CN104434058A - 头戴式系统 - Google Patents

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Abstract

一种头戴式系统包括生理信号传感器、信号处理电路、存储器、应用处理器及眼镜架。生理信号传感器监控生理状态以输出生理信号。信号处理电路根据生理信号判断生理状态是否异常。当生理状态无异常时，信号处理电路控制生理信号传感器以第一监控频率监控生理状态。当生理状态异常时，信号处理电路输出警告信号，并控制生理信号传感器以第二监控频率监控生理状态。第二监控频率大于第一监控频率。应用处理器接收警告信号，并存储与生理信号对应的生理数据至存储器。眼镜架承载生理信号传感器、信号处理电路、存储器及应用处理器。

Description

头戴式系统
技术领域
本发明涉及一种电子装置，且特别涉及一种头戴式系统。
背景技术
随着科技日新月异，人们对于资讯的吸收也日渐增加。一般常见的多媒体播放装置、网络通信装置及计算机装置等都搭配CRT或LCD显示器来显示图像。但是其所能显示的图像像素及大小，受限于显示器的尺寸大小及其效能。目前传统的CRT或LCD显示器，皆无法兼顾尺寸及携带轻便的需求。为解决上述问题，市场上推出一种头戴式显示器(Head-Mounted Display，HMD)。头戴式显示器在左右眼睛前方各放置有一小型显像管或是液晶显示器。头戴式显示器例如是利用两眼视差的立体效果，将各别显像管或是液晶显示器所输出的图像经过分光镜投射至使用者的视网膜。
发明内容
本发明涉及一种头戴式系统。
根据本发明，提出一种头戴式系统。头戴式系统包括生理信号传感器、信号处理电路、存储器、应用处理器及眼镜架。生理信号传感器监控生理状态以输出生理信号。信号处理电路根据生理信号判断生理状态是否异常。当生理状态无异常时，信号处理电路控制生理信号传感器以第一监控频率监控生理状态。当生理状态异常时，信号处理电路输出警告信号，并控制生理信号传感器以第二监控频率监控生理状态。第二监控频率大于第一监控频率。应用处理器接收警告信号，并存储与生理信号对应的生理数据至存储器。眼镜架承载生理信号传感器、信号处理电路、存储器及应用处理器。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1绘示为依照第一实施例的头戴式系统的方块图。
图2绘示为依照第一实施例的头戴式系统外观示意图。
图3绘示为依照第一实施例的监测心跳速度的流程图。
图4绘示为依照第一实施例的监测视网膜病变或血管增生的流程图。
图5绘示为依照第一实施例的监测血氧浓度的流程图。
图6绘示为依照第一实施例的监测脉像的流程图。
图7绘示为依照第二实施例的头戴式系统的方块图。
图8绘示为依照第二实施例的头戴式系统外观示意图。
【符号说明】
1、2：头戴式系统
11：信号处理电路
12：存储器
13：应用处理器
14A、14B、14C、14D：红外线发光二极管
15：眼镜架
16A、16B：图像传感器
17A、17B：红外线传感器
18A、18B：压力传感器
19A、19B：温度传感器
20A、20B：增益放大器
21A、21B：模拟数字转换器
301～306、401～407、501～503、601～603：步骤
AL：警告信号
具体实施方式
下述实施例公开一种头戴式系统。头戴式系统包括生理信号传感器、信号处理电路、存储器、应用处理器及眼镜架。生理信号传感器监控生理状态以输出生理信号。生理信号传感器例如为图像传感器、红外线传感器、压力传感器或温度传感器，而生理状态例如为心跳速度、视网膜病变、血管增生、血氧浓度、脉像或体温。信号处理电路根据生理信号判断生理状态是否异常。当生理状态无异常时，信号处理电路控制生理信号传感器以较低的监控频率监控生理状态。相反地，当生理状态异常时，信号处理电路输出警告信号至应用处理器，并控制生理信号传感器以较高的监控频率监控生理状态。应用处理器接收警告信号，并存储与生理信号对应的生理数据至存储器。生理数据例如为心跳速度记录、眼部记录、血氧浓度记录、脉像记录或温度记录。眼镜架承载生理信号传感器、信号处理电路、存储器及应用处理器。应用处理器接收警告信号后可经由使用者接口通知使用者尽快就医或及早因应。
第一实施例
