作者：德州儀器Ryan Kraudel

“用于生物計(jì)量可穿戴設(shè)備的光學(xué)心率傳感器”三篇系列文章的第二篇。第一部分重點(diǎn)介紹了這些傳感器系統(tǒng)的工作原理，以及如何使用它們進(jìn)行測(cè)量。

設(shè)想一下，您正在參加一個(gè)計(jì)劃會(huì)議。團(tuán)隊(duì)剛剛提出了一些非常棒的想法，他們?yōu)樾碌目纱┐髟O(shè)備設(shè)計(jì)了一種光學(xué)心率傳感器，您可以將其添加到您的產(chǎn)品線中。他們都向您求助：我們應(yīng)該與誰(shuí)合作開(kāi)發(fā)傳感器系統(tǒng)? 突然間您意識(shí)到你并不完全確定從哪里著手。

我們參與了50多個(gè)生物識(shí)別可穿戴設(shè)備項(xiàng)目。 我們的技術(shù)應(yīng)用到目前市場(chǎng)上20多種不同的生物識(shí)別可穿戴設(shè)備中。我們犯了一些錯(cuò)誤，從這些經(jīng)歷中吸取了很多教訓(xùn)，并在此過(guò)程中取得了一些成功。以下是我們?cè)谡麄€(gè)過(guò)程中總結(jié)的十大經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在為您的新一代可穿戴設(shè)備選擇生物識(shí)別傳感器系統(tǒng)時(shí)，您可以作為參考。

1.在您開(kāi)始之前，要證明它是有效的。這可能看起來(lái)非常明顯，但任何將生物識(shí)別可穿戴設(shè)備推向市場(chǎng)的人都會(huì)告訴您，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期中最難的部分是讓生物識(shí)別傳感器系統(tǒng)能夠很好地滿足您的要求。您的起點(diǎn)應(yīng)該是一個(gè)有效的參考設(shè)計(jì)，類似于圖1中的設(shè)計(jì)。而且不要只在工作臺(tái)上做測(cè)試。把它放在至少20個(gè)人身上，看看它與一個(gè)合法的基準(zhǔn)設(shè)備相比是否適用于您的預(yù)期用例。另一種選擇是測(cè)試市場(chǎng)上使用特定供應(yīng)商技術(shù)的其他公司產(chǎn)品。他們的客戶對(duì)性能感到滿意嗎？它在測(cè)試中的表現(xiàn)如何？

圖 1：測(cè)試生物識(shí)別可穿戴設(shè)備的工作參考設(shè)計(jì)

2.與了解您的市場(chǎng)并可以滿足您要求的技術(shù)供應(yīng)商合作。生物識(shí)別可穿戴設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛。確保您的技術(shù)供應(yīng)商具備在您想要開(kāi)發(fā)的設(shè)備上的交付能力和經(jīng)驗(yàn)。合適的外形、合理的指標(biāo)、正確的精確度和良好的用戶體驗(yàn)都對(duì)產(chǎn)品的成功起著巨大的作用。

3.與具備生物識(shí)別可穿戴設(shè)備和光機(jī)技術(shù)專業(yè)知識(shí)的技術(shù)供應(yīng)商合作。硬件元件和光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)是精密生物識(shí)別可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵要素。您選擇的供應(yīng)商應(yīng)具備廣泛的硬件和光機(jī)專業(yè)知識(shí)，并且應(yīng)是評(píng)估用于信號(hào)處理的模擬前端（AFE）性能方面的專家，如TI AFE4410。他們應(yīng)該了解光與身體之間的耦合情況，優(yōu)化血流信號(hào)指示，并盡量減少環(huán)境噪音。一個(gè)強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)將確保選定的設(shè)備主體位置和外形使用正確的波長(zhǎng)。

4.先進(jìn)的信號(hào)提取方法至關(guān)重要。由于單個(gè)主體的復(fù)雜性，所有技術(shù)開(kāi)發(fā)人員都必須對(duì)信號(hào)提取算法有深入的了解，特別是有源信號(hào)表征(如圖2所示)，它可以識(shí)別表征可能破壞信號(hào)的運(yùn)動(dòng)和環(huán)境噪聲。隔離這些因素和其他因素，使生物識(shí)別傳感器系統(tǒng)能夠報(bào)告準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

