CN103135800A

CN103135800A - 光学手指鼠标、鼠标控制模块及其生理特征检测方法

Info

Publication number: CN103135800A
Application number: CN2011103889907A
Authority: CN
Inventors: 古人豪; 高铭璨; 黃森煌
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN103135800B

Abstract

一种鼠标控制模块，包含两个光源、图像传感器、处理单元及通讯协定单元。该两个光源发出不同波长的光以照明手指表面。该图像传感器接收来自该手指表面的反射光以生成多张图像图框。该处理单元根据该图像图框检测该手指表面的位移量以及使用者的生理特征。该通讯协定单元对该位移量及该生理特征进行编码和/或排序以生成手指信息及生理信息。本发明还提出一种光学手指鼠标。

Description

光学手指鼠标、鼠标控制模块及其生理特征检测方法

技术领域

本发明是关于一种人机接口装置，特别是关于一种可同时检测使用者生理特征以及手指位移量及接触状态并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息的鼠标控制模块及光学手指鼠标。

背景技术

光学手指鼠标(optical finger mouse，OFM)由于体积小，通常适合用于可携式电子装置。光学手指鼠标可用以检测使用者手指表面反射光线的光强度变化，藉以判断手指的接触状态以及手指相对于触控面的位移量。然而，随着工业化的发展，使用者使用可携式电子装置的时间逐渐增加，甚至超出体力负荷而不自知。因此，如果一个可携式电子装置同时具有检测使用者生理特征的功能并能于必要时提出警示，则可避免过度使用的情形发生。

已知血氧饱和仪(pulse oximeter)是利用非侵入式的方式来检测使用者的血氧浓度及脉搏数，其可生成红光光束(波长约660纳米)及红外光光束(波长约910纳米)穿透待测部位，并利用带氧血红素(oxyhemoglobin)及去氧血红素(Deoxyheamo-globin)对特定光谱具有不同吸收率的特性以检测穿透光的光强度变化，例如参照美国专利第7,072,701号，标题为“血氧浓度的监测方式(Method for spectrophotometric blood oxygenationmonitoring)”。检测出两种波长的穿透光的光强度变化后，再以下列公式计算血氧浓度

血氧浓度＝100％×[HbO₂]/([HbO₂]+[Hb])；

其中，[HbO₂]表示带氧血红素浓度；[Hb]表示去氧血红素浓度。

一般血氧饱和仪所检测到的两种波长的穿透光的光强度会随着心跳而呈现如图1所示的变化，这是由于血管会随着心跳而不断地扩张及收缩而使得光束所通过的血液量改变，进而改变光能量被吸收的比例。藉此，根据不断变化的光强度信息则可计算血液对不同光谱的吸收率，以分别计算带氧血红素浓度及去氧血红素浓度等浓度信息，最后再利用上述血氧浓度公式计算血氧浓度。

然而，由于血氧饱和仪是检测穿透光线的强度变化，因而会随着不同的待测部位而检测到不同的光强度信号；此外，当已知血氧饱和仪所检测的待测部位发生移动时，则会检测到剧烈变动的混乱波形而无法据以正确计算出生理特征，因而其并不适用于可携式电子装置。

鉴于此，本发明提出一种可同时检测使用者生理特征以及手指位移量及接触状态的鼠标控制模块及光学手指鼠标，其可于检测手指位移量的同时检测使用者的生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息。本发明的鼠标控制模块及光学手指鼠标可有效消除移动所造成的信号干扰。

发明内容

本发明的一个目的在提供一种鼠标控制模块及光学手指鼠标，其通过分析手指的反射光信号以同时计算手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息。

本发明的另一个目的在提供一种鼠标控制模块及光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息，且具有消除环境光源影响的机制。

本发明的另一个目的在提供一种鼠标控制模块及光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息，且具有降低干扰的机制。

本发明的另一个目的在提供一种鼠标控制模块及光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息，且具有系统频率校正机制。

本发明的另一个目的在提供一种鼠标控制模块及光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息，且在闲置预设时间后即进入休眠模式。

本发明的另一个目的在提供一种鼠标控制模块及光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息，且在位移量太大时可舍弃或不计算生理特征，以避免输出错误生理信息。

