處理皮膚電導信號以減輕噪聲和檢測信號特征的制作方法
【專利說明】處理皮膚電導信號以減輕噪聲和檢測信號特征
【背景技術】
[0001] 移動設備和無線通信系統(tǒng)被廣泛地部署以用于提供諸如語音、數(shù)據(jù)等各種類型的 電子通信內(nèi)容。盡管電子形式的通信（例如，電子郵件、文本消息、語音信箱、電話呼叫）已 經(jīng)使人們能夠方便地與他人接觸和互動，但電子通信的繁榮正在衰減。
[0002] 電子通信本身通常不能傳達發(fā)送者的全部情緒狀態(tài)。例如，研宄表明給定消息 中通過文字（例如，電子通信中的文本）傳達了少量的情緒內(nèi)容。較大量的情緒內(nèi)容是 通過語音的語調(diào)口頭地傳達的。更大量是使用非口頭的通信來表達的，例如，面部表情和 其它身體姿勢（Mehrabian, Albert ;Ferris，Susan R. (1967) ."Inference of Attitudes from Nonverbal Communication in Two ChanneIs〃. Journal of Consulting Psychology 31 (3) :248 - 252)。關于電子通信，情緒內(nèi)容或發(fā)送者的情緒狀態(tài)一般會被接收者誤解。
[0003] 生物電勢電極可以與生物傳感器一起使用，以收集來自人類身體的生理學數(shù)據(jù)。 生理學數(shù)據(jù)可以用于確定人的情緒狀態(tài)。另外，生物傳感器可以用于監(jiān)測人的身體健康。生 物傳感器可以將生物學響應轉化為電信號。通常，這些包括生物傳感器的電極是標準形狀 和大小的（例如，8毫米的平盤（flat disc))。根據(jù)生物學響應產(chǎn)生的電信號是相對很小 的。因此，即使很少量的噪聲也可能顯著地干擾該電信號。這可能導致所確定的人的情緒 狀態(tài)或生理學狀態(tài)不準確或者未知。
[0004] 具有大表面積的生物電勢電極可以使可能對由生物傳感器所產(chǎn)生的電信號造成 干擾的噪聲量減少，但是使用具有大表面積的生物電勢電極陣列可能是不切實際的。另一 方面，具有太小表面積的生物電勢電極可能增加噪聲量并且致使與生理學數(shù)據(jù)相關聯(lián)的電 信號的讀數(shù)不切實際。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 所描述的特征總體上涉及用于處理皮膚電導信號的一個或多個改進的系統(tǒng)、方法 和/或裝置。在一個實施例中，可以對信號進行處理以識別噪聲區(qū)域（noisy region)。然 后當確定來自該信號的皮膚電導響應（SCR)時，可以忽略所識別的噪聲區(qū)域。在一種配置 中，還可以處理信號以識別特定特征，例如，信號的尖峰。例如，本系統(tǒng)和方法可以處理皮膚 電導信號以識別信號的主尖峰和副尖峰。對這些尖峰的識別可以幫助確定SCR。在一個實 施例中，可以處理皮膚電導信號以將該信號從能量域轉換到時域。該域轉換可以允許要被 識別的以及要在對SCR的確定中使用的另外的信號特征。
[0006] 描述了用于識別皮膚電導信號中的噪聲區(qū)域的方法、系統(tǒng)和設備?？梢詫⑺鲂?號分成多個窗口。計算第一窗口內(nèi)的所述信號的兩個或更多個特征。所述兩個或更多個特 征中的至少一個特征處于頻域中。將所述特征中的至少兩個特征進行組合以獲得至少第一 度量。將所述第一度量與對應的門限進行比較?；谒霰容^，來將所述第一窗口識別為 所述皮膚電導信號的噪聲區(qū)域。
[0007] 在一個實施例中，所述皮膚電導信號的所述兩個或更多個特征包括以下各項中的 至少兩項：標準化范圍（normalized range)、標準化最大值或最小值（normalized maximum or minimum)、平均相交數(shù)（a number of mean crossing)、低步?能量的量（an amount of low frequency energy)或高步?能量的量（an amount of high frequency energy)?？梢?根據(jù)所述皮膚電導信號來檢測皮膚電導響應（SCR)，并且當檢測到所述SCR時，所識別的所 述皮膚電導信號的噪聲區(qū)域可以被忽略。
[0008] 每個窗口可以包括所述皮膚電導信號的多個離散樣本。所述皮膚電導信號的所述 多個樣本中的至少一個樣本可以被包括在所述第一窗口和第二窗口二者中，以使得所述第 二窗口與所述第一窗口重疊。所述兩個或更多個特征中的至少一個特征可以在時域中。