请同时参照图1及图2，图1绘示为依照第一实施例的头戴式系统的方块图，图2绘示为依照第一实施例的头戴式系统外观示意图。头戴式系统1包括生理信号传感器、信号处理电路11、存储器12、应用处理器13、红外线发光二极管14A、红外线发光二极管14B、眼镜架15、增益放大器20A及模拟数字转换器21A。信号处理电路11例如为特殊应用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit，ASIC），且信号处理电路11经由通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)与应用处理器13沟通。红外线发光二极管14A与红外线发光二极管14B的波长不同。举例来说，红外线发光二极管14A的波长为750nm，而红外线发光二极管14B的波长为950nm。眼镜架15用以承载生理信号传感器、信号处理电路11、存储器12、应用处理器13、红外线发光二极管14A、红外线发光二极管14B、增益放大器20A及模拟数字转换器21A。生理信号传感器包括图像传感器16A、红外线传感器17A、压力传感器18A及温度传感器19A。
图像传感器16A用以监控心跳速度、视网膜病变或血管增生。当图像传感器16A监控心跳速度时，图像传感器16A输出的生理信号为眼球下方的原始图像。当图像传感器16A监控视网膜病变或血管增生时，图像传感器16A输出的生理信号为眼部图像。信号处理电路11根据眼球下方的原始图像判断心跳速度是否异常，当心跳速度无异常时，信号处理电路11控制图像传感器16A以第一监控频率监控心跳速度。相反地，当心跳速度异常时，信号处理电路11输出警告信号AL至应用处理器13，并控制图像传感器16A以第二监控频率监控心跳速度。第二监控频率大于第一监控频率。应用处理器13收到警告信号AL后可经由使用者接口通知使用者，而使用者接口例如为显示装置或声音播放装置。应用处理器13将心跳速度记录存储至存储器12。
相似地，信号处理电路11根据眼部图像判断视网膜病变或血管增生是否异常，当视网膜病变或血管增生无异常时，信号处理电路11控制图像传感器16A以第一监控频率监控视网膜病变或血管增生。相反地，当视网膜病变或血管增生异常时，信号处理电路11输出警告信号AL至应用处理器13，并控制图像传感器16A以第二监控频率监控视网膜病变或血管增生。第二监控频率大于第一监控频率。应用处理器13收到警告信号AL后可经由使用者接口通知使用者，而使用者接口例如为显示装置或声音播放装置。应用处理器13将眼部记录存储至存储器12。
需说明的是，第一监控频率可随着不同监控对象而有所不同。举例来说，监控视网膜病变或血管增生的第一监控频率与监控心跳速度的第一监控频率不同。相似地，第二监控频率可随着不同监控对象而有所不同。举例来说，监控视网膜病变或血管增生的第二监控频率与监控心跳速度的第二监控频率不同。
红外线传感器17A用以监控血氧浓度。红外线传感器17A输出的生理信号为第一眼球下方图像及第二眼球下方图像。信号处理电路11根据第一眼球下方图像及第二眼球下方图像判断血氧浓度是否异常，当血氧浓度无异常时，信号处理电路11控制红外线传感器17A以第三监控频率监控血氧浓度。相反地，当血氧浓度异常时，信号处理电路11输出警告信号AL至应用处理器13，并控制红外线传感器17A以第四监控频率监控血氧浓度。第四监控频率大于第三监控频率。应用处理器13收到警告信号AL后可经由使用者接口通知使用者，而使用者接口例如为显示装置或声音播放装置。应用处理器13将血氧浓度记录存储至存储器12。
压力传感器18A用以监控脉像。压力传感器18A输出的生理信号为脉像信号。信号处理电路11根据脉像信号判断脉像或血压是否异常，当脉像无异常时，信号处理电路11控制压力传感器18A以第五监控频率监控脉像。相反地，当脉像异常时，信号处理电路11输出警告信号AL至应用处理器13，并控制压力传感器18A以第六监控频率监控脉像。第六监控频率大于第五监控频率。应用处理器13收到警告信号AL后可经由使用者接口通知使用者，而使用者接口例如为显示装置或声音播放装置。应用处理器13将脉像记录存储至存储器12。
温度传感器19A用以监控体温。温度传感器19A输出的生理信号为温度信号。信号处理电路11根据温度信号判断体温是否异常，当体温无异常时，信号处理电路11控制温度传感器19A以第七监控频率监控脉像。相反地，当体温异常时，信号处理电路11输出警告信号AL至应用处理器13，并控制温度传感器19A以第八监控频率监控脉像。第八监控频率大于第七监控频率。应用处理器13收到警告信号AL后可经由使用者接口通知使用者，而使用者接口例如为显示装置或声音播放装置。应用处理器13将温度记录存储至存储器12。