为达上述目的，本发明提供一种鼠标控制模块，用以输出相关于手指的手指信息及生理信息。该鼠标控制模块包含第一光源、第二光源、光源控制单元、图像传感器、处理单元以及通讯协定单元。该第一光源发出第一波长的光至该手指。该第二光源发出第二波长的光至该手指。该光源控制单元控制该第一光源及该第二光源的点亮及熄灭。该图像传感器以取样频率接收来自该手指的反射光以生成相对该第一光源点亮的多张第一图像图框及相对该第二光源点亮的多张第二图像图框。该处理单元根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算位移量及生理特征。该通讯协定单元对该位移量及该生理特征进行编码和/或排序以生成该手指信息及生理信息。

根据本发明的另一特点，本发明提供一种光学手指鼠标，包含鼠标壳体及鼠标芯片。该鼠标壳体包含触控件供手指进行触控。该鼠标芯片设置于该鼠标壳体内，用以同时或轮流提供两不同波长的光至该手指、以取样频率接收来自该手指的反射光以生成相对该两不同光源点亮的多张第一图像图框及多张第二图像图框、根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算位移量及生理特征并对该位移量及该生理特征进行编码和/或排序以生成手指信息及生理信息。

根据本发明的另一特点，本发明提供一种生理特征检测方法，用于鼠标控制模块以输出相关于手指的手指信息及生理信息。该生理特征检测方法包含下列步骤：提供第一波长及第二波长的光至该手指；获取该第一波长的光的反射光以生成多张第一图像图框并获取该第二波长的光的反射光以生成多张第二图像图框；将每张该第一图像图框及每张该第二图像图框分割成至少两部分并求得每一部分的平均亮度；利用盲信号源分离法分析所述第一图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第一亮度变化并分析所述第二图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第二亮度变化；根据该第一亮度变化及该第二亮度变化求得生理特征并根据所述第一图像图框及所述第二图像图框求得位移量；以及编码和/或排序压缩该生理特征及该位移量以输出该手指信息及生理信息。

本发明的鼠标控制模块及光学手指鼠标还可将所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值进行比较以判断接触状态。

本发明的鼠标控制模块及光学手指鼠标中，该生理特征包含血氧浓度及脉搏数。本发明通过使用独立元件分析法或盲信号源分离法来分离移动资料及生理资料，可有效消除移动造成的信号干扰。

附图说明

图1是血氧饱和仪所检测穿透光的光强度变化的示意图；

图2A是本发明实施例的光学手指鼠标的示意图；

图2B是本发明实施例的鼠标控制模块的方块图；

图3是本发明实施例的鼠标控制模块的图像传感器所获取图像图框的示意图；

图4是本发明实施例的鼠标控制模块的图像传感器，其包含滤光器设置于部分感测面前方；

图5是本发明实施例的鼠标控制模块中，图像获取与光源点灭的示意图；

图6是本发明实施例的鼠标控制模块的处理单元分离移动资料及生理资料的示意图；

图7是本发明实施例的生理特征检测方法的流程图。

附图标记说明

1鼠标控制模块 111第一光源

112第二光源 12图像传感器

121滤光器 12S感测面

13处理单元 131移动/接触检测单元

132生理特征检测单元 14光源控制单元

15滤波单元 16存储单元

17通讯协定单元 18输出单元

19时脉生成器 2鼠标壳体

21导光件 22触控件

22S触控面 80外部装置

9手指 9S手指表面

I₁-I_2N图像图框 B₁-B_2N、B₁′-B_2N′平均亮度

S₁₁-S₁₅步骤

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。在本发明的说明中，相同的构件是以相同的符号表示，在此先说明。

参照图2A所示，其显示本发明实施例的光学手指鼠标的示意图，该光学手指鼠标包含鼠标控制模块1及鼠标壳体2；其中该鼠标控制模块1是设置于该鼠标壳体2内，且该鼠标控制模块1是可制作为鼠标芯片或封装体(package)。可以了解的是，图2A中该鼠标控制模块1的位置及尺寸仅为例示性，并非用以限定本发明。该鼠标控制模块1用以检测并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息；其中该手指信息例如包含使用者的手指9相对于该光学手指鼠标的位移量及接触状态，该生理信息例如包含该使用者的生理特征，例如包括血氧浓度及脉搏数等。一般而言，该光学手指鼠标在判断该接触状态为接触态时，才开始进行该位移量及该生理特征的计算。

