[發(fā)明專利]基于PPG信號和呼吸信號特征融合的身份識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710224596.7
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107122643B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 同鳴;楊曉玲
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F21/32
• 分類號: G06F21/32;G06K9/62
• 代理公司: 61205 陜西電子工業(yè)專利中心
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發(fā)明公開了一種基于PPG信號和呼吸信號特征融合的身份識別方法，主要解決現(xiàn)有方法識別率較低的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟：1)對訓(xùn)練PPG信號和呼吸信號預(yù)處理；2)對處理后的信號分別進(jìn)行波峰檢測，獲取兩信號的波形樣本；3)利用指數(shù)稀疏約束的平滑非負(fù)矩陣分解方法分別對兩信號樣本提取特征，獲取特征矩陣；4)對兩信號的特征矩陣融合，獲取訓(xùn)練模板庫；5)分別對測試PPG樣本和呼吸樣本進(jìn)行投影，獲取測試特征；6)進(jìn)行特征融合，獲取融合測試樣本；7)對測試樣本類別預(yù)測，得到識別結(jié)果。本發(fā)明能夠生成穩(wěn)定有效的融合特征樣本。仿真結(jié)果表明，其識別率達(dá)到100％，可應(yīng)用于醫(yī)療、安全防務(wù)等對身份識別準(zhǔn)確率要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于特征融合的身份識別方法，可用于醫(yī)療、安全防務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子商務(wù)等無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，在人們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于這些應(yīng)用涉及到人身、財產(chǎn)等重要信息，安全問題尤為重要。而傳統(tǒng)的身份認(rèn)證通過身份證或口令進(jìn)行識別授權(quán)，這樣的安全防護(hù)并不足夠安全。身份證或口令信息易被竊取或遺忘，而生物識別系統(tǒng)具備唯一性、可靠性和隱秘性等，得到了較為廣泛的應(yīng)用。而一些生物特征識別方法仍然存在一定的安全隱患，如指紋可以用乳膠提取，人臉識別可以用偽造的照片進(jìn)行欺騙，聲音也可以被模仿，且腦電信號或心電信號方法因需要多種電極采集，無法廣泛使用。

光電容積脈搏波PPG信號通過一種非侵入式手段獲取，采集方便簡單，反映了人體豐富的微循環(huán)生理信息，是一種人體獨(dú)特的生理特性，難以被復(fù)制和模仿，具有高的安全性。另外，呼吸信號包含了人體內(nèi)臟運(yùn)動等多種信息，與PPG信號蘊(yùn)含的人體信息相互補(bǔ)充。目前基于PPG信號的身份識別技術(shù)識別率較低，難以滿足準(zhǔn)確度要求很高的應(yīng)用場合。

已提出的基于PPG信號的身份識別方法有：

N.S.Girish Rao Salanke,N.Maheswari and Andrews Samraj等人在2012年“theFourth International Conference on Signal and Image Processing”會議上發(fā)表的“An Enhanced Intrinsic Biometric in Identifying People byPhotopleythsmography Signal”一文中提出了一種利用核主成分分析KPCA方法提取PPG信號特征進(jìn)行身份識別的方法，該方法首先將PPG信號分割成多個單周期，然后對多個單周期進(jìn)行去噪、歸一化等處理，再利用核主成分分析的方法對單周期波形進(jìn)行特征提取，最后利用馬氏距離進(jìn)行身份識別。該文章分析了緊張狀態(tài)下和放松狀態(tài)下PPG信號的識別性能，但沒有具體給出個體的身份識別率，且實(shí)驗對象個數(shù)較少，不能充分展示該方法的識別。

NI Mohammed Nadzr，M Sulaimi，LF Umadi，KA Sidek等人2016年在“IndianJournal of Science and Technology”期刊上發(fā)表的文章“Photoplethysmogram BasedBiometric Recognition for Twins”中提出的方法，利用PPG信號單周期波形進(jìn)行身份識別。該方法首先利用低通濾波器對原始PPG信號進(jìn)行去噪，然后對PPG信號波形進(jìn)行分割，提取單周期波形，再利用徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)和樸素貝葉斯分類器分別對單周期波形進(jìn)行識別分類，最終身份正確識別率達(dá)到97％以上。該方法驗證了PPG信號的單周期波形特征對個體身份識別的有效性，但沒有充分挖掘并利用PPG信號單周期波形的特征，身份識別率仍有上升空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于PPG信號和呼吸信號特征融合的身份識別方法，以提高身份的正確識別率。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是，通過分別提取呼吸信號和PPG信號的穩(wěn)定特征進(jìn)行融合，使呼吸信號與PPG信號的有效信息相互補(bǔ)充，生成蘊(yùn)含個體充分且穩(wěn)定的身份信息融合特征，然后進(jìn)行身份識別，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：