CN109155147A - 增强移动设备的功能的外壳和补充电路 - Google Patents

Abstract

根据一个示例配置，装置增强了移动通信设备的功能。该装置包括外壳，其中保留移动通信设备和补充电路。补充电路可操作用于:i)控制补充电路中的光学发射器照射待测物质，ii)监视光学信号的属性，该光学信号由被测物质反射并由光学接收器接收；和iii)通过通信链路将光学信号的属性从补充电路通信到移动通信设备。补充电路任选地包括多个电极以进一步监测被测物质的属性。

Description

增强移动设备的功能的外壳和补充电路

技术领域

本公开一般涉及设备、方法、系统等，以提供移动通信设备(诸如智能电话、个人数字助手等)的扩展使用。

背景技术

近年来，人们越来越关注更好地了解健康因素以及在日常生活中遇到的材料和/或化合物。例如，注重健康的个体已经表现出对理解他们的生理健康，他们的食物，饮料和/或药物的构成或组成的增加的期望；消费者也对信息的兴趣增加，使他们能够做出更明智的购买决定，包括有关购买产品的真实性，此类产品中包含的材料、化合物和/或组件等的信息。

此外，农业学家对理解植物的生理健康和土壤的组成或组成表现出越来越大的兴趣；酿造大师，葡萄酒商和酿酒师已经表现出对理解材料和/或化合物感知的需求的增加，这些材料和/或化合物将允许他们改进和/或改进他们的酒精饮料过程，仅举几个例子。

传统的仪器和装置可用于通过生物识别、材料和/或复合传感满足其对信息需求的至少一些要求。然而，迄今为止，这种传统的仪器和装置太笨重、太慢、太不准确和/或太昂贵而不适合日常人。此外，这种传统的仪器和设备通常未能充分利用当前可从智能手机获得的功能、技术和便利，多年来这些功能、技术和便利在全世界普遍存在。

发明内容

本公开包括移动通信设备(诸如智能电话、个人数字助手等)向各个用户提供有限能力的观察。本文的实施方案包括通过包括外壳和相应的补充电路的装置来增强移动通信设备的使用的方法。在一个实施方案中，外壳(例如保护性壳体)保留移动通信设备和补充电路，为移动通信设备提供扩展功能。

更具体地，本文的实施方案包括一种增强移动通信设备功能的装置。如前所述，该装置包括外壳(例如保护性壳体)和相应的电子电路(例如补充电路)，以向移动通信设备提供扩展的能力。外壳保留移动通信设备和电子电路。在一个实施方案中，补充电路包括光学发射器和光学接收器。补充电路可操作用于：i)控制光学发射器，ii)监视光学接收器，以及iii)通过通信链路与移动通信设备通信。

根据另外的实施方案，通信链路是补充电路和移动通信设备的相应无线接口之间的无线通信链路。光学接收器和光学发射器可操作用于监视外壳外部的物质属性(如生物介质、食物、材料、物体等)。

这里讨论的装置可以表示为任何合适的形状因子。例如，在一个实施方案中，补充电路相对于外壳是分开的和可移除的。可选择地，电子电路固定整合到所述外壳中。

依照甚至另外的实施方案，补充电路可操作用于通过移动通信设备上的应用程序通过通信链路接收命令。在一个实施方案中，补充电路执行命令来控制光学发射器。补充电路将所述光学接收器检测的光学信号的属性传递给移动通信设备上的应用程序。在其他实施方案中，应用程序可操作用于生成命令以使光学发射器用光能照射被测材料；所述光学接收器检测的光学信号表示通过被测材料反射或透射的光能的一部分。

补充电路任选地包括光谱仪以对被测材料反射的光能的波长进行光谱分析(并由光学接收器检测)，以产生光谱信息，该光谱信息指示在不同波长下从被测物质反射或通过被测物质的光能的光谱强度。补充电路将光谱信息转发给移动通信设备上的应用程序。应用程序使用光谱信息作为识别被测材料中存在的一种或多种成分的基础。