图2A中，该鼠标控制模块1包含两光源111及112及图像传感器12，该鼠标壳体2包含导光件21及触控件22；其中，各构件的空间关系仅为例示性，并非用以限定本发明。该两光源111及112例如可为发光二极管或激光二极管，其分别发出不同波长的光，且较佳为已知血氧仪所使用的两个波长，例如约660纳米的红光以及约905、910或940纳米的红外光。可以了解的是，此处所述波长是指光源发光光谱的中心波长。

该导光件21用以将所述光源111及112所发出的光引导至该触控件22；该导光件21并非限定为反射面，其亦可使所述光源111及112所发出的光以穿透的方式传送至该触控件22，并无特定限制。其他实施例中，如果所述光源111及112所发出的光能够入射至该触控件22，亦可省略该导光件21。

该触控件22具有触控面22S供该手指9于其上操控，该触控件22较佳相对于所述光源111及112所发出的光为透明。当该手指9靠近或接触该触控面22S时，所述光源111及112所发出的光被朝向该鼠标壳体2内反射。可以了解的是，该触控面22S的面积可大于或小于该手指表面9S，并无特定限制。

该图像传感器12以取样参数接收来自该触控件22(该手指表面9S)的反射光以生成多张图像图框(该图像图框例如具有16×16像素)；其中该取样参数例如包含曝光时间、图像增益等，但并不以此为限。可以了解的是，图2A中可另外包含其他用以引导反射光至该图像传感器12的透镜，以增加该图像传感器12的感光效率。该图像传感器12较佳为主动阵列式图像传感器，例如CMOS图像传感器，但亦可为其他用以感测图像图框的元件。

该鼠标控制模块1根据所述图像图框检测该手指9相对该触控面22S的位移量及接触状态，以及该使用者的生理特征，并对其进行编码、排序和/或压缩等程序。该鼠标控制模块1所求得的经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息例如可经过传输接口传送至具有表示单元的外部装置以进行显示或进行相对应控制；其中该表示单元例如可为显示器、灯号、七字节显示等，亦或可为声音装置。该外部装置可为可携式电子装置或一般家用电子装置。

参照图2A及2B所示，图2B是本发明实施例的鼠标控制模块1的方块图，其包含第一光源111、第二光源112、该图像传感器12、处理单元13、光源控制单元14、滤波单元15、存储单元16、通讯协定单元17、输出单元18及时脉生成器19；其中，由于该处理单元13是进行多功能运算，该处理单元13可还包含移动/接触检测单元131用以检测该手指9相对该触控面22S的该位移量及该接触状态以及生理特征检测单元132用以检测该使用者的该生理特征；亦即，该处理单元13可为单个元件或分为两个元件。

该第一光源111例如发出波长约为660纳米的红光；该第二光源112例如发出波长约为905、910或940纳米的红外光；广义的说，该第一光源111及该第二光源112可分别发出已知血氧仪所使用的两个波长的光。该图像传感器12以取样频率接收来自该手指9的反射光以生成相对该第一光源111点亮的多张第一图像图框及相对该第二光源112点亮的多张第二图像图框。该处理单元13根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算位移量、接触状态及生理特征。该滤波单元15例如可为低通滤波器，用以对该处理单元13所输出的资料进行干扰滤除。该光源控制单元14耦接该处理单元13，用以配合该图像传感器12的图像图框获取控制所述光源111及112的点亮及熄灭。该存储单元16用以储存该处理单元13所求得并经滤波的该位移量、接触状态、生理特征以及运算过程中所需的各种参数信息。该通讯协定单元17对该存储单元16所储存的该位移量、接触状态及生理特征进行编码、排序和/或压缩等处理以输出手指信息及生理信息。其他实施例中，所述压缩处理可由该输出单元执行，或另外设置压缩单元进行。该输出单元18则用以将该手指信息及生理信息输出至外部装置80。此外，本发明的该光学手指鼠标较佳可还包含传输接口单元用以定义该光学手指鼠标与该外部装置80间的通讯。该外部装置80较佳具有至少表示单元80以显示和/或回应所接收的该手指信息及生理信息。该时脉生成器19则用以提供系统频率。其他实施例中，该滤波单元15可不实施。

