生物识别/非接触生命体征检测方面文献阅读报告

使用了什么技术,解决了什么问题进行的总结。

另有一篇相关文章可参考:http://www.docin.com/p-1009413800.html

[1]Peter A Johnson, Bozhao Tan, and Stephanie Schuckers.Multimodal fusion vulnerability to non-zero effort (spoof) imposters. In2010 IEEE International Workshop onInformation Forensics and Security, pages 1–5. IEEE, 2010.

本文表明现有的多生物特征识别系统抵抗非零欺骗攻击的脆弱性,基于传统的错误拒识率(False Reject Rate, FRR)和错误接受率(False Accepted Rate, FAR)融合算法的设计已不太安全。在对比了多个融合算法的性能基础上,本文提出了一种新的更为安全的基于欺骗错误接受率(spoof false accept rate,SFAR)的多生物识别系统,SFAR即被系统错误接受的成功欺骗系统一个或多个特征的攻击者的概率。

[2]Simon Eberz, Kasper Bonne Rasmussen, Vincent Lenders,and Ivan Martinovic. Preventing lunchtime attacks: Fighting insider threatswith eye movement biometrics. InNDSS, 2015.

防止午餐攻击:用眼动技术对抗内部威胁。本文提出基于眼动模式的生物认证识别方式,该方法构造了21个判别特征集来可靠的区分不同的用户,并利用这一独特的模式来抵抗内部威胁(例如对任务熟悉度高的情况下眼动次数和幅度正相关,可通过量化关系抵抗威胁)。

在对照实验中,测试了时间和基于任务熟悉度(假冒攻击)对眼动识别功能的稳定性的影响,以及不同的特征子集对分类器的性能的影响,结果表明眼球运动识别具有可靠性和稳定性。

[3]Kenrick Mock, Bogdan Hoanca, Justin Weaver, and MikalMilton. Real-time continuous iris recognition for authentication using an eyetracker. InProceedings of the 2012 ACM conference on Computer and communications security, pages 1007–1009. ACM, 2012.

本文研究了将商用的眼动仪用于实时的连续的虹膜识别,进行身份认证的方法。实验表明虽然使用眼动仪和虹膜识别时的错误率稍高,但随着对眼动研究的深入,应用于实时的连续的虹膜识别,再结合其他身份验证手段(密码等)还是可行的。

[4] J.Decker. Windows hello biometrics in the enterprise.https://technet.microsoft.com/en-us/itpro/windows/keep-secure/windows-hello-in-enterprise,September 2016.Accessed by November 10, 2016.

该篇介绍了Windows Hello生物识别技术在企业中应用的内容。在Windows10中,微软加入了Windows Hello进行生物识别的功能。在相应硬件设施配合的条件下,Windows Hello可支持指纹、虹膜、面部识别登录。

[5]Kasper Bonne Rasmussen, Marc Roeschlin, IvanMartinovic, and Gene Tsudik. Authentication using pulse-response biometrics.In21st Annual Network and Distributed System Security Symposium, NDSS

2014, San Diego, California, USA, February 23-26, 2013,2014.

本文提出了一种基于脉冲响应的生物识别方法。通过对待测物体上作用脉冲信号激起瞬态响应,通过传感器采集信号,捕获响应,再应用信号处理方法进行振动分析。设计的系统根据脉冲相应的匹配度来完成身份识别和验证。

[6]Sairul I Safie, John J Soraghan, and LykourgosPetropoulakis. Electrocardiogram (ecg) biometric authentication using pulseactive ratio (par).IEEE Transactions on

Information Forensics and Security, 6(4):1315–1322, 2011.

本文提出了使用心电图的基于PAR特征提取技术的生物认证方法。本问采用心电图作为生物识别系统的认证方式,利用脉冲活性比(Pulse Active Ratio, PAR)特征提取技术通过心电图(ECG)提取特征向量,该算法包含4个参数(、、、用来生产不同的特征集,可通过调整参数来评估系统性能),相比传统的振幅特征提取方法性能更优越。

[11]James C Lin. Microwave sensing of physiological movement and volumechange: A review.

Bioelectromagnetics, 13(6):557–565, 1992.