在一个实施方案中，应用程序在移动通信设备的显示屏上显示被测材料的一个或多个组件的标识，以供相应用户查看。

依照甚至另外的实施方案，移动通信设备包括相机，其中捕获被测材料的图像。如本文所讨论的补充电路控制光学发射器照射被测材料。如前所述，补充电路包括光谱仪，用于对从被测材料反射或通过被测材料反射的光能进行光谱分析。电子电路通过通信链路将频谱分析的结果传送到移动通信设备上的应用程序。应用程序使用被测材料的光谱信息和捕获图像估算被测材料中至少一种成分的量。应用程序然后在移动通信设备的显示屏上显示被测材料中至少一种成分的量。

由补充电路产生的光谱信息可用于任何合适的目的。例如，在另一个实施方案中，光学发射器照射生物介质。如本文所讨论的补充电路控制光学发射器照射生物介质。如前所述，补充电路包括光谱仪，用于对从生物介质反射或通过生物介质反射的光能进行光谱分析。电子电路通过通信链路将频谱分析的结果传送到移动通信设备上的应用程序。因此，移动通信设备可操作用于接收所述光学接收器检测的光学信号的反馈信息(光谱信息、频谱分析等)。

移动通信设备的应用程序基于所接收的反馈信息的属性生成PPG(光学体积描记术)度量。应用程序任选地在移动通信设备的相应显示屏上显示PPG度量。

补充电路还可包括设置在外壳的暴露表面上的第一电极和第二电极，以检测与第一电极和第二电极接触的生物介质的阻抗。移动通信设备在移动通信设备的显示屏上显示ECG(心电描记术)度量；ECG度量从检测的阻抗导出。

除了感测第一电极和第二电极之间接触的生物介质的阻抗之外，光学发射器还以如前所述的方式将光学信号发送到用户的生物介质的区域。例如，如先前所讨论的，移动通信设备的应用程序还基于反馈信息生成PPG(光学体积描记术)度量(光学信号的一部分的光谱分析通过用户的生物介质反射或通过用户的生物介质反射。移动通信设备的应用程序使用ECG度量和PPG度量来导出血压度量。在一个实施方案中，移动通信设备可操作用于在移动通信设备的显示屏上显示血压度量，血压度量至少部分地基于检测到的阻抗和从生物介质反射并由光学接收器检测的光学信号的属性来计算。

如前所述，补充电路任选地包括与补充电路通信或由补充电路监视的第一电极和第二电极。本文的其他实施方案包括设置在补充电路中的时钟。补充电路使用时钟来跟踪所述光学接收器检测的光学信号的定时属性和在第一电极和第二电极上检测到的阻抗信号的定时属性。

包括光谱信息的定时属性(从监视多个光学接收器的光学接收器获得)和检测到的阻抗的定时属性使移动通信设备的应用程序能够生成持有该光学接收器的用户的血压度量，外壳，其中保留了补充电路和移动通信设备。

根据另外的实施方案，公开了用于将嵌入式无线接口和嵌入式生物识别，材料和/或化合物感测和处理集成到智能手机伴随设备中的系统和方法。智能手机伴侣装置的嵌入式无线接口可实现嵌入式传感器与智能手机之间的无线通信。在一个方面，智能手机伴侣装置被配置为智能手机外壳(这里也称为“智能外壳”)。通过在智能手机配套设备或智能机箱中提供嵌入式无线接口和嵌入式生物识别、材料和/或化合物传感和处理，人们需要获得有关其健康因素以及他们在日常生活中可能遇到的材料和/或化合物的信息可以在利用智能手机的功能、技术和便利性的实际设备配置中满足。

在某些实施方案中，公开了一种配置用于智能手机的智能手机伴侣装置，其包括嵌入式无线接口、以及一个或多个嵌入式生物识别、材料和/或化合物传感器。嵌入式无线接口可操作以实现一个或多个嵌入式生物识别、材料或化合物传感器与智能电话之间的无线通信。智能手机伴侣装置还包括可充电电池，以及能量采集器/电池充电器，其可操作以执行可充电电池的近场通信(NFC)充电、射频(RF)充电和光学谐振充电中的一个或多个。