本发明的光学手指鼠标可搭配具有表示单元的该外部装置80，让使用者在通过该光学手指鼠标控制该表示单元所显示的光标或该外部装置80所执行的软件的同时，表示该使用者的生理特征以供该使用者参考。该外部装置80可于生理特征显示为疲劳状态时(根据生理特征的数值)对该使用者提出警示；例如可利用软件执行画面显示、灯号显示或声音表示的方式来显示生理特征及提出警示。

其他实施例中，该鼠标控制模块1亦可具有两个图像传感器用以分别检测两个不同波长的光，其中一个图像传感器或两个图像传感器可设置带通滤光器(bandpass filter)用来选择所欲接收的光谱。

取样机制

本发明的鼠标控制模块1包含两个光源并同时执行两种功能；其中，位移量及接触状态的检测功能并无限定使用特定波长的图像图框，而生理特征功能的检测则必须对应不同波长的图像图框分别计算。以下首先说明本发明中图像图框的取样机制。

一个实施例中，该光源控制单元14控制该第一光源111及该第二光源112轮流发光，该图像传感器12则以高速且固定的取样频率(例如每秒3000张)同步该第一光源111或该第二光源112的点亮获取图像图框，并输出如图3所示多张图像图框I₁-I₆...至该处理单元13(或同时输出至该移动/接触检测单元131及该生理特征检测单元132)，其中所述图像图框I₁-I₆...包含第一图像图框I₁、I₃、I₅...，其例如相对该第一光源111的点亮；第二图像图框I₂、I₄、I₆...，其例如相对该第二光源112的点亮。

该处理单元13(或该移动/接触检测单元131)可根据所述第一及第二图像图框I₁-I₆...判断接触状态并计算位移量，例如根据所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值的比较结果判定该手指9是否靠近或接触该触控面22S，其中当所述图像图框的亮度大于或小于该至少一个阈值时，即判定进入接触态；进入接触态后，该处理单元13可根据两张第一图像图框、一张第一图像图框与一张第二图像图框或两张第二图像图框间的相关性(correlation)计算该位移量。必须说明的是，判定该接触状态及计算该位移量的方式虽可使用已知方式，但本发明中是必须利用相对应两不同波长的反射光的图像图框进行判定及计算，而不同于传统导航装置(navigation device)。

该处理单元13(或该生理特征检测单元132)则必须根据所述第一图像图框I₁、I₃、I₅...计算出所述第一图像图框的亮度变化，并根据所述第二图像图框I₂、I₄、I₆...计算出所述第二图像图框的亮度变化(在后详细说明)，并据以分别计算出两种光谱被吸收的比例以求出带氧血红素浓度HbO₂及去氧血红素浓度Hb，最后利用血氧浓度公式计算出血氧浓度；并通过所述第一图像图框和/或所述第二图像图框的亮度变化与至少一个阈值的比较结果计算脉搏数。

另一个实施例中，该光源控制单元14控制该第一光源111及该第二光源112同步于该图像传感器12的图像图框获取同时发光；亦即，该图像传感器12会同时接收到两种波长的反射光。因此，此实施例中，该图像传感器12的感测面12S的一部分前方可还设置滤光器121(如图4所示)，其中该滤光器121可为带通滤光器以使该滤光器121后方的部分感测面仅能感测该第一光源111的光谱或该第二光源112的光谱，以使该处理单元13(或该移动/接触检测单元131及该生理特征检测单元132)能够分辨第一图像图框(相对该第一光源111的部分图像图框)及第二图像图框(相对该第二光源112的部分图像图框)。可以了解的是，本发明中，该滤光器121的设置位置及面积并不限于图4所示。

