[發明專利]基于PPG信號和呼吸信號特征融合的身份識別方法

有效

• 申請號: 201710224596.7
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107122643B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 同鳴;楊曉玲
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F21/32
• 分類號: G06F21/32;G06K9/62
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種基于PPG信號和呼吸信號特征融合的身份識別方法，主要解決現有方法識別率較低的問題。其實現步驟：1)對訓練PPG信號和呼吸信號預處理；2)對處理后的信號分別進行波峰檢測，獲取兩信號的波形樣本；3)利用指數稀疏約束的平滑非負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，獲取訓練模板庫；5)分別對測試PPG樣本和呼吸樣本進行投影，獲取測試特征；6)進行特征融合，獲取融合測試樣本；7)對測試樣本類別預測，得到識別結果。本發明能夠生成穩定有效的融合特征樣本。仿真結果表明，其識別率達到100％，可應用于醫療、安全防務等對身份識別準確率要求較高的應用領域。

技術領域

本發明屬于信息處理技術領域，具體涉及一種基于特征融合的身份識別方法，可用于醫療、安全防務等應用領域。

背景技術

隨著無線網絡的發展，遠程醫療、電子商務等無線網絡應用，在人們的生活中發揮著越來越重要的作用。由于這些應用涉及到人身、財產等重要信息，安全問題尤為重要。而傳統的身份認證通過身份證或口令進行識別授權，這樣的安全防護并不足夠安全。身份證或口令信息易被竊取或遺忘，而生物識別系統具備唯一性、可靠性和隱秘性等，得到了較為廣泛的應用。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生理信息，是一種人體獨特的生理特性，難以被復制和模仿，具有高的安全性。另外，呼吸信號包含了人體內臟運動等多種信息，與PPG信號蘊含的人體信息相互補充。目前基于PPG信號的身份識別技術識別率較低，難以滿足準確度要求很高的應用場合。

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行特征提取，最后利用馬氏距離進行身份識別。該文章分析了緊張狀態下和放松狀態下PPG信號的識別性能，但沒有具體給出個體的身份識別率，且實驗對象個數較少，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信號單周期波形進行身份識別。該方法首先利用低通濾波器對原始PPG信號進行去噪，然后對PPG信號波形進行分割，提取單周期波形，再利用徑向基函數網絡和樸素貝葉斯分類器分別對單周期波形進行識別分類，最終身份正確識別率達到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。

發明內容

本發明針對上述已有技術的不足，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。

實現本發明目的的技術方案是，通過分別提取呼吸信號和PPG信號的穩定特征進行融合，使呼吸信號與PPG信號的有效信息相互補充，生成蘊含個體充分且穩定的身份信息融合特征，然后進行身份識別，其實現步驟如下：