请同时参照图1及图3，图3绘示为依照第一实施例的监测心跳速度的流程图。首先，如步骤301所示，图像传感器16A提取眼球下方的原始图像。如果原始图像亮度过低时，则可开启红外线发光二极管14A或红外线发光二极管14B作为辅助光源。接着如步骤302所示，信号处理电路11将原始图像进行空间域(Spatial Domain)的平均(Average)处理以滤除噪声。信号处理电路11将原始图像分为数个图像区块，并将图像区块进行空间域的平均处理以滤除噪声。
跟着如步骤303所示，信号处理电路11计算原始图像的一组图像颜色平均值，并存储该组图像颜色平均值存储至像素缓冲器(Pixel Value Buffer)。信号处理电路11计算图像区块的一组区块颜色平均值，并存储该组区块颜色平均值存储至像素缓冲器(Pixel Value Buffer)。该组图像颜色平均值包括三种不同波长的光所对应的像素平均值。举例来说，该组图像颜色平均值包括一红色像素平均值、一绿色像素平均值及一蓝色像素平均值。相对地，该组区块颜色平均值亦包括一红色像素平均值、一绿色像素平均值及一蓝色像素平均值。其中红色像素平均值、绿色像素平均值及蓝色像素平均值分别存储至对应的像素缓冲器。举例来说，如果图像传感器16A每秒提取30张图像，且图像传感器16A监测一次心跳速度需经过30秒，则像素缓冲器将存储900组图像颜色平均值。
然后如步骤304所示，信号处理电路11将图像颜色平均值进行离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）以产生第一离散余弦变换系数。信号处理电路11将区块颜色平均值进行离散余弦变换（Discrete CosineTransform，DCT）以产生第二离散余弦变换系数。接着如步骤305所示，信号处理电路11根据第二离散余弦变换系数进行同质性分析(CoherenceAnalysis)产生增益值。跟着如步骤306所示，信号处理电路11将第二离散余弦变换系数与增益值相乘，并选择最大乘积作为心跳速度。
请同时参照图1及图4，图4绘示为依照第一实施例的监测视网膜病变或血管增生的流程图。首先，如步骤401所示，图像传感器16A提取眼部图像。如果原始图像亮度过低时，则可开启红外线发光二极管14A或红外线发光二极管14B作为辅助光源。接着如步骤402所示，信号处理电路11对眼部图像进行眼球检测。眼球检测是为了避免图像传感器16A提取到眨眼时的图像。跟着如步骤403所示，信号处理电路11将眼部图像去除噪声。然后如步骤404所示，信号处理电路11进行图像强化处理以产生一处理后图像。接着如步骤405所示，信号处理电路11将处理后图像进行特征提取以取得目前特征值。跟着如步骤406所示，信号处理电路11比较目前特征值与正常特征值。然后如步骤407所示，当目前特征值与正常特征值的差异大于一阈值时，表示生理状态异常。
请同时参照图1及图5，图5绘示为依照第一实施例的监测血氧浓度的流程图。首先如步骤501所示，信号处理电路11开启红外线发光二极管14A并关闭红外线发光二极管14B以使红外线传感器17A提取第一眼球下方图像，信号处理电路11开启红外线发光二极管14B并关闭红外线发光二极管14A以使红外线传感器17A提取第二眼球下方图像。接着如步骤502所示，信号处理电路11计算第一眼球下方图像与第二眼球下方图像的强度比值。跟着如步骤503所示，信号处理电路11根据强度比值计算血氧浓度。需说明的是，不同血氧浓度下对不同波长的红外线的吸收率不同，因此可据以计算出血氧浓度。
请同时参照图1及图6，图6绘示为依照第一实施例的监测脉像的流程图。首先如步骤601所示，压力传感器18A输出脉像信号。接着如步骤602所示，增益放大器20A放大脉像信号。跟着如步骤603所示，模拟数字转换器21A将放大后的脉像信号转换为数字信号输出至信号处理电路。此外，信号处理电路11能先于一初始校正模式下，根据脉像信号的波峰值、脉像信号的波谷值、初始收缩压值及初始舒张压值计算一匹配值。初始收缩压值及初始舒张压值可通过血压计测量使用者而得。之后，信号处理电路11于一测量模式下，即能根据脉像信号及前述匹配值计算一目前收缩压值及一目前舒张压值。