藉此，该处理单元13(或该移动/接触检测单元131)同样可根据所述第一图像图框及第二图像图框I₁-I₆...计算接触状态及位移量。该处理单元13(或该生理特征检测单元132)同样可根据所述第一图像图框I₁、I₃、I₅...计算出该第一图像图框的亮度变化及根据所述第二图像图框I₂、I₄、I₆...计算出该第二图像图框的亮度变化(在后面详述)，并根据两亮度变化的关系计算血氧浓度及脉搏数。

可以了解的是，由于该图像传感器12可能对不同波长的光具有不同的感光效率，或者该第一光源111及该第二光源112的发光亮度不完全相同，因此可于该鼠标控制模块1出厂前即针对该图像传感器12所检测图像图框的亮度进行调整(例如调整相对不同波长图像图框的曝光时间、图像增益等取样参数)，以使图像传感器12所获取的初始图像图框具有大致相同的亮度，以消除误判断的可能性。

本发明的精神在于，该鼠标控制模块1同时或轮流提供两不同波长的光至该手指9、以取样频率接收来自该手指9的反射光以生成相对该两不同光源点亮的多张第一图像图框及多张第二图像图框并根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算接触状态、位移量及生理特征。该鼠标控制模块1对该位移量和/或生理特征进行编码、排序和/或压缩等处理后，输出手指信息(即处理过的位移量)及生理信息(即处理过的生理特征)。

消除环境光机制

图2A中，由于该接触件22为透明，同时手指会透光，该光学手指鼠标外部的环境光会通过该接触件22与该手指9被该图像传感器12接收而影响到其所获取的图像图框的图像品质。本发明中，该光源控制单元14可控制该第一光源111及第二光源112于部分期间不发光。

例如参照图5所示，其显示该图像传感器12的图像获取及该第一光源111及该第二光源112的点灭情形；其中，实线箭号表示光源点亮而虚线箭号表示光源熄灭。图5(A)是该图像传感器12以固定频率持续获取图像图框。图5(B)显示该第一光源111及该第二光源112是同时轮流地点亮及熄灭，因此该图像传感器12则可轮流获取到亮图像图框(光源点亮时)及暗图像图框(光源熄灭时)。图5(C)显示该第一光源111及该第二光源112每隔两张图像图框同时点亮一次，其通常相对于该手指9具有较低位移量的情形。如前所述，当该第一光源111及该第二光源112同时点亮时(图5(B)及(C))，该图像传感器12包含滤光器121(如图4)以空间分隔不同光源的图像图框，以使该图像传感器12的部份可感测该第一光源111的反射光而另一部分可感测该第二光源112的反射光。

当该手指9接触或靠近该触控面22S时，相对于光源点亮时所获取的亮图像图框包含(手指反射光+杂散光+环境光)，相对于光源未点亮时所获取的暗图像图框仅包含(环境光)，因此若将亮图像图框减去暗图像图框，则可有效消除环境光的影响。该处理单元13则可根据亮图像图框与暗图像图框的差分图像图框计算位移量、接触状态及生理特征。

参照图5(D)所示，其显示该第一光源111及该第二光源112是轮流点亮的实施方式。此实施例中，由于要使该图像传感器12获取到暗图像图框，因此该光源控制单元14控制该第一光源111与该第二光源112相隔一张图像图框轮流地点亮，例如于图5(D)的时间td时两光源均不点亮。藉此，该处理单元13则可计算差分第一图像(亮第一图像图框-暗图像图框)及差分第二图像(亮第二图像图框-暗图像图框)，并根据所述差分图像计算位移量、接触状态及生理特征。如前所述，当该第一光源111及该第二光源112轮流点亮时，该鼠标控制模块1以时间分隔不同光源的图像图框。

本实施例的精神在于，使该光源控制单元14控制该第一光源111及该第二光源112同时或轮流发光，并使该图像传感器12能够获取到所述光源不发光时的暗图像图框，并通过计算亮暗图像间的差以消除环境光影响。因此，图5中所示各光源的点灭情形仅为例示性，并非用以限定本发明。

