感知技术 · 非接触感知技术

rPPG、毫米波雷达与接触式PPG有什么区别?怎样选择?

了解三种技术的采集原理、硬件要求和使用条件,按项目需求选择。

rPPG观察视频中的光学变化,毫米波雷达观察回波反映的目标运动,接触式PPG记录贴近皮肤的光学脉动。三者在接触要求、硬件、遮挡与运动条件上各有取舍,选择应从具体应用需要出发。

本文目录 · 8 个问题

三种技术分别采集什么信号?

rPPG从皮肤反射光的视频变化中提取脉搏相关信息;接触式PPG将发光和接收器件贴近身体,记录局部光学信号;毫米波雷达则通过无线电回波,分析身体细微位移等信息。[1][2][3]

信号来源不同,影响因素也不同。rPPG需要考虑照明和可见皮肤区域;雷达需要从回波中分离目标运动;接触式PPG则需要保持合适的接触。

图示可在框内左右滑动查看。

图 1 · 三种技术,先看它们观察的物理信息 示意图比较传感原理,不绘制具体产品。DMS是应用系统,不属于这里的第四种传感原理。
图 1 · 三种技术,先看它们观察的物理信息示意图比较传感原理,不绘制具体产品。DMS是应用系统,不属于这里的第四种传感原理。

rPPG:评估能否复用现有摄像头

在摄像头能够看到合适皮肤区域时,rPPG可以与一般视觉任务共享部分输入。已有镜头、屏幕和计算资源的交互设备,可以评估现有视频是否适合rPPG。

它的挑战是视频同时包含人体、环境与相机处理的变化。光照、运动、有效区域和时间连续性都需要考虑。[4][5] 复用摄像头前,需要确认视频质量和处理方式是否适合目标生理功能。

毫米波雷达:不依赖可见皮肤颜色,但也会受干扰

雷达可观察目标的细微运动,相关技术演示研究呼吸运动及心搏相关微动。TI的官方生命体征演示介绍了用毫米波器件观察这类运动的方法。[3]

毫米波雷达的采集不依赖可见光,但身体大幅运动、多目标、反射环境和安装方式都会影响回波分析。能否隔着某种材料工作,还要看材料和雷达配置。

接触式PPG:距离更近,但需要稳定的接触关系

手腕或手指的光学传感器靠近皮肤,能够建立相对直接的采集路径。代价是需要佩戴、握持或接触;松紧、接触位置和运动也可能改变信号。

接触式PPG并不自动包含所有生理功能。普通单一脉搏传感器与采用相应光学配置的血氧设备,不应被当成同一种产品。穿戴设备支持哪些功能,还取决于其光学配置、计算方法和验证结果。[2]

采集原理、设备与使用条件对照

小屏阅读:表格可在框内左右滑动。

采集原理、设备与使用条件对照
维度视频rPPG毫米波雷达接触式PPG
主要物理线索皮肤反射光随时间变化回波中的目标运动与细微位移贴近皮肤的光学脉动
是否需要接触不需要不需要需要
脉搏或心搏相关信息可研究和估计脉搏节律可研究心搏相关微动可记录局部脉搏波
呼吸相关信息依运动或光学调制方法可观察呼吸运动可研究脉搏中的呼吸调制
常见影响因素光照、运动、遮挡、视频处理运动、目标分离、反射环境接触、位置、运动
与既有设备结合可能复用适合的摄像头需要相应雷达硬件需要接触传感单元

表格比较三种技术的采集原理和使用条件。比较准确性时,还要明确测量指标、参考方法和各自的测试条件;具体功能以所选产品资料为准。

DMS为什么没有放进第四列?

DMS是驾驶员监测系统,是一个应用系统概念;rPPG、雷达和PPG是感知方式。一个DMS可以使用摄像头,也可能与其他传感器结合。所以“rPPG与DMS谁更好”实际上混合了不同层次。

更准确的问题是:某个DMS希望增加什么信息,哪种传感方式适合当前车辆?同样,OMS关注更广泛的乘员,健康座舱再把感知与交互服务连接起来。术语之间的关系见《DMS与DMS+有什么区别?如何扩展驾驶员状态感知?》。

按使用任务怎样选型?

面对面交互终端已有清楚的视频输入,可以先讨论rPPG;更关心一定范围内的呼吸运动,可以考察匹配的雷达方案;愿意佩戴且需要贴身连续记录的使用方式,则可能更适合接触传感。具体型号还需结合现场条件和测试结果确定。

多传感器也可以互补,但新增一路意味着额外成本、同步、安装和数据管理。增加传感器前,应明确它能补充什么信息,以及这些信息是否用于项目任务。

不拍人脸,不等于不涉及个人信息

雷达通常不生成常规人脸照片,但与身份关联的生理或行为结果仍可能需要保护。摄像头方案也可以讨论本地处理与最少数据路径。隐私不能只凭传感器名称判断,应结合实际采集、关联和使用方式。[6]

选型时先确认用户怎样使用、需要哪些信息,以及现场的采集条件,再决定采用哪种传感方式或组合。

参考资料与延伸阅读

  1. 论文Poh M-Z; McDuff D J; Picard R W. Non-contact, automated cardiac pulse measurements using video imaging and blind source separation.

    Optics Express 18(10):10762–10774, 2010. DOI: 10.1364/OE.18.010762

    引用范围:视频脉搏感知的研究路径;不代表任意摄像头的产品性能。

  2. 学术综述Schäfer A; Vagedes J. How accurate is pulse rate variability as an estimate of heart rate variability? A review on studies comparing photoplethysmographic technology with an electrocardiogram.

    International Journal of Cardiology 166(1):15–29, 2013. DOI: 10.1016/j.ijcard.2012.03.119

    引用范围:脉率变异性与心率变异性并非在所有条件下等同。

  3. 官方技术文档Texas Instruments. Vital Signs Overview / User Guide — Radar Toolbox.

    官方雷达演示技术说明,访问于2026-10-10

    引用范围:毫米波观察细微运动并用于生命体征相关演示的原理;不推广为所有雷达规格。

  4. 论文Wang W; den Brinker A C; Stuijk S; de Haan G. Algorithmic Principles of Remote PPG.

    IEEE Transactions on Biomedical Engineering 64(7):1479–1491, 2017. DOI: 10.1109/TBME.2016.2609282

    引用范围:皮肤光学模型及远程PPG的算法原理。

  5. 研究数据集/论文Tang J; Chen K; Wang Y; Shi Y; Patel S; McDuff D; Liu X. MMPD: Multi-Domain Mobile Video Physiology Dataset.

    作者公开稿 arXiv:2302.03840, 2023;EMBC 2023

    引用范围:移动视频中的光照、运动、皮肤差异等场景因素。

  6. 法律原文全国人民代表大会常务委员会. 中华人民共和国个人信息保护法.

    2021年通过;官方政府网站法律文本

    引用范围:个人信息处理及敏感个人信息相关基本要求;不替代具体项目的法律判断。

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