圖 2：涉及有源信號(hào)表征的信號(hào)處理至關(guān)重要

5.需要高級(jí)生物識(shí)別測(cè)量技術(shù)。基本心率測(cè)量正迅速成為可穿戴設(shè)備的最低要求。更高級(jí)的指標(biāo)將定義未來(lái)，因此請(qǐng)仔細(xì)查看可從系統(tǒng)獲得的指標(biāo)。它是否支持連續(xù)心率或只是定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量？它能否提供更高級(jí)的指標(biāo)，如心跳頻率間隔(心率變異性[HRV])、呼吸頻率或血壓? 也許更重要的是，供應(yīng)商能否向您證明他們能夠提供這些指標(biāo)? 事實(shí)往往勝于雄辯。

6.與能夠正確測(cè)試產(chǎn)品的技術(shù)供應(yīng)商合作。當(dāng)您與供應(yīng)商合作開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的核心組件時(shí)，不僅要了解他們?nèi)绾螠y(cè)試自己的產(chǎn)品，還要了解他們?nèi)绾卧谀脑O(shè)備中測(cè)試他們的產(chǎn)品。如果他們提供原型測(cè)試服務(wù)，那么您的方向就是正確的。但是，請(qǐng)務(wù)必詢問(wèn)他們是否可以測(cè)試您的希望的用例，如圖3所示。他們?nèi)绾我约霸诤翁庍M(jìn)行測(cè)試？他們?cè)诿枯喸驮O(shè)計(jì)中測(cè)試了多少人？

圖 3：確保在預(yù)期的用例上對(duì)設(shè)備進(jìn)行廣泛的測(cè)試。

7.尋找將生物識(shí)別可穿戴設(shè)備推向市場(chǎng)的成熟經(jīng)驗(yàn)。重要的是要了解市場(chǎng)上還有哪些產(chǎn)品（包括您的產(chǎn)品）正在使用您所關(guān)注的技術(shù)。分析消費(fèi)者對(duì)這些設(shè)備的評(píng)論可以讓您深入了解該組件在您設(shè)備中的工作方式。這些產(chǎn)品有多精確? 產(chǎn)品評(píng)價(jià)是否正面——至少與心率監(jiān)測(cè)和生物識(shí)別組件有關(guān)？

8.選擇具有多學(xué)科專業(yè)知識(shí)的團(tuán)隊(duì)。您應(yīng)該了解供應(yīng)商團(tuán)隊(duì)的技能和專業(yè)知識(shí)。他們專攻硬件嗎? 光學(xué)？固件？算法？他們的核心競(jìng)爭(zhēng)力是什么？

9.制造合作伙伴的經(jīng)驗(yàn)是非常寶貴的。與典型的可穿戴設(shè)備相比，設(shè)計(jì)生物識(shí)別可穿戴設(shè)備是一個(gè)截然不同的項(xiàng)目，主要是因?yàn)樗渖婕肮鈾C(jī)械技術(shù)。即使您之前設(shè)計(jì)并制作了活動(dòng)跟蹤可穿戴設(shè)備，也不要低估添加光學(xué)生物識(shí)別技術(shù)的復(fù)雜性。您應(yīng)該選擇具有大規(guī)模生產(chǎn)生物識(shí)別可穿戴設(shè)備經(jīng)驗(yàn)的制造商。他們將面臨并解決許多其他制造商所沒(méi)有遇到的未知挑戰(zhàn)。

10.評(píng)估知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）領(lǐng)域。盡管這是一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域，但生物識(shí)別可穿戴設(shè)備領(lǐng)域存在大量的專利，而也曾有知名公司也在這一領(lǐng)域發(fā)起訴訟。生物識(shí)別可穿戴設(shè)備的IP領(lǐng)域包括視光機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)評(píng)估和可穿戴數(shù)據(jù)可視化等領(lǐng)域。圖4顯示了可穿戴設(shè)備專利授予的最新趨勢(shì)。

圖 4：可穿戴設(shè)備專利授權(quán)和提交（圖片由ipwatchdog.com提供）

希望這能幫助您選擇合適的生物識(shí)別傳感器系統(tǒng)。本系列的下一部分將介紹不同的設(shè)備和生物識(shí)別傳感器系統(tǒng)用例。

其他資源

• 查看TI光電二極管傳感器產(chǎn)品組合。
• 查找TI可穿戴設(shè)備資源和參考設(shè)計(jì)。
• 查看TI最新的可穿戴無(wú)線多參數(shù)參考設(shè)計(jì)。

審核編輯：符乾江