降噪机制

由于该图像传感器12所获取的图像图框中会存在干扰，且干扰通常以随机的方式分布于所获取的图像图框中，因此本发明可进一步计算M张图像图框的和来提高信噪比(SNR)，以增加计算生理特征的精确度；例如，将每10张图像图框进行相加，且两组连续的10张图像图框可部分重复或完全不重复。可以了解的是，当该第一光源111及该第二光源112是轮流点亮时，本实施例的图像图框的和分别为所述第一图像的和(例如图3的I₁+I₃+I₅...)及所述第二图像的和(例如图3的I₂+I₄+I₆...)，这是由于必需分别计算两组光强度变化。然而，当该第一光源111及该第二光源112是同时点亮，本实施例的图像图框的和则为连续的图像图框的和(例如图3的I₁+I₂+I₃+I₄+I₅+I₆...)，并通过后处理的方式以空间分隔的方式分辨两组光强度变化。此外，当配合上述消除环境光机制时，本实施例的图像图框的和是指差分图像图框的和；亦即，执行完消除环境光处理后接着进行降噪处理。其他实施例中，亦可仅执行消除环境光处理及降噪处理其中之一。

如前所述，该图像传感器12有可能在不同条件下以不同的取样参数来获取图像，例如该图像传感器12相对于不同波长的光可能具有不同的吸收率，因此可能会以不同的曝光时间及图像增益等取样参数来使得所述第一图像及所述第二图像具有亮度大致相同的初始图像图框，以能够正确根据所述图像图框进行后处理，亦即相对该第一图像图框及该第二图像图框的该取样参数可能不相同。本发明中，为了排除不同取样参数的影响，可将每张图像图框或M张图像图框的和或平均以取样参数进行归一化处理，例如(M张图像图框的和/取样参数)或(M张图像图框的平均/取样参数)；其中，M为正整数。

生理特征计算

相对于不同光源点亮时，该图像传感器12所获取的图像图框同时包含有生理资料及移动资料。因此，本发明中该处理单元13(或该生理特征检测单元132)首先需将两种资料分离后，才能够正确计算生理特征。本发明中，该处理单元13例如采用独立元件分析法(Independent Component Analysis，ICA)或盲信号源分离法(Blind Source Separation，BSS)来将两种资料分离。

参照图3及6所示，首先以图3的所述第一图像I₁、I₃、I₅...为例，将多张张第一图像图框(可为原始图像图框、经过消除环境光机制和/或降噪机制处理过的第一图像图框)或多张第一图像图框和(M张原始图像图框和、经过消除环境光机制和/或降噪机制处理过的M张第一图像图框和)的每张图像图框或图像图框和分割为至少两部分并分别求得平均亮度，例如图像图框I₁分割成平均亮度为B₁及B₁′两部分；图像图框I₃分割成平均亮度为B₃及B₃′两部分；...；图像图框I_2N-1分割成平均亮度为B_2N-1及B_2N-1′两部分(其他实施例中可多于两部分)。接着，利用独立元件分析法或盲信号源分离法分离出第一移动资料及第生理资料(如图6所示)，其均显示为亮度变化线型。本发明中是将移动资料舍弃并利用生理资料来计算生理特征。可以了解的是，由于该图像传感器12的取样频率远远大于脉搏频率，因此所分离出的生理资料可显示出光强度随脉搏变化的线型(类似图1)；分离出的移动资料分布并不限定如图6所示者。此外，所述图像图框分割的两个部分并不限定为上下两部分。此外，由于必须分别计算出两个不同波长的光的生理信息，上述分离程序是分别针对第一图像图框I₁、I₃、I₅...(相对应第一光源点亮)及第二图像图框I₂、I₄、I₆...(相对应第二光源点亮)来进行；所述第二图像图框(I₂、I₄、I₆...)亦被分离成第二移动资料及第二生理资料。必须说明的是，当利用图像图框和或平均来进行资料分离时，图6中的I₁-I_2N-1及I₂-I_2N每一个均表示M张图像图框的和或平均。

必须强调的是，该手指9的位移量及接触状态是由该处理单元13(该移动/接触检测单元131)直接根据所述第一图像图框及所述第二图像图框求得，并不需要经过分离后的移动资料。独立元件分析法或盲信号源分离法主要用以将混合信号分离，分离出的移动资料舍弃后，可消除移动造成的信号干扰。

