基于手部心电信号的身份识别研究-计算机技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津理工大 学 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津理工大学 有关保留、使用学位论文 的规定。特授权 天津理工大 学 可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 (保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘要 传统的身份识别技术越来越不能满足人们的需求，生物特征识别技术凭借着其不易 遗忘和丢失的优势逐渐被大众接受。心电信号（ECG, Electrocardigram）作为一种活体 生物特征信号，映射出人的生理状况和健康状态，具有唯一性。和已商业化的指纹、人 脸等生物特征相比更不易被复制和伪造，具有更高的安全性。 传统心电采集方式多采用胸前导联或肢体导联，采集的不便性限制了基于 ECG 身 份识别的实际应用。本文在深入研究以手部方式进行心电信号采集特点的基础上，提出 了基于手部心电信号采集和身份识别的解决方案，使其能够用于实际应用，同时还构建 了一个基于手部心电信号的身份识别平台(即 ECG-ID 实验平台)。该平台通过手握式心 电采集方式，在短时间内就可以获得有效的心电信号，然后自动完成心电信号 R 波检测 和特征提取，最终给出有效的身份识别结果。该方案实现了 ECG 身份识别从理论到实 际应用的转变。 为提高手部心电信号的采集质量，本文设计了一种手握式无线心电采集装置。利用 织物电极取代传统粘性电极，采用手握方式增大电极与皮肤的接触面积，降低接触阻抗、 提高信号传导能力，获得稳定的心电信号。为了进一步提高心电信号的有效性，本文引 入中值滤波、切比雪夫低通滤波、滑动平均滤波三种算法相结合，消除心电信号的噪声。 同时，对使用本系统采集的手部心电信号与肢体导联采集的心电信号进行了对比分析， 实验结果表明，本文手握式采集的心电数据与标准Ⅰ导联心电数据相近，信号质量的标 准性和稳定性均能达到传统采集的标准，能满足便捷心电采集和身份识别的实用要求。 本文采用基于窗口阈值的 R 波检测方法，以平均心动周期波形作为心电特征，使用 SVM 进行身份识别实验，实验分为算法实验和应用实验。在算法实验中，21 名志愿者 进行了持续两个月的手部心电信号采集，获得了 1050 组实验样本。在训练集与测试集 1:1 的情况下，平均识别率达到了 99%，拒识率为 0.57%，误识率为 0.46%。在应用实验 中，本文设计并实现了一个 ECG-ID 实验平台。该实验平台在实际环境下进行了 8 个月 左右的应用。在实际环境中达到了 98%的识别率，1.4%的误识率，0%的拒识率。 实验结果表明，本文提出的手握式心电采集装置、特征提取算法和识别算法在实际 环境中保持了较高的准确性和有效性。该平台的实现将 ECG 身份识别技术从理论层拓 展到实践层。 关键字：手部心电信号 身份识别 手握式无线心电采集装置 ECG-ID 实验平台 Abstract Traditional identification technique would no longer to satisfy people’s needs. Biometric identification technique are gradually to be accepted by the public because of their advantages on unforgettable and not easy to lost. Electrocardiogram (ECG) is a live signal, it reflects people’s physiological state and it has character of uniqueness. Compared with fingerprint, face and other commercial biometric recognition technology, ECG is more difficult to copied or forged. Furthermore, ECG is safer. Chest lead or