在某些其他实施方案中，智能手机配套装置包括主组件(例如补充电路)，其包括印刷电路板(PCB)，其包含嵌入的无线接口和一个或多个嵌入的生物识别、材料或化合物传感器、以及盖组件。在一个实施方案中，主组件被配置为接收智能手机，并滑动到盖组件(外壳)上，从而将主组件(例如本文所讨论的补充电路)和盖组件定位在智能手机上以暴露一个或多个嵌入式生物识别，材料或化合物传感器供后续使用。智能手机伴随装置的主组件(例如补充电路)和盖组件(例如保护性外壳)可以被配置为形成用于移动通信设备的所谓的智能外壳。

以下更详细地公开了这些和其他更具体的实施方案。

注意，这里讨论的任何补充电路或电子电路可以包括一个或多个计算机化设备、无线接口、医疗设备、移动设备、服务器、基站、无线回放设备、手持式或膝上型计算机等，以便携带输出和/或支持本文公开的任何或所有方法操作。换句话说，一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文所解释的那样操作以执行如本文所述的不同实施方案。

本文的其他实施方案包括用于执行以上概述的以及下面详细公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施方案包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂时性计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质或硬件存储介质，其独立地或共同定位)，软件指令被编码在其上用于后续执行。当在具有处理器，程序和/或使处理器(硬件)执行本文公开的任何操作的计算机化设备(硬件)中执行指令。这样的布置通常被提供为在诸如光学介质(例如，CD-ROM)，软盘之类的非暂时性计算机可读存储介质上排列或编码的软件，代码，指令和/或其他数据(例如，数据结构)、硬盘、记忆棒、存储装置等、或其他介质，例如一个或多个ROM、RAM、PROM等中的固件，和/或作为应用程序专用集成电路(ASIC)等。可以将软件或固件或其他这样的配置安装到计算机化设备上，以使计算机化设备执行本文所述的任何操作。

因此，本文的实施方案涉及支持如本文所讨论的操作的方法、装置、计算机程序产品、计算机可读介质等。

一个实施方案包括计算机可读存储介质和/或具有存储在其上的指令的装置，以便于监视被测物质。例如，在一个实施方案中，指令在由计算机处理器硬件执行时使计算机处理器硬件(例如一个或多个处理器设备)：控制放置在补充电路中的光学发射器以照亮待测物质，补充电路和移动通信设备保留在外壳中；监视光学信号的属性，该属性由被测物质反射并由光学接收器接收；并通过通信链路将补充电路的光学信号的属性传送给移动通信设备。

为清楚起见，添加了上述步骤的顺序。注意，可以以任何合适的顺序执行如本文所讨论的任何处理步骤。

本公开的其他实施方案包括软件程序和/或相应的硬件，以执行以上概述并在下面详细公开的任何方法实施方案步骤和操作。

应当理解，如本文所讨论的装置、方法、系统、计算机可读存储介质上的指令等也可以严格地体现为软件程序、固件、软件、硬件和/或固件的混合，或者仅作为硬件，例如在处理器(硬件或软件)内，或在操作装置内或在软件应用程序内。

如本文所讨论的，本文的技术非常适合用于增强诸如智能手机等移动通信设备的使用的领域。然而，应该注意，这里的实施方案不限于在这样的应用程序中使用，并且这里讨论的技术也非常适合于其他应用程序。

另外，注意，尽管本文中的每个不同特征、技术、配置等可以在本公开的不同位置讨论，但是在适当的情况下，意图是每个概念可以可选地彼此独立地执行或者相互结合。因此，可以以许多不同方式体现和观察如本文所述的一个或多个本发明。

此外，请注意，本文中对实施方案的初步讨论没有具体说明本公开或要求保护的发明的每个实施方案和/或递增的新颖方面。相反，该简要描述仅呈现了与传统技术相比的一般实施方案和新颖性的对应点。对于本发明的其他细节和/或可能的观点(置换)，读者可以参考下面进一步讨论的本发明的详细描述部分和相应的附图。