本文是对利用微波远程检测生理运动和体积变化的研究综述。包括基本技术和原理及主要应用。一般来说这些系统连续波的工作频率在1到35 GHz之间,由微波发生器、取样装置、发射接收天线、一组信号调理和处理装置和显示单元构成,主要利用接收到的信号的振幅和相位信息。这些系统能够记录瞬时变化的流体的体积,压力脉冲,心率,可穿透非导电壁厚层或测量距离大30米的呼吸速率。

[12]Kunmu Chen, Yong Huang, JianpingZhang, and Adam Norman. Microwave life-detection systems for searching humansubjects under earthquake rubble or behind barrier.BiomedicalEngineering, IEEE

Transactions on, 47(1):105–114, 2000.

本文介绍了用于在地震中或障碍物下搜救的微波生命探测系统。这个系统工作在1150或450MHz,可以透过约10英尺厚的障碍物检测呼吸和心跳信号。当微波束的在一个适当的频率(L或S波段),可以穿透地震碎石或障碍物照射到遇难者上,被遇难者身体的反射回来的波束,经过处理去除杂波影响可以提取到关于心跳和呼吸的信号,从而定位遇难者。

[13]Jenshan Lin Li, Changzhi. Microwave NoncontactMotion Sensing and Analysis. Johnson & Wiley, 2013.

http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/9781118742556

本书针对微波雷达的非接触式生命体征检测和机械运动测量问题,借鉴前沿研究成果和行业应用经验,对微波和多普勒雷达,特别是在射频技术,微电子制造工艺,信号处理硬件和算法的领域的知识进行介绍。包括的内容有:

1)从电磁传播到信号处理的基础理论和技术基础;

2)研究讨论了动态传感雷达的主要类型(包括多普勒,脉冲,和调频连续波);

3)在检测和分析技术上的最新研究进展;

4)列举各领域的主要应用成果;

5)在人类生命体征检测用的应用(穿墙雷达,多普勒振动测量);

6)未来的发展方向。

[14]Bram Lohman, Olga Boric-Lubecke, VM Lubecke, PW Ong, and MMSondhi. A digital signal processor for Doppler radar sensing of vital signs.Engineering in Medicine and

Biology Magazine, IEEE, 21(5):161–164, 2002.

本文阐述了用于呼吸和心率检测的多普勒雷达传感的数字信号处理器。该处理器的设计基于自相关函数和信号增强技术,进行检测时距目标的最大距离可达到2米。

[15]Amy D Droitcour, OlgaBoric-Lubecke, Victor M Lubecke, Jenshan Lin, and Gregory TA Ko- vacs. Rangecorrelation and I/Q performance benefits in single-chip silicon Doppler radarsfor noncontact cardiopulmonary monitoring.MicrowaveTheoryandTechniques,IEEETrans-actionson, 52(3):838–848,2004.

本文阐述了程相关效应和I/Q接收机在非接触式单片多普勒雷达检测系统中表现出的优势。本文用实验估算了由于程相关而降低的相位噪声,所测得的残余相位噪声平均在预测数值的5dB内;还表明了在直接转换接收机中,接受信号和本振信号的相位关系对解调的灵敏度起着举足轻重的作用,使用同相和正交相(I/Q)接收机中,可以防止出现空检测点。

[16]LorenzoScalise, Ilaria Ercoli, Paolo Marchionni, and Enrico Primo Tomasini.Measurement of respiration rate in preterm infants by laser Doppler vibrometry.InMedical Measurements and ApplicationsProceedings (MeMeA), 2011 IEEE International Workshop on,pages 657–661. IEEE, 2011.

本文提出了一种用于监测早产儿呼吸速率的光学非接触测量方法,使用了激光多普勒振测仪,将其放置在恒温箱外侧距婴儿有有一定距离的地方,通过分析和处理腹壁运动的监测结果,评估婴儿的心肺活动。

[17]ManelMartinez and Rainer Stiefelhagen. Breath rate monitoring during sleep usingNear-IR imagery and PCA. InPattern Recognition (ICPR), 2012 21st International Conference on,pages 3472–3475. IEEE, 2012.

本文提出了使用近红外图像和PCA技术对睡眠中的呼吸速率进行监测的技术。设计了一个固定的红外点并使用与之匹配的红外滤波器相机进行30秒的滑动窗口追踪、监测,然后采用主成分分析(PCA)和自回归谱分析(AR)方法来处理滤波,估计呼吸速率。

[18]Florian Pfanner, Joscha Maier, Thomas Allmendinger, Thomas Flohr, andMarc Kachel- rieß. Monitoring internal organ motion with continuous wave radarin CT. Medical physics, 40(9):091915, 2013.