本发明中，该处理单元13还根据至少一个阈值与该第一亮度变化和/或该第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。

系统频率校正机制

一般为降低系统成本，该时脉生成器19可使用成本较低的RC震荡电路，而RC震荡电路的精度较低且其震荡频率会随着制程及操作温度而改变；其他实施例中亦可使用石英震荡电路，并无特别限制。由于计算生理特征时需要较精准的系统频率(例如计算脉搏数时要准确)，于该鼠标控制模块1出厂前，较佳使用具有精准闪烁频率的外部光源贴近该触控件22的接触面22S，以使该图像传感器12感测该外部光源的亮度变化，以作为调整该时脉生成器19的震荡频率的基准。例如，可事先求出该时脉生成器19在不同温度下与精准频率间的差异值以作为系统频率校正参数，并储存于该存储单元16中；当使用到系统频率时，只要利用该系统频率校正参数即可得到准确的震荡频率。

休眠模式

本发明的鼠标控制模块1在闲置预设时间后，可进入休眠模式。例如，该处理单元13于预设时间判断该手指9未靠近或接触该触控面22S时，即可进入休眠模式。

生理特征舍弃机制

本发明的鼠标控制模块1的处理单元13可同时计算位移量及生理特征，然而精确的生理特征计算较佳是在位移量较低的情形。因此，该处理单元13可事先判断该位移量是否大于预设值，若该位移量大于该预设值，则该图像传感器12所获取的图像图框仅用以计算位移量或判断接触状态而不用以计算生理特征，或者即使计算出生理特征也不经过通讯协定单元17进行任何处理而直接从该存储单元16中舍弃。该预设值则根据实际应用决定，例如可根据该感测面12S和/或搜寻框的尺寸决定。

本发明的鼠标控制模块1是根据下述生理特征检测方法检测并输出相关于手指的手指信息及生理信息，所述方法包含下列步骤：提供第一波长及第二波长的光至手指表面(步骤S₁₁)；获取该第一波长的光的反射光以生成多张第一图像图框并获取该第二波长的光的反射光以生成多张第二图像图框(步骤S₁₂)；将每张该第一图像图框及每张该第二图像图框分割成至少两部分并求得每一部分的平均亮度(步骤S₁₃)；利用独立元件分析法或盲信号源分离法分析所述第一图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第一亮度变化并分析所述第二图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第二亮度变化(步骤S₁₄)；根据该第一亮度变化及该第二亮度变化求得生理特征并根据所述第一图像图框及所述第二图像图框求得位移量(步骤S₁₅)；以及编码、排序和/或压缩该生理特征及该位移量以输出该手指信息及生理信息(步骤S₁₆)。

本发明的生理特征检测方法可通过检测人体待测部位的皮肤表面以计算一生理特征；因此，将上述本发明实施例中的手指9换成人体其他的待测部位亦可执行检测功能；本发明的生理特征检测装置具有降噪、消除环境光、休眠模式及系统频率校正等机制。所述待测部位例如为已知血氧仪用以检测血氧浓度的身体部位。

综上所述，已知光学手指鼠标并无法检测使用者的生理特征，且血氧仪计算血氧浓度的方式因具有无法判断移动中的待测部位等因素而无法相容于光学手指鼠标上。因此，本发明还提供一种光学手指鼠标(图2A)及鼠标控制模块(图2B)，其可于检测手指位移量的同时检测使用者的生理特征，并输出经编码、排序和/或压缩的手指信息及生理信息，可有效消除移动所造成的信号干扰及消除环境光源影响，并具有系统频率校正、休眠模式及舍弃生理信息的机制。

虽然本发明已以前述实施例公开，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当以所附的权利要求书为准。