附图说明

图1A是根据本文的实施例的被配置为用于光谱测定材料感测的系统的示例智能外壳(保护外壳和补充电路)和智能手机(移动通信设备)的框图。

图1B是根据本文的实施例的操作图1A的系统的示例方法的流程图。

图1C是说明根据本文的实施方案的物质照射的实例图。

图1D是示出根据本文的实施例的反射光学信号的检测的示例图。

图1E是示出根据本文的实施例的指示被测物质的属性和/或质量的参数的显示的示例图。

图1F是示出根据本文的实施例的指示被测物质的属性和/或质量的参数的显示的示例图。

图2A是根据本文的实施例的被配置为用于高光谱成像的系统的组合智能外壳和移动通信设备的框图。

图2B是示出根据本文的实施例的操作图2A的系统的方法的示例图。

图3A是示出根据本文的实施例的可操作以电化学测量血糖水平的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图3B是示出根据本文的实施例的操作图3A的系统的方法的示例图。

图4A是示出根据本文的实施例的可操作以提供免疫测定测量和分析的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图4B是示出根据本文的实施例的操作图4A的系统的方法的示例图。

图5A是示出根据本文的实施例的可操作以监视光学体积描记术(PPG)和心电描记术(ECG)度量的组合智能病例和移动通信设备的示例图。

图5B是示出根据本文的实施例的操作图5A的系统的方法的示例图。

图6A是示出根据本文的实施例的可操作以提供近场通信(NFC)电池充电的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图6B是示出根据本文的实施例的操作图6A的系统的方法的示例图。

图7A是示出根据本文的实施例的可操作以支持射频(RF)电池充电的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图7B是示出根据本文的实施例的操作图7A的系统的方法的示例图。

图8是示出根据本文的实施例的可操作以支持光学谐振电池充电的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图9是示出根据本文的实施例的可操作以提供替代的长程、低功率无线备份通信的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图10是示出根据本文的实施例的可操作以提供音频源分离的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图11是示出根据本文的实施例的可操作以支持超声指纹识别的组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图12A是示出根据本文的实施例的如何组合智能外壳和移动通信设备的示例图。

图12B和12C是根据本文的实施例的组合智能外壳和移动通信设备的透视图。

图13是根据本文的实施例的用于实现如本文所讨论的任何操作的计算机装置的示例框图。

图14是示出根据实施例的示例方法的流程图。

本文实施例的前述和其他目的、特征和优点将从以下更具体的描述中变得显而易见，如附图中所示，其中相同的附图标记在不同视图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明实施例、原理、概念等上。

具体实施方式

根据本文的实施例、装置、系统、方法等增强了移动通信设备的功能。该装置包括外壳(壳体)，其中保留移动通信设备和相应的补充电路。补充电路提供移动通信设备不支持的功能。例如，在一个实施方案中，补充电路可操作用于：i)控制补充电路中的光学发射器以照射被测物质，ii)监视由光学接收器检测到的被测物质反射的光学信号的属性(波长、波长强度或幅度等)，iii)通过通信链路将光学信号的属性从补充电路传送到移动通信设备。

注意，如本文所讨论的补充电路任意地包括任何合适的电路(例如控制电路、分析器、接口、传感器等)以执行附加功能。

图1A描绘了根据本文的实施例的示例性智能外壳104和智能手机102的说明性实施例，其被配置为用于光谱测定材料感测的系统100。

如图1A所示，智能机壳104包括近红外(NIR)光源118、光学模块120、主处理器122和蓝牙或近场通信(NFC)模块124。光学模块120可以被配置为具有包括傅立叶光学器件和NIR光电二极管或CMOS图像传感器的光学器件设置。例如，NIR光源118和光学器件设置可以位于智能手机102的顶部边缘(也参见附图标记1202，图12A-12C)，紧邻智能手机102的相机镜头1210(参见图12C)通常位于的位置，但旋转90度，使得NIR光源118和光学装置(也参见附图标记1208，图12B和12C)指出智能手机的顶部边缘。

智能箱104的主处理器122任选地包括用于数据减少的数字信号处理器(DSP)。

如图1A中进一步所示，智能手机102包括触摸屏显示器110，应用程序处理器112，射频(RF)收发器114，以及诸如蓝牙或NFC模块116的无线接口。无线接口例如智能手机102的RF收发器114可选地与包括基于云的分析108的网络通信以执行处理功能。