[0009] 將所述特征中的至少兩個特征進行組合以獲得至少第一度量可以包括：將所述頻 域中的第一特征與所述頻域中的第二特征進行組合。計算所述第一窗口內(nèi)的所述信號的兩 個或更多個特征可以包括：計算所述第一窗口內(nèi)的低頻能量的量和高頻能量的量。將所述 特征中的所述至少兩個特征進行組合以獲得至少所述第一度量可以包括：形成所述低頻能 量的量與所述高頻能量的量的比值。
[0010] 在一個實施例中，可以根據(jù)訓練數(shù)據(jù)確定針對所述第一度量的對應的門限?？梢?從所述皮膚電導信號獲得所述訓練數(shù)據(jù)。
[0011] 所述特征中的至少一個特征的值可以與對應的至少一個另外的門限進行比較，并 且可以基于所述比較的組合，來將所述第一窗口識別為所述皮膚電導信號的噪聲區(qū)域。比 較所述特征中的至少一個特征的值與對應的至少一個另外的門限可以包括：對信號平均相 交數(shù)與對應的平均相交門限進行比較，并且基于所述比較的組合來將所述第一窗口識別為 所述皮膚電導信號的噪聲區(qū)域。
[0012] 在一個示例中，計算所述第一窗口內(nèi)的所述信號的兩個或更多個特征可以包括： 計算所述第一窗口內(nèi)的低頻能量的量和高頻能量的量，并且形成所述低頻能量的量與所述 高頻能量的量的比值。在一種配置中，所述皮膚電導信號可以是從移動設備機載的皮膚電 導傳感器獲得的。
[0013] 還描述了一種用于識別皮膚電導信號中的噪聲區(qū)域的移動設備。所述移動設備可 以包括處理器和與所述處理器電子通信的存儲器。指令可以存儲在存儲器中。所述指令可 以由所述處理器可執(zhí)行為將所述信號分為多個窗口，并且計算第一窗口內(nèi)的所述信號的兩 個或更多個特征。所述兩個或更多個特征中的至少一個特征處于頻域中。所述指令還由所 述處理器可執(zhí)行為：將所述特征中的至少兩個特征進行組合以獲得至少第一度量，將所述 第一度量與對應的門限進行比較，以及至少部分地基于所述比較，來將所述第一窗口識別 為所述皮膚電導信號的噪聲區(qū)域。
[0014] 還描述了一種用于識別皮膚電導信號中的噪聲區(qū)域的裝置。所述裝置可以包括用 于將所述信號分成多個窗口的單元，以及用于計算第一窗口內(nèi)的所述信號的兩個或更多個 特征的單元。所述兩個或更多個特征中的至少一個特征處于頻域中。所述裝置還可以包括 用于將所述特征中的至少兩個特征進行組合以獲得至少第一度量的單元，用于將所述第一 度量與對應的門限進行比較的單元，和用于至少部分地基于所述比較，來將所述第一窗口 識別為所述皮膚電導信號的噪聲區(qū)域的單元。
[0015] 還描述了一種用于識別皮膚電導信號中的噪聲區(qū)域的計算機程序產(chǎn)品。所述計算 機程序產(chǎn)品可以包括非暫時性計算機可讀介質(zhì)，其用于存儲由處理器可執(zhí)行的指令，以將 所述信號分成多個窗口并且計算第一窗口內(nèi)的所述信號的兩個或更多個特征。所述兩個或 更多個特征中的至少一個特征處于頻域中。所述指令可以由所述處理器可執(zhí)行為將所述特 征中的至少兩個特征進行組合以獲得至少第一度量，將所述第一度量與對應的門限進行比 較，以及至少部分地基于所述比較，來將所述第一窗口識別為所述皮膚電導信號的噪聲區(qū) 域。
[0016] 還描述了一種用于檢測皮膚電導信號的尖峰的方法。第一尖峰集合可以通過識別 所述皮膚電導信號的第一組一個或多個參數(shù)來識別。所述第一尖峰集合包括所述皮膚電導 信號的一個或多個主尖峰。所述第一組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)可以與第一組一個或 多個門限中的對應的門限進行比較?？梢杂嬎闼龅谝患夥寮现械闹辽僖粋€主尖峰的第 二組一個或多個參數(shù)。所述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)可以與第二組一個或多個 門限中的對應的門限進行比較。與所述至少一個主尖峰相關聯(lián)的至少一個副尖峰可以至少 部分地基于所述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與所述第二組一個或多個門限中的 對應的門限的比較來識別。
