资料图。
它们在帮助跑者记录心率、跑量，评估运动强度、反映运动效果等方面发挥重要作用，它让看不见的生理参数——心率得以清晰呈现，由此产生了所谓“心率跑法”。
手表轻巧佩戴方便，相比拿着笨重的手机记录跑步，轻松方便了许多。
对于要求不高的跑者而言，便宜的运动手环基本就足以满足需要了，而对于成熟跑者来说，动辄几千块的运动手表则是他们的重要装备。
跑步手表从测量技术方面主要分为两类：一类是心电测量技术、一类是光电测量技术。
心电测量准确可靠，但由于必须使用心率带，一些跑者会觉得有束缚感；
而光电测量技术则完全不需要额外再使用心率带，大大减轻了跑者负担从而受到跑者青睐，光电手表似乎有越来越取代心率带手表的趋势。
但光电手表在高心率时的精度问题一直受到质疑，也即表现为测量出来的心率高于实际心率，也就是跑者俗称的在跑得比较快时，光电手表测量的出来的心率比较飘。
为什么会发生这种情况，有办法解决光电手表在测量高心率时不准的吗？
本文做一详细解释。
一、光电手表的测量原理
光电手表的测量方法学名“光电容积脉搏波描记法”，英文为PhotoPlethysmoGraphy，简称PPG技术。
其基本原理是这样的：当光束照射到皮肤表面时，光束可以穿透皮肤，然后通过透射或反射方式传送到发光源旁边的光接收器，在此过程中由于受到皮肤、肌肉、血液的吸收衰减作用，接收器检测到的光强度将减弱。
像皮肤、肌肉和其他组织对光的吸收是基本不变的，而血管里的血液在心脏节律性的收缩舒张作用之下，呈现周期性搏动血流特征，心脏每跳动一次，动脉血管就搏动一次并且带来血流脉冲式流动，当心脏收缩时，血流量增加，血液对于光的吸收增强，检测到的光强度变小。
而在心脏舒张时，正好相反，检测到的光强度增加，这就使得使光接收器接收到的光强度呈现跟动脉搏动同样的节律变化，当我们把光转换成电信号时，电信号同样呈现脉冲式特征，这样提取脉冲信号，就能计算出每分钟的心跳次数，也就是心率。
由于血液是红色的，反射红光，吸收绿光，所以绝大多数光电手表是发射绿光。
如果你觉得上面表达有些晦涩，我们可以举个例子☟
假设手表的发光数值为100，皮肤、肌肉组织恒定吸收10，血液总吸收为15。
那反射后为100-10×2-15=65（因为要两次穿透皮肤），这时心脏收缩，一股血流涌过来，血液总吸收变成了30，那反射后为100-10×2-30=50。
由于血液是周期性脉冲式流动，所以发光数值就一直呈现65-50-65-50-65-50-65-50-65-50这样的周期变化，通过计算每秒多少次脉冲变化，就得出你的心率。
二、为什么大多数心率手表都是采用的绿光呢？
选择什么颜色的光不是随意的，而是要考虑皮肤由于有颜色会吸收某些波长较短的光，如果光的波长较短就无法进入体内，而且要争取让血液吸收更多的光这样才能敏感地感受到血流脉冲变化特征。
总体来说，绿光-红光作为测量光源较好。早起多数采用红光为光源，但目前认为绿光作为光源得到的信号更好，所以现在大部分运动手表都采用绿光为光源。
但是考虑到皮肤情况的不用（肤色、汗水），某些高级运动手表会根据情况，自动轮换使用绿光、红光等等。
比如AppleWatch就是使用绿光和红外光，当其处于15摄氏度以下的温度时，通过测量绿光的吸收状况来获取更为精准的数据。
而高温环境下，比如用户正在挥汗如雨地跑步时，皮肤表面水分增加，由于更多绿光已经被吸收掉，要检测皮下反射的绿光就比较困难，这时AppleWatch就转换到红外光模式。
佳明手表同样也是采用了绿光和红光两种模式。
三、影响光电手表测量精度的因素
虽然很多手表都声称自己测量准确，但如果采用实验测试方法，还是能发现光电手表的准确性并不是100%，毕竟人体是一个非常复杂的结构。
影响光电手表的主要因素至少有这么一些：
1、干扰信号
事实上，光电式心率测量设备最大的技术障碍是如何将生物特征信号从大量乱七八糟的干扰信号中分离出来？