智能外壳104的蓝牙或NFC模块124根据任何合适的通信协议通过无线数据链路126与智能手机102的蓝牙或NFC模块116通信。

参考以下说明性示例将进一步理解用于光谱测定材料感测的系统100。

在该示例中，经由智能手机102的触摸屏显示器110，假设相应的用户输入在应用程序处理器112上运行的光谱测定应用程序(在此也称为“app”)的选择。进入光谱测量应用程序，智能手机102可操作用于通过无线数据链路126与智能机壳104通信，以通过控制输入191)触发NIR光源118，用于至少暂时用光学信号192照亮被测材料106。

在一个实施方案中，被测材料106是相对均匀的材料，尽管被测材料106可以是均质或非均质材料的任何合适的材料、物体等。

光学模块120(光学接收器)检测来自被测材料106的反射光能193。基于反射光能193，光学模块120将信号194提供给主处理器122.主处理器122执行信号194的光谱分析以产生光谱结果(光谱数据或光谱信息，包括光学信号193中不同波长光能的幅度)。

主处理器122通过链路126将频谱频谱分析的结果传送到在智能手机102上执行的应用程序处理器112。应用程序处理器112可选地经由RF收发器114将频谱结果发送到基于云的分析108，以获得与被测材料106有关的分类和/或估计信息。

应用程序处理器112通过RF收发器114从基于云的分析108接收被测材料106的分类和/或估计信息，并通过触摸屏显示器110向用户提供材料类型和/或估计信息的分类视图。

图1B是示出根据本文的实施例的操作用于光谱测定材料感测的系统100的方法的示例图。

如框130(参见图1B)所示，主处理器122经由无线数据链路126接受来自光谱测定应用程序的用户输入。

如方框132所示，由NIR光源118(光学发射器)照射被测材料106和由光学模块120(光学接收器)捕获图像数据(信号194)的定时由主处理器122协调。

如框134所示，一旦捕获图像数据，主处理器122通过将其从光强度的空间映射转换为光强度与相应波长的映射来减少图像数据。

如框136所示，由主处理器122通过数据链路126将减少的数据发送到在应用程序处理器112上运行的光谱测定应用程序。

如框138所示，来自基于云的分析108的服务由光谱测定应用程序(在应用程序处理器112上执行)请求。

如框140所示，预定的光谱测定算法由基于云的分析108执行，并且算法结果被传递到光谱测定应用程序(在应用程序处理器112上执行)。

如框142所示，光谱测定应用程序在触摸屏显示器110上显示算法结果以供相应用户查看。

应注意，光谱测定应用程序可使用户能够对许多不同的目标材料进行材料分析，包括但不限于：(1)对茶、咖啡或苏打水中的咖啡因等检测物质的量进行估计，(2)对水果和蔬菜进行无损分析以确定其整体质量，(3)对水、酒精、牛奶等的质量进行评估，以及(4)按年龄对酒精饮料进行分类，仅举几个例子。

作为更具体的实例，咖啡因是存在于许多不同植物的种子和叶子中的天然存在的兴奋剂。在几乎每个人的日常生活中，茶、咖啡和苏打水通常是最常见的咖啡因来源。然而，过量摄入咖啡因会对健康产生不利影响。通常，对于大多数人来说，通常认为每天约400毫克的咖啡因消耗是安全的。

估算茶、咖啡或苏打中咖啡因含量的传统方法是通过化学分析，其中包括使用昂贵的高端仪器进行高效液相色谱(HPLC)、紫外(UV/VIS)光谱测定等。然而，这种化学分析通常需要具有化学专业知识的熟练用户以及最先进的化学实验室。目前市场上似乎没有任何低成本的解决方案、过程和/或仪器可以对饮料(例如茶、咖啡、苏打水等)进行可靠、快速和准确的分析。

用于光谱测定材料感测的系统100可以满足这种需要。例如，使用系统100，可以在少至三个步骤中估计饮料(例如茶、咖啡或苏打水)中的咖啡因的量，包括(1)扫描饮料(参见图1C)，(2)捕获从饮料反射或通过饮料的光(反射光学信号193)(参见图1D)，和(3)在触摸屏显示器上显示饮料中估计的咖啡因量(例如，126.9毫克)(参见图1E)。