Claims

1.一种鼠标控制模块，用以输出关于手指的手指信息及生理信息，所述鼠标控制模块包含：

第一光源，发出第一波长的光至所述手指；

第二光源，发出第二波长的光至所述手指；

光源控制单元，控制所述第一光源及所述第二光源的点亮及熄灭；

图像传感器，以取样频率接收来自所述手指的反射光以生成相对所述第一光源点亮的多张第一图像图框及相对所述第二光源点亮的多张第二图像图框；

处理单元，根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算位移量及生理特征；以及

通讯协定单元，对所述位移量及所述生理特征进行编码和/或排序以生成所述手指信息及所述生理信息。

2.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，该鼠标控制模块是鼠标芯片或封装体。

3.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，其中所述处理单元：将每张所述第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用盲信号源分离法分析所述第一图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用盲信号源分离法分析所述第二图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。

4.根据权利要求1、2或3中任一项权利要求所述的鼠标控制模块，其中所述生理特征包含血氧浓度和/或脉搏数。

5.根据权利要求3所述的鼠标控制模块，其中所述处理单元还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化和/或所述第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。

6.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，其中所述处理单元计算M张图像图框的和以降低干扰，并根据取样参数归一化所述图像图框的和或平均，其中M为正整数。

7.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，其中所述光源控制单元控制所述第一光源及所述第二光源在预定期间熄灭，以使所述图像传感器获取多张亮第一图像图框、多张亮第二图像图框及多张暗图像图框；所述处理单元根据所述亮第一图像图框与所述暗图像图框的差以及所述亮第二图像图框与所述暗图像图框的差计算所述位移量及所述生理特征。

8.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，该鼠标控制模块在闲置预设时间后进入休眠模式。

9.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，其中当所述位移量大于预设值时，所述处理单元不计算所述生理特征或舍弃所述生理特征。

10.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，该鼠标控制模块还包含存储单元，该存储单元储存系统频率校正参数、所述位移量及所述生理特征。

11.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，其中所述处理单元还将所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值进行比较以判断接触状态。

12.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，其中所述处理单元根据两张所述第一图像图框、一张所述第一图像图框与一张所述第二图像图框、两张所述第二图像图框计算所述位移量。

13.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，其中所述光源控制单元：控制所述第一光源及所述第二光源轮流点亮，以使所述图像传感器轮流接收所述第一光源及所述第二光源的反射光；或者控制所述第一光源及所述第二光源同时点亮，以使所述图像传感器同时接收所述第一光源及所述第二光源的反射光，且所述图像传感器包含滤光器，该滤光器覆盖于所述图像传感器的感测面的一部分。

14.根据权利要求1所述的鼠标控制模块，还包含输出单元输出所述位移及生理信息或输出经压缩的所述位移及生理信息。

15.一种光学手指鼠标，该光学手指鼠标包含：

鼠标壳体，包含触控件以供手指进行触控；以及

鼠标芯片，设置在所述鼠标壳体内，该鼠标芯片用以同时或轮流提供两种不同波长的光至所述手指、以取样频率接收来自所述手指的反射光以生成相对所述两个不同光源点亮的多张第一图像图框及多张第二图像图框、根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算位移量及生理特征并对所述位移量及所述生理特征进行编码和/或排序以生成手指信息及生理信息。

16.根据权利要求15所述的光学手指鼠标，其中所述鼠标芯片：将每张所述第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用盲信号源分离法分析所述第一图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用盲信号源分离法分析所述第二图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。

17.根据权利要求15或16所述的光学手指鼠标，其中所述生理特征包含血氧浓度和/或脉搏数。

18.根据权利要求16所述的光学手指鼠标，其中所述鼠标芯片还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化和/或所述第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。

19.根据权利要求15所述的光学手指鼠标，其中所述鼠标芯片还将所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值进行比较以判断接触状态。

20.一种生理特征检测方法，用于鼠标控制模块以输出关于手指的手指信息及生理信息，所述生理特征检测方法包含下列步骤：

提供第一波长及第二波长的光至所述手指；

获取所述第一波长的光的反射光以生成多张第一图像图框并获取所述第二波长的光的反射光以生成多张第二图像图框；

将每张所述第一图像图框及每张所述第二图像图框分割成至少两部分并求得每一部分的平均亮度；

利用盲信号源分离法分析所述第一图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化并分析所述第二图像图框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；

根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化求得生理特征并根据所述第一图像图框及所述第二图像图框求得位移量；以及

编码和/或排序所述生理特征及所述位移量以输出所述手指信息及所述生理信息。