举例来说，血压计测量使用者的初始收缩压值为B1而初始舒张压值为B2。此时，脉像信号的波峰值为A1，而脉像信号的波谷值为A2。信号处理电路11于初始校正模式下计算匹配值之后，压力传感器18A输出的脉像信号的波峰值为C1，而脉像信号的波谷值为C2。信号处理电路11计算使用者目前收缩压为B1+K(C1-A1)，而目前舒张压为B2+K(C2-A2)。
第二实施例
请参照图7，图7绘示为依照第二实施例的头戴式系统的方块图，图8绘示为依照第二实施例的头戴式系统外观示意图。第二实施例与第一实施例主要不同之处在于第二实施例还包括红外线发光二极管14C、红外线发光二极管14D、图像传感器16B、红外线传感器17B、压力传感器18B及温度传感器19B、增益放大器20B及模拟数字转换器21B。红外线发光二极管14C与红外线发光二极管14D的波长不同。眼镜架15还用以承载红外线发光二极管14C、红外线发光二极管14D、图像传感器16B、红外线传感器17B、压力传感器18B及温度传感器19B、增益放大器20B及模拟数字转换器21B。
图像传感器16A用以监控心跳速度、视网膜病变或血管增生。当图像传感器16B监控心跳速度时，图像传感器16B输出的生理信号为眼球下方的原始图像。当图像传感器16B监控视网膜病变或血管增生时，图像传感器16B输出的生理信号为眼部图像。
红外线传感器17B用以监控血氧浓度。红外线传感器17B输出的生理信号为第一眼球下方图像及第二眼球下方图像。压力传感器18B用以监控脉像。压力传感器18B输出的生理信号为脉像信号。温度传感器19B用以监控体温。温度传感器19B输出的生理信号为温度信号。红外线发光二极管14C的波长与红外线发光二极管14D的波长不同，且红外线发光二极管14C的波长与红外线发光二极管14D用以提供红外线光源。如果原始图像亮度过低时，则可开启红外线发光二极管14A、红外线发光二极管14B、红外线发光二极管14C或红外线发光二极管14D作为辅助光源。增益放大器20B用以放大压力传感器18B输出的脉像信号，模拟数字转换器21B将放大后的脉像信号转换为数字信号输出至信号处理电路11。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (19)

1.一种头戴式系统，包括：
一第一生理信号传感器，用以监控一第一生理状态以输出一第一生理信号；
一信号处理电路，用以根据该第一生理信号判断该第一生理状态是否异常，当该第一生理状态无异常时，该信号处理电路控制该第一生理信号传感器以一第一监控频率监控该生理状态，当该第一生理状态异常时，该信号处理电路输出一第一警告信号，并控制该第一生理信号传感器以一第二监控频率监控该第一生理状态，该第二监控频率大于该第一监控频率；
一存储器；
一应用处理器，用以接收该第一警告信号，并存储与该第一生理信号对应的一第一生理数据至该存储器；以及
一眼镜架，用以承载该第一生理信号传感器、该信号处理电路、该存储器及该应用处理器。
2.如权利要求1所述的头戴式系统，其中该第一生理信号传感器为一图像传感器。
3.如权利要求2所述的头戴式系统，其中该第一生理状态为一心跳速度，该第一生理信号传感器提取眼球下方的多个原始图像，该信号处理电路计算这些原始图像的多组组图像颜色平均值，将该组图像颜色平均值进行离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）以产生多个第一离散余弦变换系数，该信号处理电路将这些原始图像分为多个图像区块，并计算这些图像区块的多个组区块颜色平均值，该信号处理电路将这些组区块颜色平均值进行离散余弦变换以产生多个第二离散余弦变换系数，并根据这些第二离散余弦变换系数及这些第一离散余弦变换系数计算该心跳速度。
4.如权利要求2所述的头戴式系统，其中该第一生理状态为一视网膜病变或一血管增生，该第一生理信号为一眼部图像，该信号处理电路对该眼部图像进行眼球检测及去除噪声后进行图像强化处理以产生一处理后图像，并将该处理后图像进行一特征提取，以取得一目前特征值，比较该目前特征值与一正常特征值，当该目前特征值与该正常特征值的差异大于一阈值时，表示该第一生理状态异常。
5.如权利要求1所述的头戴式系统，其中该第一生理信号传感器为一红外线传感器。
6.如权利要求5所述的头戴式系统，还包括：
一第一红外线发光二极管；以及
一第二红外线发光二极管，该第一红外线发光二极管及该第二红外线发光二极管耦接该信号处理电路，该第一红外线发光二极管的波长与该第二红外线发光二极管的波长不同，且用以提供红外线光源。
