非接触呼吸数心拍数測定

非接触呼吸数心拍数測定

ドップラセンサでバイオ測定を行ったのは2021年12月でした。
50秒間の測定信号測定データをFFT処理して、心拍領域と呼吸領域でピーク位置を求める
6時間連続測定するものでした。キットをお送りし測定にご協力頂き、その節はありがとう
ございました。OSASの兆候をつかむことができました。
今回はこの進化版です。デジタルフィルタを使って呼吸領域（0.3～1.5Hz）と心拍ｓ領域
（1～３Hz）を別々のBPF処理により別々に信号を取り出しFFT処理を行うものです。
まず、通常のドップラ信号を取り出す装置を示します。（2021年12月時点に同じ）

今回のポイントであるデジタルフィルターについて説明します。FIRとIIRがありますが
信号を並列に展開するIIRフィルタを使用します。（時間遅れが少ない）
IIRフィルターは伝達関数に極を持ち発振するリスクがありますが、今回のような低周波領域
は安全です。なのでIIRフィルターを使用します。

IIRフィルタの設計は、http://dsp.jpn.org/dfdesign/fir/mado.shtml　で、WEB上でパラメータ
設計ができます。試しに2つのフィルターのパラメータを抽出しました。

Arduinoでは　IIRFliter.h　というライブラリが用意されていて設計パラメータを
与えるだけでIIRフィルターを実装できます。生のドップラ信号に比べマイルドになっていることが判ります。

更に呼吸数15～90回/分（＝0.25Hz～1.5Hz)　と心拍数60～180回/分（=1～3Hz)
も考慮して設計しました。それぞれ得られた波形を示します。

フィルターが正常に起動するまでには、0.6秒程度のスタンバイ時間が必要なようです。
10msecサンプリングのプログラムコードとスタンバイタイムが必要な証拠を示します。

PC側でデータ受信しそれぞれの波形をグラフ表示するプログラムを示します。測定では3秒分のデータを無視します。（3秒無視＋20秒測定=合計23秒）

20秒間の呼吸波形と心拍波形グラフを示します。

ドップラセンサの信号を2種類のIIRフィルタを通して呼吸波形と心拍波形に分離しました。次にこの信号にFFT処理を行いました。前回の測定表示プログラムコードにFFT処理部を追加しました。追加部のコードを示します。

オーバーサンプリングとバックグラウンド補正を加えたFFT処理を行い5Hz
（データ数：100個）以下の領域を示します。

原点（DC）付近に大きなピークがありますが、FFT波形は非常にきれいですね。
新たな処理として追加したのは、各波形信号の最小値を求めバックグラウンド補正をした
ものにFFT処理を行っています。これをしない場合、DCピークが支配的で検出領域のＳＮ
比が下がってしまいます。各検出領域でピーク位置を検出します。ピーク検出コードを示します。