[0017] 在一個實施例中，所述皮膚電導信號可以包括多個離散樣本。計算所述第二組一 個或多個參數(shù)包括計算針對位于沿著第一主尖峰的第一邊緣的離散樣本集合的二階導數(shù) 集合，并且根據(jù)所述二階導數(shù)集合確定所述第一邊緣的曲度因子（curvedness factor)。
[0018] 確定所述第一邊緣的所述曲度因子可以包括確定所述二階導數(shù)集合的范圍，并且 將所述范圍的大小識別為曲度因子。將所述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與第二組 一個或多個門限中的對應的門限進行比較可以包括將所述第一邊緣的所述曲度因子與曲 度門限進行比較。
[0019] 在一個實施例中，與所述第一主尖峰相關聯(lián)的副尖峰的位置可以基于所述二階導 數(shù)集合中的符號（Sign)的改變來識別。所述皮膚電導信號的所述第一組一個或多個參數(shù) 可以包括斜率、上升時間和振幅中的至少一個。所述皮膚電導信號可以是從移動設備機載 的皮膚電導傳感器獲得的。
[0020] 還描述了一種用于檢測皮膚電導信號的尖峰的移動設備。所述移動設備可以包括 處理器和與所述處理器電子通信的存儲器。指令可以存儲在所述存儲器中。所述指令由所 述處理器可執(zhí)行為通過識別所述皮膚電導信號的第一組一個或多個參數(shù)來識別第一尖峰 集合。所述第一尖峰集合可以包括所述皮膚電導信號的一個或多個主尖峰。所述指令還可 以由所述處理器可執(zhí)行為將所述第一組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與第一組一個或多 個門限中的對應的門限進行比較，計算所述第一尖峰集合中的至少一個主尖峰的第二組一 個或多個參數(shù)，將所述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與第二組一個或多個門限中的 對應的門限進行比較，以及至少部分地基于所述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與所 述第二組一個或多個門限中的對應的門限的比較，來識別與所述至少一個主尖峰相關聯(lián)的 至少一個副尖峰。
[0021] 還描述了一種用于檢測皮膚電導信號的尖峰的裝置。所述裝置可以包括用于通過 識別所述皮膚電導信號的第一組一個或多個參數(shù)來識別第一尖峰集合的單元。所述第一尖 峰集合包括所述皮膚電導信號的一個或多個主尖峰。所述裝置還包括用于將所述第一組一 個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與第一組一個或多個門限中的對應的門限進行比較的單元，用 于計算所述第一尖峰集合中的至少一個主尖峰的第二組一個或多個參數(shù)的單元，用于將所 述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與第二組一個或多個門限中的對應的門限進行比 較的單元，以及用于至少部分地基于所述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與所述第二 組一個或多個門限中的對應的門限的比較，來識別與所述至少一個主尖峰相關聯(lián)的至少一 個副尖峰的單元。
[0022] 還描述了一種用于檢測皮膚電導信號的尖峰的計算機程序產(chǎn)品。所述計算機程序 產(chǎn)品可以包括非暫時性計算機可讀介質(zhì)，其用于存儲由處理器可執(zhí)行的指令，以通過識別 所述皮膚電導信號的第一組一個或多個參數(shù)來識別第一尖峰集合。所述第一尖峰集合包括 所述皮膚電導信號的一個或多個主尖峰。所述指令由所述處理器可執(zhí)行為：將所述第一組 一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與第一組一個或多個門限中的對應的門限進行比較，計算所 述第一尖峰集合中的至少一個主尖峰的第二組一個或多個參數(shù)，將所述第二組一個或多個 參數(shù)中的每個參數(shù)與第二組一個或多個門限中的對應的門限進行比較，以及至少部分地基 于所述第二組一個或多個參數(shù)中的每個參數(shù)與所述第二組一個或多個門限中的對應的門 限的比較，來識別與所述至少一個主尖峰相關聯(lián)的至少一個副尖峰。
[0023] 還描述了一種用于將皮膚電導信號從時域轉換到能量域的方法。可以將