7.如权利要求6所述的头戴式系统，其中该第一生理状态为一血氧浓度，该第一生理信号包括一第一眼球下方图像及一第二眼球下方图像，当该信号处理电路开启该第一红外线发光二极管并关闭该第二红外线发光二极管时，该第二生理信号传感器输出该第一眼球下方图像，当该信号处理电路开启该第二红外线发光二极管并关闭该第一红外线发光二极管时，该第二生理信号传感器输出该第二眼球下方图像，该信号处理电路计算该第一眼球下方图像与该第二眼球下方图像之一强度比值，并根据该强度比值计算该血氧浓度。
8.如权利要求1所述的头戴式系统，其中该第一生理信号传感器为一压力传感器。
9.如权利要求8所述的头戴式系统，其中该第二生理状态为一脉像，该第二生理信号包括一脉像信号。
10.如权利要求9所述的头戴式系统，还包括：
一第一增益放大器，用以放大该脉像信号；以及
一第一模拟数字转换器，用以将放大后的该脉像信号转换为一第一数字信号输出至该信号处理电路。
11.如权利要求9所述的头戴式系统，其中该信号处理电路于一初始校正模式下，根据该脉像信号的一波峰值、该脉像信号的一波谷值、一初始收缩压值及一初始舒张压值计算一匹配值，该信号处理电路于一测量模式下，根据该脉像信号及该匹配值计算一目前收缩压值及一目前舒张压值。
12.如权利要求1所述的头戴式系统，其中该第一生理信号传感器为一温度传感器。
13.如权利要求12所述的头戴式系统，其中该第一生理状态为一体温，该第二生理信号包括一温度信号。
14.如权利要求1所述的头戴式系统，还包括：
一第二生理信号传感器，用以监控一第二生理状态以输出一第二生理信号；
一第一红外线发光二极管；以及
一第二红外线发光二极管，该第一红外线发光二极管的波长与该第二红外线发光二极管的波长不同，且用以提供红外线光源；
其中，该信号处理电路根据该第二生理信号判断该第二生理状态是否异常，当该第二生理状态无异常时，该信号处理电路控制该第二生理信号传感器以一第三监控频率监控该生理状态，当该第二生理状态异常时，该信号处理电路输出一第二警告信号至该应用处理器，并控制该第二生理信号传感器以一第四监控频率监控该第二生理状态，该第四监控频率大于该第三监控频率。
15.如权利要求14所述的头戴式系统，还包括：
一第三生理信号传感器，用以监控一第三生理状态以输出一第三生理信号；
其中，该信号处理电路根据该第三生理信号判断该第三生理状态是否异常，当该第三生理状态无异常时，该信号处理电路控制该第三生理信号传感器以一第五监控频率监控该生理状态，当该第三生理状态异常时，该信号处理电路输出一第三警告信号至该应用处理器，并控制该第三生理信号传感器以一第六监控频率监控该第三生理状态，该第六监控频率大于该第五监控频率。
16.如权利要求15所述的头戴式系统，还包括：
一第四生理信号传感器，用以监控一第四生理状态以输出一第四生理信号；
其中，该信号处理电路根据该第四生理信号判断该第四生理状态是否异常，当该第四生理状态无异常时，该信号处理电路控制该第四生理信号传感器以一第七监控频率监控该生理状态，当该第四生理状态异常时，该信号处理电路输出一第四警告信号至该应用处理器，并控制该第四生理信号传感器以一第八监控频率监控该第四生理状态，该第八监控频率大于该第七监控频率。
17.如权利要求16所述的头戴式系统，其中该第一生理信号传感器为一图像传感器，该第二生理信号传感器为一红外线传感器，该第三生理信号传感器为一压力传感器，该第四生理信号传感器为一温度传感器。
18.如权利要求17所述的头戴式系统，还包括：
一第五生理信号传感器，用以监控该第一生理状态以输出一第五生理信号；
一第六生理信号传感器，用以监控该第二生理状态以输出一第六生理信号；
一第七生理信号传感器，用以监控该第三生理状态以输出一第七生理信号；
一第八生理信号传感器，用以监控该第四生理状态以输出一第八生理信号；
一第三红外线发光二极管；以及
一第四红外线发光二极管，该第三红外线发光二极管的波长与该第四红外线发光二极管的波长不同，且用以提供红外线光源。
19.如权利要求18所述的头戴式系统，还包括：
一第二增益放大器，用以放大该第七生理信号；以及
一第二模拟数字转换器，用以将放大后的该第七生理信号转换为一第二数字信号输出至该信号处理电路。
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