当光线射入一个人的皮肤时，由于光线被人体不同组织所吸收，所以只有一小部分光线返回给光接收器，并且这些微弱的被返回的光线中，只有一点点是由心脏收缩的血流量调节的，剩下的都分散在非搏动性生理物质上，例如皮肤、肌肉等等。
因此，人体处于剧烈运动状态时，皮肤、肌肉这些非搏动性生理物质也产生移动，而这种移动就会导致光线吸收产生变化，由此导致很难从光线中发现真实血流量变化所带来的光线变化特征。
此外，周围光线干扰还加剧这个问题的严重性，所以光电手表佩戴要适度紧一点，如果松松垮垮，大量自然光线也会被光接收器所接受，甚至创造出近似生理性质的脉动信号。
因此，在腕带式光电手表的使用过程中，通常会要求携带者佩戴严实，以避免漏光而使得环境光线对测量产生干扰。
2、皮肤肤色
人们肤色不同，颜色深浅不同，也会对对光的吸收产生不同影响，这就意味着光电式心率测量设备传感器捕获的光的强度和波长是取决于穿戴手表的人的肤色的。
例如☟
深色皮肤吸收绿色光较多，如果皮肤颜色较深，那么测量心率的准确性就会下降，这是不是意味着黑人使用光电式心率手表几乎没有可能？
还有些人有纹身，这也是苹果被人们诟病的“纹身门”，手腕有纹身的苹果手表用户发现显示屏上的数据显示非常微弱，甚至没有。
也许你会问，肤色浅是不是测量准确性会提高，遗憾的是，肤色越浅的人，反射光则在明亮的光束下又越容易散掉。
3、信号交叉问题
具有周期性特征的运动比如跑步会产生交叉干扰方面的问题，而光电手表恰恰测量的最主要的运动就是跑步这类运动，这就是矛盾所在，因为光信号数据通常与摆臂频率或者步频频率（140-190步/分）处于同一个区间里。
许多光电手表的运算法则很容易将通过光电手表测量的摆臂、步频等信息错误解读成心率，因为跑步时规律地摆臂本身就会成为一个特定的信号干扰。
因为当心率和摆臂频率、步频接近重叠时，许多光电手表倾向于锁定摆臂频率并将其显示为心率。
夸张一点说，光电手表显示的是你的步频，而不是心率。
4、佩戴部位
事实上，腕部是最不能做到精确测量的部位之一。
因为这个区域（肌肉、肌腱、骨头等等）会产生更高的光线干扰，并且手腕部位的血管结构有高度的变异性，但是戴手表肯定就是戴在手腕上，矛盾就在这里！
其实，前臂部位被认为是更好的选择，因为在那里的皮肤表面有更高的血管密度。更为夸张的是，对于光电手表来说，耳朵是至今为止被认为最佳的部位。
因为那里只有软骨和毛细血管，即使身体在运动耳朵也不会有的太多位移，因此大大减少了对于光线的干扰。
混合耳机技术和光电技术的耳挂式心率测量装置会不会成为未来一种的新的技术选择呢？
尽管目前市面上，光电式心率手表似乎有取代胸带式心率手表的趋势，因为基于PPG技术的心率测量穿戴设备无论是从测量还是使用上来看都比较方便。
但唯独在测量精度、稳定性方面却时常表现得不尽如人意，误差较大，特别是运动强度比较大，心率比较高的时候。
四、让人哭笑不得的光电手环测量卷纸“心率”
有人将光电手环套上卷纸上，平放在桌面上，同时打开心率检测，这时并没有显示心率数据。
但是，如果将手环和卷纸继续放在比较暗的地方，但是拿在手上反复晃动。这时手环开始稳定地出现了心率数据。
又或者把卷纸平放在桌面上，打开心率检测。之后开始有规律的按压卷纸。心率数据再次出现了。
其实不光是手环，甚至苹果Applewatch也会呈现测量不同物体都能有心率的神奇现象！
卷纸有“心跳”，这显然是违背逻辑的事情，为什么会出现这种现象，那是因为这种测试方式主要是依靠光线反射，因此只要反射的光线有一定规律就有可能会被探测器识别为“心率”！
手表不知道测量的是什么，它只会根据物理条件和算法“忠实”地记录实际结果。
有专家表示，卫生纸内的植物纤维是光信号的良好反射体，而不断地晃动、挤压卷纸，算法就会将反射的光信号的规律变化拟合为心率，这是很正常的现象！
五、总结
光电手表测量技术经过多年发展和算法优化，在安静以及中低强度运动时，精度已经足够好，但在高心率时，由于影响因素众多，误差开始加大。
有些光电手表要求你戴在小臂、大臂而非手腕上，又或者采用多个发光头和接收器多通道测量，其目的都是为了避免影响因素，提高测量精度。