关于水果和蔬菜的非破坏性分析，这种水果和蔬菜的味道和成本通常取决于它们的质量，而质量又通常取决于它们的化学组成。例如，番茄的质量可取决于某些参数，例如其葡萄糖水平、果糖水平、pH值、酸度水平、电导率等。传统上，通过采用各种仪器和/或装置估计这些参数的值，例如pH计、电导率计、折射计等。然而，这种传统方法通常对水果和蔬菜具有破坏性，使得它们不能再利用和/或销售。这种传统方法实施起来也是耗时且费力的。用于光谱测定材料感测的系统100提供对水果和蔬菜的简单、快速和非破坏性分析，以确定它们的化学组成以及它们的质量。

例如，使用系统100，水果或蔬菜的质量可以在少至四个步骤中确定，包括(1)用来自近红外光源118的NIR辐射照射水果或蔬菜样品，(2)收集水果或蔬菜样品的反射光谱特征，光学模块120分析光学信号193，(3)将光谱特征发送到基于云的分析进行处理，(4)在触摸屏显示器上向用户显示处理结果(例如，pH值、电导率、葡萄糖水平等)(参见图1F)。

图2A描绘了根据本应用程序的示例性智能外壳204和智能手机202的说明性实施例，其被配置为用于高光谱成像的系统200。

如图2A所示，智能机壳204包括NIR光源222(光学发射器)、光学模块224(光学接收器/传感器)、主处理器226、以及蓝牙或NFC模块228(即，任何合适的无线接口)。

光学模块224可包括光学装置，其包括傅立叶光学器件，以及NIR光电二极管或CMOS图像传感器。此外，主处理器226可以包括用于数据减少目的的DSP。

智能手机202包括触摸屏显示器210、应用程序处理器212、RF收发器214、相机216、加速度计218和蓝牙或NFC模块220。智能手机202的RF收发器214与包括基于云的分析208的网络通信。智能外壳204的蓝牙或NFC模块228通过无线数据链路230与智能手机202的蓝牙或NFC模块220通信。

参考以下说明性示例，将进一步理解用于高光谱成像的系统200。

在该示例中，系统200的用户通过选择用于在应用程序处理器212上执行的超光谱成像应用程序来操作智能手机202的触摸屏显示器210。已经进入超光谱成像应用程序，智能手机202(移动通信设备)通过无线数据链路230与智能情况204中的电子电路通信，以触发NIR光源222，用光学信号292暂时照射被测材料206，在这种情况下，光学信号292不需要是均质材料。

然后在光学模块224处接收从被照射的被测材料206反射或通过被照射的被测材料206反射的光(光学信号293)，其向主处理器226提供信号194以用于确定与被测材料206相关联的光谱内容。在确定了与被测材料206相关联的光谱内容之后，主处理器226通过无线数据链路230向应用程序处理器212提供相应的光谱数据(从信号194的分析得出)。

在一个实施方案中，应用程序处理器212另外控制相机216以获得被测材料206的视觉图像，以及控制加速度计218以获得关于智能手机202相对于被测材料206的取向的信息。

应用程序处理器212经由RF收发器214将光谱数据、视觉图像数据和取向数据发送到基于云的分析108，以便获得包含在被测材料206中的一种或多种化合物的体积的测量值。然后，应用程序处理器212通过RF收发器214从基于云的分析208接收被测材料206的化合物体积测量值，并通过触摸屏显示器210向用户提供复合体积测量。例如，被测材料206的这种化合物体积测量可用于确定食物盘上的卡路里总量、果实的成熟度和/或新鲜度和/或蔬菜等。

图2B是示出根据本文的实施例的操作用于高光谱成像的系统200的方法的示例图。注意，系统200可用于构建扫描的被测材料的三维模型，其中在材料表面上的离散点处收集光谱吸收信息。

