进一步详解Apple Watch心率监测：绿色LED和红外光到底如何变幻？

今天苹果公布了Apple Watch心率监测的原理 ，大致是通过光电检测法：心脏跳动时，人体全身血管会有微小波动的原理，射出一束光到人的手腕上，并用摄像头观察反射的阴影。如果其中有微小变化，就认为心脏跳动一次。

Apple Watch采用了两种光来监测 ，一是绿色的LED灯光，另一个是红外光。平时Apple Watch是用红外光来监测心率的，10分钟测一次，如果红外系统没法给出合适的结果，就会切换到绿色LED灯。另外，心率传感器还有补偿式设计，在信号不稳时可以通过增强LED光强和采样频率来弥补。

那么LED灯和红外灯具体有什么不同呢？我们和 37度手环 的创始人王帅聊了下这个话题，很有收获，听听他的分析：

主要区别还是信噪比和功耗。

绿色LED测量的话，精度很高，基本可以拿到每一次心脏搏动时的完整波形数据，所以测出来的心率是实时数据，用手表看的话会发现一直在变，因为正常人每次心跳需要的时间都是不一样的。想想ICU病房里的心电图显示器，上面显示的心率也是在不断变的。ICU和Apple Watch的区别就是，前者测的是电信号，后者测的是光信号。

这种即时的精准心率测量有什么使用场景呢？我们现在发现有两类，其一是需要周期性检测心率的，比如有些用户需要每天固定时间点测量心率，坚持很长时间，再去看这段时间身体状态如何的；其二是需要从单个具体的心率周期中看哪段可能有问题，这就需要能把整个心率周期的波形数据都即时精确的捕捉到。

红外测量的方法其实是很省电的，可以一直开着。但是它受外界干扰比较大，通常需要对心率保持一段时间的追踪，等稳定了再去采样计算，得出心率。红外测量的方法更像把脉，测一分钟内心跳的数据，然后算平均值，其实就是一分钟内的平均心率。

在Apple Watch这个产品上，可能的产品逻辑是，平时用红外测量来获得一天里大部分时间的平均心率，官方说法是10分钟测一次，这个频率对普通人已经够了，同时能耗不高。对运动爱好者来说，可能在某个节点需要知道精准心率，再切换到绿色LED系统去测量。

上面这两种方法相对来说难度并不太高，运动时的即时心率监测才是真正的难题。目前市面上还没有太好的解决方法，有些声称解决了的设备，我们试用之后发现，同临床试验比，是有很明显的延迟的，另外还丢掉了许多频段的信号。主要原因是光电测量的方法在信号抽样时有太多限制，抽样频率稍高一些能耗上升的很明显，大家只好降低频率，精度就下来了。

Apple Watch应该是在运动时心率监测上花了功夫的，不过现在还不知道它是如何解决这个问题的，也不知道效果如何。从现有的资料和图片来推测，Apple Watch的两个绿色LED灯之前距离隔得很远，发射面积也很大，逻辑上讲应该是一个多修正体系，中间的sensor很可能是全光幅检测，有些类似摄像头，不是对一个点去采样，而是对十万个点进行采样，然后去计算平均方差，得出的结果精度就很高了。