诚信指数检定系统开发

虚拟仪器技术

　　当今，虚拟仪器技术集成了高效的软件、模块化I/O和可扩展的平台，见图1所示。

                          
　　图1 虚拟仪器技术是将高效图形软件、模块化I/O和可扩展平台作有效连接

　　利用虚拟仪器技术，使工程师缩短了开发时间，设计出了更高质量的产品，并且减少了设计成本。

　　基于虚拟仪器技术的诚信指数检定系统

　　今天，随着高科技的发展，用电子测量设备来解决“诚信”的判断与评估问题已成为可能与现实,由此而研发的<<诚信指数检定系统>>是人们可以接受的非接触式与接触式检测技术为主的电子测量设备,它属于特定的测谎应用新技术。

　　<<诚信指数检定系统>>主要应用新型非接触式的热红外成像技术与触摸式高精度压力传感器----硅压阻式传感器(SPRT)相结合的多道检测技术对人体心理状况变化而引发生理指标的检测。这里“诚信”的含义是一种心理状态，而“指数”则是反映心状变化所引起生理指标的变化。它不是传统概念上的接触型测谎仪，是属于测慌技术应用的系统。

　　而虚拟仪器是一种新型图形软件和模块化硬件技术相结合的计算机主流技术。近几年来，己有虚拟仪器开始涉足通信、电子电力、汽车、及工业自动化等各个应用领域，并且已逐步进入司法与安全防范等领域，因而将虚拟仪器技术应用于诚信指数检定是势在必行的新思路。

　　该诚信指数检定仪的用途是多功能测谎监视设备，可用来监视人体面部温度变化与呼吸焦虑程度。其焦虑程度的重要参数：人体面部温度变化、呼吸频率、呼吸的均匀程度以及呼气和吸气之间的间歇，而这些“指数”则是反映心理状态变化所引起生理指标的变化。平静与非正常的情绪通常会导致面部温度变化和呼出长于吸入，二者时间之比的参数，从一个方面揭示出人的焦虑程度，它们都是生理指标的变化程度,却正是人的心理状态，即“诚信”或“诚实”度的反映，则诚信指数检定仪反映出检定仪具有大量的可视信息功能。

　　图2为基于虚拟仪器技术的诚信指数检定系统框图。

　　             图2 基于虚拟仪器技术诚信指数检定系统框图

　　系统(图2)所示分三大部分，其左边部分为采用新型非接触式或与先进的触摸式压力测量传感器相结合的多道检传感检测头，对人体面部血液微小流通产生的温度变化与人体呼吸焦虑状态等指标进行检测(本文对图中的虹膜特征、语音特征及皮肤湿度、电位等参数变化的检测不作介绍，只是在图中示意画出);其中间部分，为测试部分，应用虚拟仪器技术对采集的图形、数据作分析、判断和评估;最右边部分是测试结果的图文声并茂的监视装置，各种生理指标变化参数通过不同颜色的图形曲线文字在显示屏上显示出来，同时亦可以通过语音或音乐提示。

　　系统组成

　　该诚信指数检定仪是基于图形软件LabVIEW的监测系统，使用NI公司的LabVIEW-7图形化编程平台、PCI-6025E多功能数据采集卡、结合性能优良的热红外成像技术与高精度压力传感器----硅压阻式传感器(SPRT)，以作传感检测部件。

　　*热红外成像技术的探测头与所应用的非制冷焦平面热像仪

　　应用红外探测器探测人体面部的热辐射，根据测得的辐射能量大小，就能知道温度的高低，红外热像仪能被动接收人体面部下血管内血液流动微小变化的红外幅射(即温度变化)，并把这种幅射信号转换成人眼能观察到红外图像。一台灵敏度为0.025℃的热摄像机以每秒30帧的速率获取人的面图像。热成像系统探测到这种变化后把眼睛周围的部位显示成白色。这就是用热成像技术识破说谎者，其准确率达到83%。

　　热红外成摄像头操作处于被动接收状态，不接触人体，也不发出辐射，对人体无任何损害或副作用，即使频繁使用也不会对人体产生不良影响。检测过程快捷，测量精度高，温度分辨率可达0.01-0.03℃、作用距离20cm-5m(国内的);0.0025℃(美国)。