如框240所示(参见图2B)，主处理器226通过无线数据链路230从超光谱成像应用程序接受用户输入。

如框242所示，来自智能电话202的输入由主处理器226与NIR光源222的定时照明和从CMOS图像传感器(光学模块224)捕获图像数据相协调。

如框244所示，来自CMOS图像传感器和相机216的输入由超光谱成像应用程序(应用程序处理器212)协调，以便在超光谱成像过程期间引导用户。

如框246所示，一旦针对信号194捕获图像数据，主处理器226通过将其从光强度的空间映射转换为强度对波长的映射来减少相应的图像数据。

如框248所示，由主处理器226将该组简化数据发送到在应用程序处理器212上运行的超光谱成像应用程序。

如框250所示，来自基于云的分析208的超光谱成像应用程序请求服务。

如框252所示，预定的超光谱成像算法由基于云的分析208执行，并且算法结果被传递到超光谱成像应用程序。

如框254所示，算法结果通过触摸屏显示器210上的超光谱成像应用程序显示给相应的用户。

在某些实施方案中，在智能手机202上运行的超光谱成像应用程序中的一个或多个功能：(1)在扫描进行过程中显示来自摄像机216的图像，以引导用户正确扫描被测材料206，(2)在算法结果上附加时间戳和位置以创建测量记录，(3)为其他应用程序的测量记录提供应用程序编程接口(API)，以汇总饮食和/或药物信息，以提供相关性分析，(4)显示扫描膳食的卡路里计数以及每日卡路里总量，(5)将数据记录记录到云存储，其中授权的第三方可以访问它，以及(6)向用户提供反馈以鼓励健康饮食。

图3A是根据本应用程序的示例性智能外壳304和智能手机302的说明性实施例，其被配置为用于电化学血糖水平测量的系统300。

如图3A所示，智能机壳304包括阻抗测量应用程序前端(AFE)318、主处理器320和蓝牙模块322。智能手机302包括触摸屏显示器310，应用程序处理器312、RF收发器314和蓝牙模块316。智能手机302的RF收发器314与包括基于云的分析308的网络通信。智能外壳304的蓝牙模块322通过无线数据链路324与智能手机302的蓝牙模块316通信。

参考以下说明性实施例，将进一步理解用于电化学血糖水平测量的系统300。在该示例中，系统300的用户可以使用智能手机302的触摸屏显示器310来选择在应用程序处理器312上执行的应用程序，以测量电化学血糖水平。

在进入用于测量电化学血糖水平的应用程序之后，用户可以将他或她的一滴血液放置在电化学测试条306(例如血糖测试条)上，并且将放置在其上的血滴插入血糖测试条306进入智能盒304中的狭槽317中。

阻抗测量应用程序前端318(电路)接收血糖测试条306用于测试，测量在血糖测试条306上产生的电(即阻抗)响应，并通过无线数据链路324提供阻抗响应信息(阻抗数据)到主处理器320。

然后，主处理器320通过无线数据链路324向应用程序处理器312提供阻抗数据，应用程序处理器312经由RF收发器314将阻抗数据发送到基于云的分析308，以便获得用户的血糖水平。

然后，应用程序处理器312经由RF收发器314从基于云的分析308接收用户的血糖水平的测量值，并且通过触摸屏显示器310向用户提供血糖水平。

这里参考图3B描述操作用于电化学血糖水平测量的系统300的方法。

如方框330(参见图3B)所示，电化学测试条306由用户插入智能外壳304的狭槽317(参见图3A)中。

如方框332所示，通过执行4线DC或AC阻抗测量，通过阻抗测量应用程序前端318分析电化学测试条306。

如框334所示，阻抗测量应用程序前端318由主处理器320控制，以便在电化学测试条306上产生已知的激励电压。

如框336所示，应用程序前端318测量通过电化学测试条306的感应电流。

如框338所示，阻抗测量应用程序前端318基于电化学测试条306计算阻抗测量值。

如方框340所示，从阻抗测量确定电化学测试条306上的生物标记样品的水平。

在某些实施方案中，用于测量在智能手机302上运行的电化学血糖水平的应用程序可以执行至少以下功能：(1)提供用户基于用户确定的时间表进行某些测量的提醒，(2)在系统300需要校准或准备好使用的情况下提醒用户，(3)提示用户插入电化学测试条306，并向用户提供关于测量是否成功的反馈，(4)在测量中附加时间戳和位置以创建测量记录，(5)为测量记录提供应用程序编程接口(API)，以便应用程序聚合饮食和/或药物信息以提供相关性分析，(6)显示当前和历史测量结果，(7)将数据记录记录到云存储，授权第三方可以访问云存储，(8)向用户提供反馈以增强广告这是条件监视和治疗协议，以及(9)根据需要向用户提供执行动作步骤的警报。