本文设计并实现了将连续波雷达应用到CT中对内脏器官运动进行检测的系统。该系统工作频段在860MHz,1个接收和4个发射天线阵列被放置在靠近病人的CT工作台上,雷达波穿过人体并在内部组织边界反射,反射的信号经过处理提取获得所需信息,确定呼吸运动及实现对内脏器官的检测。

[19]Fu-Kang Wang, Tzyy-Sheng Horng, Kang-Chun Peng, Je-Kuan Jau, Jian-YuLi, and Cheng- Chung Chen. Single-antenna Doppler radars using self and mutual injectionlocking for vital sign detection with random body movement cancellation.Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on,59(12):3577–3587, 2011.

本文提出了一种基于自注入锁定(SIL)和互注入锁定(MIL)消除身体随机运动噪声的单天线多普勒雷达生命体征检测技术。

单天线SIL雷达阵列的设计降低了连续波多普勒雷达系统的硬件复杂度;将被测对象放置在两个单天线SIL雷达之间通过多普勒频移测量心率和呼吸,通过两个雷达的相互注入锁定(MIL),身体随机运动产生的噪声影响被消除。

[20]Yanming Xiao, Jenshan Lin, OlgaBoric-Lubecke, and Victor M Lubecke. Frequency-tuning technique for remotedetection of heartbeat and respiration using low-power double-sidebandtransmission in the Ka-band.MicrowaveTheoryandTechniques,IEEETransactionson, 54(5):2023–2032,2006.

本文提出了一种在Ka波段使用低功耗双边带传输的远程检测心跳和呼吸的频率调谐技术。主要工作:1)选择Ka波段电磁波因该段电磁波波长较短从而提高检测灵敏度;2)采用间接转换接收机结构,以减少直流偏移和1 / f噪声,从而降低信噪比;3)通过选择一个合适的频率间隔使得双边带信号发射机的输出是正交的方式,防止空检测点出现在高频位置;4)应用频率调谐技术可实现将零检测点转换成最佳检测点。实验表明该雷达传感器系统,在2.0米距离的双边带传输功率仅为12.5uw,其检测精度超过80%。具有低功耗、检测灵敏度高的优势。

[21] John E Kiriazi, Olga Boric-Lubecke, and

Victor M Lubecke. Dual-frequency technique for assessment of cardiopulmonary

effective RCS and displacement.SensorsJournal,IEEE, 12(3):574–582, 2012.

本文提出了一种双频技术来获得评价心肺活动的参数——雷达散射截面和位移。即采用双频技术,也就是在强度和相位调制幅度上的对回波信号的定量分析,来精确评估有关心肺活动的两个关键参数——有效雷达散射截面(ERCS)和位移。第一个参数有效雷达散射截面(ERCS)对应于由于呼吸、心跳活动导致躯干表面部分移动的雷达散射截面。第二个参数定义为躯干表面在信号入射方向产生的最大位移。该双频系统基于球形目标校准和位移测量验证。实验结果表明ERCS躯干后部大于前部,呼吸深度(躯干位移)俯卧时小于仰卧。

[22]Changzhan Gu, Ruijiang Li, HualiangZhang, Albert YC Fung, Carlos Torres, Steve B Jiang, and Changzhi Li. Accuraterespiration measurement using DC-coupled continuous-wave radar sensor formotion-adaptive cancer radiotherapy.BiomedicalEngineering,IEEETransactionson, 59(11):3117–3123,2012.

本文提出了一种采用直流耦合连续波雷达传感器进行动态自适应肿瘤放射治疗的精确呼吸检测方法。相比于传统方法,该设计可提供准确、无创、非接触式、非入侵式呼吸测量,在动态自适应放疗中的呼吸门控和肿瘤追踪应用有巨大潜力。

本文雷达传感器的设计采用直流耦合自适应调谐架构,包括RF粗调和基带微调。为增强接收信号并消除直流偏移,射频调谐在雷达传感器的射频前端采用了衰减器和移相器;为实现在基带的高增益放大、获得最大动态检测范围采用基带微调架构,进一步校准了直流偏移。

[23] Changzhan Gu, Changzhi Li, JenshanLin, Jiang Long, Jiangtao Huangfu, and Lixin Ran. Instrument-based noncontactDoppler radar vital sign detection system using heterodyne digital quadraturedemodulation architecture.Instrumentation and Measurement, IEEETrans-actions

on, 59(6):1580–1588, 2010.

