Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radars can measure subtle chest wall oscillations to enable non-contact heartbeat sensing. However, traditional radar-based heartbeat sensing methods face performance degradation due to noise. Learning-based radar methods achieve better noise robustness but require costly labeled signals for supervised training. To overcome these limitations, we propose the first unsupervised framework for radar-based heartbeat sensing via Augmented Pseudo-Label and Noise Contrast (Radar-APLANC). We propose to use both the heartbeat range and noise range within the radar range matrix to construct the positive and negative samples, respectively, for improved noise robustness. Our Noise-Contrastive Triplet (NCT) loss only utilizes positive samples, negative samples, and pseudo-label signals generated by the traditional radar method, thereby avoiding dependence on expensive ground-truth physiological signals. We further design a pseudo-label augmentation approach featuring adaptive noise-aware label selection to improve pseudo-label signal quality. Extensive experiments on the Equipleth dataset and our collected radar dataset demonstrate that our unsupervised method achieves performance comparable to state-of-the-art supervised methods. Our code, dataset, and supplementary materials can be accessed from https://github.com/RadarHRSensing/Radar-APLANC.


翻译:调频连续波(FMCW)雷达能够通过测量胸壁的细微振荡实现非接触式心跳感知。然而,传统的基于雷达的心跳感知方法因噪声干扰而面临性能下降。基于学习的雷达方法虽能获得更好的噪声鲁棒性,但需要成本高昂的标注信号进行监督训练。为克服这些局限,我们首次提出了一种基于增强伪标签与噪声对比的无监督雷达心跳感知框架(Radar-APLANC)。我们提出利用雷达距离矩阵中的心跳范围与噪声范围分别构建正样本与负样本,以提升噪声鲁棒性。所设计的噪声对比三元组(NCT)损失仅使用正样本、负样本以及由传统雷达方法生成的伪标签信号,从而避免了对昂贵真实生理信号的依赖。我们进一步设计了一种具有自适应噪声感知标签选择特性的伪标签增强方法,以提升伪标签信号的质量。在Equipleth数据集及我们采集的雷达数据集上进行的大量实验表明,我们的无监督方法达到了与最先进的监督方法相当的性能。代码、数据集及补充材料可通过 https://github.com/RadarHRSensing/Radar-APLANC 获取。

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