然、隨意地執(zhí)行手勢,本文在已有的活動段提取算
5、法的基礎(chǔ)上,提出了對表面肌電信號(SEMG)和加速度信號(ACC)分別提取活動段的方法,并針對ACC信號活動段提取的難點(diǎn),設(shè)計(jì)了以SEMG信號標(biāo)記的方法。該活動段提取算法有效提高了ACC信號的一致性。本文提出了兩種新的加速度特征,提高了手勢識別的準(zhǔn)確率;提出了基于改進(jìn)型動態(tài)時(shí)間規(guī)整算法和基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型的兩種ACC信號識別算法,其計(jì)算量小,且識別準(zhǔn)確度與主流的基于隱馬爾科夫模型(HMM)的算法相當(dāng);設(shè)計(jì)了基于打分的決策級融合策略,充分考
6、慮了不同特征的權(quán)重以及SEMG信號和ACC信號活動段在時(shí)間上通常不同步的問題。在用戶有關(guān)和用戶無關(guān)的測試中,19類手勢識別率分別達(dá)到了95.0%和89.6%。交互測試和用戶體驗(yàn)問卷調(diào)查的結(jié)果表明該系統(tǒng)可在移動設(shè)備和可穿戴設(shè)備上提供實(shí)時(shí)的手勢交互,并提供良好的用戶體驗(yàn)。
鑒于穿戴式設(shè)備在健康監(jiān)護(hù)和人機(jī)交互領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢,本文在上述研究成果的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一個基于穿戴式設(shè)備的老年人健康監(jiān)護(hù)與交互平臺。該平臺可以實(shí)時(shí)監(jiān)測老年人的心
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