本文提出了采用外差正交解调技术的非接触式多普勒雷达生命探测系统。该系统优势是部署简单,采用正交外差解调结构,有助于减轻正交通道不平衡并消除反正切解调中的直流偏移。其可调载波频率可针对不同的人类对象选择不同的最佳频率并且能够检测到存在于天线和对象之间不同障碍物的生命体征。

[24]Jiaqi Zhao, Zhongbo Zhu, Wanzhao Cui,Kuiwen Xu, Bin Zhang, Dexin Ye, Changzhi Li, and Lixin Ran. Power synthesis at110-ghz frequency based on discrete sources. IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques, 63(5):1633–1644, 2015.

本文研究了基于离散源的在110GHz的功率合成的可能性。实验采用固态雪崩二极管实现110GHz的原型系统进行阻抗匹配,在不使用任何吸波材料的情况下,可以同时获得射频偏压和太赫兹的输出,表明本文提出的方法可通过精确的相位控制,克服相位校准困难,实现基于离散源低太赫兹的功率合成。

[25]ChangzhiLi, Victor M Lubecke, Olga Boric-Lubecke, and Jenshan Lin. A review on recentadvances in doppler radar sensors for noncontact healthcare monitoring.IEEE Transactions on

microwave theory and techniques, 61(5):2046–2060, 2013.

本文是关于多普勒雷达传感器在非接触式医疗监护中的研究进展。回顾了多普勒雷达在远程监测心跳和呼吸方面的应用,阐述了近年来信号处理方法和系统架构研究成果,并对未来发展方向进行展望(提高硬件技术;先进的信号处理方法;消除身体随机运动和杂波噪声;低功耗、灵敏度高的小型雷达传感器研究等)。

[26]Zhengyu Peng, Lixin Ran, and Changzhi Li. A 24-ghzlow-cost continuous beam steering phased array for indoor smart radar. InCircuits

and Systems (MWSCAS), 2015 IEEE 58th International Midwest Symposium on,pages 1–4. IEEE, 2015.

本文提出了一个24GHz的低成本的相控阵室内智能雷达系统。该系统具有成本低,可连续控制波束方向的特点。该系统在H面的波束可以通过一个矢量控制阵列不断转向不同的方向。矢量控制阵列的每个单元可以独立地调整水平放置的线性阵列中相应元素的相位和振幅。整个系统做成一个PCB板,采用PIN二极管实现接收信号波束的转向调制,采用低噪声放大器来弥补矢量控制阵列的损失并降低噪声指数。

[27]Z. Peng,J. Chen, Y. Dong, B. Zhang, D. Ye, J. Huangfu, Y. Sun, C. Li, and L. Ran. Radiofrequency beamforming based on a complex domain frontend. 2016.

本文提出了一个基于复数域的射频前端波束形成系统。该系统是一个独立的波束形成架构,可应用于窄带设备,基于复数域的射频前端能够分离波形的延迟信息和射频信号,通过复数的实部和虚部同时控制振幅和高频信号相位,复数域波束形成算法不需进行任何形式的转变便可以直接应用。该波束形成系统的优势是:避免了大量使用传统的T / R模块和高速基带设备,低功耗,低成本,高效率。

[28]Changzhi Li and JenshanLin. Random body movement cancellation in Doppler radar vital sign detection.

MicrowaveTheory andTechniques,IEEETransactionson,56(12):3143–3152, 2008.

本文阐述了消除多普勒雷达生命体征检测中由于人体随机运动产生的噪声的方法。包括复杂信号解调技术和反正切解调技术。分析比较两种方法:当直流偏移被校准时,二者均可用来消除人体随机运动产生的噪声;但当直流偏移未被校准时,复杂信号解调更具鲁棒性且容易实现,而反正切解调在高载波频率上具有消除谐波和互调干扰的优势。(和文献[34]有重复的内容)

[29]ChangzhiLi and Jenshan Lin. Non-Contact Measurement of Periodic Movements by a 22-40GHz Radar Sensor Using Nonlinear Phase Modulation. InMicrowave

Symposium, 2007. IEEE/MTT-S International, pages 579–582. IEEE, 2007.

本文提出了一个简单的非接触检测技术,通过使用基于非线性相位调制的22-40GHz雷达传感器非接触测量周期运动的频率和振幅。

该技术具有以下优点:1)该方法不需要对信号幅值进行校准即可精确测量运动幅度;2)具有自我验证能力,能实现对测量精度的自检验;3)无线体系结构非常简单。由于该方法是基于非线性相位调制,检测范围大,可用于检测载波波长大于0.335的固定载波频率系统及最小载波波长为0.214频率可调谐系统的振幅。通过分析和模拟的广角入射效应可知通过选择适当的无线电频率、测量距离和天线模式可确保测量运动的振幅精确性。

[30] Byung-Kwon Park, Olga Boric-Lubecke, and Victor M Lubecke.