　　高精度压力传感器----硅压阻式传感器(SPRT)见图3与4所示组成全桥式传感器检出技术示意图。

　　图3 用SPRT组成的敏感电桥的四个桥臂对于压力变化有误差+ΔR、-ΔR响应。INP-传感器正信号输出，INM-传感器负信号输出

　　图4 应用SPRT对呼吸压力检测

　　PCI-6025E多功能数据采集卡

　　有了上面二种非接触与触模式检测技术可充分利用虚拟仪器技术的优势，方便地实现人的面部温度变化与呼吸频率、呼吸的均匀程度以及呼气和吸气之间的间歇等动态生理信号的采集和数据的分析及处理，并显示和打印输出所需图形与数据。为有关监测人士正确判断(测谎)提供正确的依据。而PCI-6025E为多功能数据采集卡，属低价格E系列多功能和高精度数据采集卡(DAQ)：16路单端/8路差分摸拟输入，12位分辨率、200KS/s采样率、200KS/s磁盘写入速度、±0.05到±10V输入范围，最多2路12位模拟输出，最多32条数字I/O线，最多2路24位计数/定时视器，支持Windows 2000/NT/XP/Me/9x和Mac OS的NI-DAQ驱动软件。

　　图形软件LabVIEW-7

　　虚拟仪器检测系统利用LabVIEW-7的开放性，使得传感器和数据采集设备能够得到充分的应用和合理的配置。对于不同的温度与呼吸压力检测对象，可以通过编制基准中心与比较的检测软件和相应的设备组来实现。另一方面，检测系统通过LabVIEW强大的数据采集与总线连接库，与测控仪表的智能接口GPIB、USB、VXI、PCI、RS—232和IEEE—488.2等实现数据通信，避免用检测仪表直接进行压力检测，可以提高测量数据的准确性与可靠性。

　　LabVIEW-7采用数据流程的图形化G语言编程技术，把复杂费时的软件编程简化为菜单以适合图表连接调用，图5为诚信指数检定设备红外热像探测人体面部温度变化的LabVIEW-7虚拟前面扳设置示意图。

　图5 诚信指数检定设备的LabVIEW-7虚拟仪器面板设置示意图

　　系统软件设计

　　·信号采集、分析与处理

　　在诚信指数检定系统中，数据信号的采集是一个重要部分，信号的采集通过数据采集板完成。本系统采用的数据采集板PCI-6025E多功能数据采集卡(DAQ)能够在较大应用范围内带来高的运行效能和稳定的数据采集能力。系统采用了单端16路模拟输入、1倍的增益，其性能满足系统的需求。充分利用LabVIEW-7中提供的工具和各种子函数模块，并结合DAQ的硬件优势，不仅实现了信号的准确、快速的采集，而且能做出操作方便，形象逼真的仪器面板，图6为呼吸压力监视的LabVIEW-7虚拟面器扳设置示意图(从电脑屏幕画面上摘取)。

　　图6 用高精度压力传感器-硅压阻式传感器(SPRT)检测呼吸压差的虚拟仪器前面板设置示意图

　　利用LabVIEW-7进行虚拟仪器系统的另一个好处在于其强大的数据分析与处理功能。LabVIEW-7是—个带有扩展功能库和子程序库的通用程序设计系统。在其开发环境下可提供的应用程序有180多种，可根据系统需要实现各种功能，这里主要利用高级分析函数库中的若干函数模块。

　　在数据处理阶段，要清除噪声等干扰信号，可以运用LabVIEW所含高级分析函数库中的SubVI滤波子程序组成滤波器对采集来的数字信号进行滤波处理。可运用时域和频域分析SubVI子程序组成示波器与频谱分析仪，进行时域、频域信号处理。可使用快速傅立叶变换(FFT)使生成人体面部温度与呼吸压力变化的频谱图。

　　同样，可以利用高级分析函数库中的相关数字处理函数生成出人体面部温度变化(红黄兰绿四色)与人员呼吸压力时的曲线图。当采样的是非整数周期信号时，为了防止频谱信息丢失进而导致失真，可以选用恰当的平滑窗口函数，将采集波形的过渡段最小化，从而较少频谱的丢失。

　　·检测信号显示与保存

　　该系统不仅需要提供实时显示功能，还要提供了数据、图形及表格打印输出与保存功能。该系统能够方便地实现这些功能，在于LabVIEW提供的文件I/O功能函数是—组功能强大、伸缩性强的文件处理工具，可以很好地实现数据的显示、输出与保存这一功能。使用计算机控制，测量结果实时屏幕显示与结果保存很方便。另外，通过与外围设备的连接，使仪器在测试状态和分析状态下均可以打印测试报告。

　　根据以上设计方案研发的新型诚信指数检定仪，为诚信指数的测定能够准确可靠判别提供科学依据。

　　结语

　　诚信指数鉴定系统采用的是强大的计算机软件数据处理技术和最先进的非接触式红外和触摸式生物测量传感器相结合的多道捡测技术的完备结合，以取代传统接触式的测谎仪，是适用于保险、金融、证券、法律、大型企业及国家机关机及事业单位等领域安全防范的新型设备。