Arctangent demodulation with DC offset compensation in quadrature Dopplerradar receiver systems. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on,55(5):1073–1079, 2007.

本文介绍了正交多普勒雷达接收机系统的反正切解调与直流偏移补偿方法。本文提出用于校准直流偏移,保持直流信息并捕获与运动相关的最大分辨率的信号的方法。该技术通过结合使用反正切解调正交接收机系统的输出信号,即使测量的交流信号的振幅是几个数量级较小的情况下,也可以在正确保持直流信息的同时成功消除直流偏移,该技术不同于单通道多普勒雷达系统,不要求精确的目标位置和近似小角度的运动幅度。

[31]Kazuyoshi Itoh. Analysis of the phase unwrappingalgorithm.AppliedOptics, 21(14):2470– 2470, 1982.

本文对相位解缠算法中的相位追踪算法进行分析,阐述了利用该算法对相位序列进行精确追踪的必要条件。

[32]Jingyu Wang, Xiang Wang, Lei Chen, Jiangtao Huangfu, ChangzhiLi, and Lixin Ran. Non-contact distance and amplitude-independent vibrationmeasurement based on an extended DCAM algorithm.

IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,63(1):145–153, 2014.

本文提出了基于扩展的微分交叉相乘(DACM)算法进行非接触式的距离和独立的振幅振动测量方法。使用扩展的DACM算法用实测的非校准的数据还原振动模式,在基于小角近似的多普勒雷达中解决零检测点和非线性问题并且在反正切解调方法中消除上域限制。该算法在机械故障检测和人类生命体征检测中具有广泛应用。

[33]Rich Fletcher and JingHan. Low-cost differential front-end for Doppler radar vital sign monitoring.InMicrowaveSymposiumDigest,2009.MTT’09.IEEEMTT-SInternational,pages 1325–1328. IEEE, 2009.

本文设计了多普勒雷达生命体征监测的低成本差分前端系统,可应用于短距离的汽车驾驶员安全系统,健康监测和安全检查。

该系统使用两个螺旋天线,每一个波束宽度40度,可以照亮1米内的物体并进行差分测量。每个天线的信号可以建立一个测量矩阵,两个天线相结合,通过基带信号消除背景运动噪声。该设计改进了传统单雷达监测方式提供了性能,并有效消除了背景噪声。

[34]Changzhi Li and JenshanLin. Complex signal demodulation and random body movement cancellationtechniques for non-contact vital sign detection. InMicrowave Symposium

Digest, 2008 IEEE MTT-S International, pages 567–570. IEEE, 2008.

本文提出了一种复杂信号解调技术,通过从每个时域滑动信号窗口提取的平均信号消除非接触生命体征检测的零检测点问题。

基于这种复杂信号解调技术,提出了通过使用两个发射接收机通过对人体的两侧同时进行测量来消除非接触式检测中由于身体随机运动所产生的噪声的方法。

[35]Changzhi Li, JunLing, Jian Li, and Jenshan Lin. Accurate Doppler radar noncontact vital signdetection using the RELAX algorithm.Instrumentation and Measurement, IEEE

Transactions on, 59(3):687–695, 2010.

本文介绍了利用RELAX算法进行基于多普勒雷达的非接触式生命体征检测的方法。微波多普勒雷达可实现非接触的生命体征检测,用电磁波探测人体目标时,由于人体心肺活动,回波信号将发生多普勒效应,运用RELAX算法对信号进行处理,去除干扰信息,提取出与心肺相关的生命体征信息。

基于多普勒雷达的生命体征检测具有非接触、穿透性等优点,可应用于日常健康监测、特殊人群监护、医疗诊断、灾难救援及安防等领域。

[36]Petre Stoica, Jian Li, and Jun Ling. Missing data recovery via a nonparametriciterative adaptive approach.Signal Processing Letters, IEEE,16(4):241–244, 2009.

本文介绍了基于加权最小二乘迭代自适应谱估计的数据恢复方法。利用迭代自适应算法,再借助于加权最小二乘进行从可用的数据样本估计缺失的数据样本,实现对数据的恢复。其优势在于可以用于数据序列的内插和外推,可以恢复任意模式的丢失数据,无论样本是均匀或非均匀的,该算法大大降低了计算成本。

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