图4A描绘了根据本应用程序的示例性智能外壳404和智能手机402的说明性实施例，其被配置为用于免疫测定测量的系统400。

如图4A所示，智能外壳404包括荧光或比色传感器418、主处理器420和蓝牙模块422。智能手机402包括触摸屏显示器410、应用程序处理器412、RF收发器414和蓝牙模块416。

智能手机402的RF收发器414与包括基于云的分析408的网络通信。智能外壳404的蓝牙模块422通过无线数据链路424与智能手机402的蓝牙模块416通信。

参考以下说明性实施例，将进一步理解用于免疫测定测量的系统400。

在该示例中，系统400的用户可以使用智能手机402的触摸屏显示器410来输入应用程序的选择，以便在应用程序处理器412上执行以进行免疫测定测量。

在进入用于进行免疫测定测量的应用程序之后，使用者将测试中的物质放置在测试条406(例如妊娠测试条)上，并将怀孕测试条406与放在其上的尿液滴入智能盒404中的狭槽417中。荧光或比色传感器418接收妊娠测试条406，并测量在妊娠测试条406上产生的光学(即，荧光)响应。例如，妊娠试纸406上的使用者尿液中可能含有人绒毛膜促性腺激素(hCG)，其是在怀孕期间在女性尿液中分泌的激素。此外，使用者尿液中含有的hCG激素可以与妊娠试纸406上提供的抗体反应，从而改变试纸条的荧光特性。荧光或比色传感器418将荧光响应信息提供给主处理器420。主处理器420然后通过无线数据链路424向应用程序处理器412提供荧光响应数据，应用程序处理器412经由RF收发器414将荧光响应数据发送到基于云的分析408，以便获得用户可能的怀孕状况的指示。

然后，应用程序处理器412经由RF收发器414从基于云的分析408接收用户可能的怀孕状况的指示，并且通过触摸屏显示器410向用户提供可能的怀孕状况的指示。

在此参考图4B描述操作用于免疫测定测量的系统400的方法。

如框430(参见图4B)所示，测试条406由用户插入智能外壳404的狭槽417中。

如方框432所示，通过荧光或比色传感器418分析测试条406。

如框434所示，荧光或比色传感器418由主处理器420控制，以便照射测试条406并测量来自测试条406上的生物标记样本的光发射。

如方框436所示，基于来自生物标记样品的测量光发射确定测试条406上的生物标记样品的水平。

在某些实施方案中，应用程序用于使在智能手机402上运行的免疫测定测量执行以下一个或多个功能，例如：(1)向用户提供基于用户确定的时间表进行测量的提醒，(2)在系统400需要校准或准备使用的情况下警告用户，(3)提示用户插入测试条406，并向用户提供关于测量是否成功的反馈，(4)附加测量的时间戳和位置以创建测量记录，(5)向测量记录提供应用程序的编程接口(API)以供其他应用程序聚合饮食和/或药物信息以提供相关性分析，(6)显示当前和历史测量结果，(7)将数据记录记录到云存储，授权第三方可以访问云存储，(8)向用户提供反馈以增强依从性调节监测和治疗方案，以及(9)根据需要向用户提供警报以执行行动步骤。

图5A描绘了根据本发明的实施例的示例性智能外壳504和智能手机502的说明性实施例，其被配置为用于使用光学体积描记术(PPG)、心电描记术(ECG)和手位置监测来实现血压测量的系统500。

如图5A所示，智能壳体504包括第一(“右”)电极520、第二(“左”)电极522、阻抗测量应用程序前端524、NIR光源530(光学发射器)、光学模块532(光学接收器)、主处理器526和蓝牙模块528(即任何无线接口)。

光学模块532可以包括傅立叶光学器件以及NIR光电二极管。此外，主处理器526可以包括用于数据减少的DSP。

智能手机502包括触摸屏显示器514、应用程序处理器516、RF收发器519和蓝牙模块518。

智能手机502的RF收发器519与包括基于云的分析513的网络通信。智能外壳504的蓝牙模块528通过无线数据链路534与智能手机502的蓝牙模块518通信。

参考以下说明性示例，将进一步理解用于实现血压测量的系统500。在该示例中，系统500的用户使用智能手机502的触摸屏显示器514输入应用程序的选择，以在应用程序处理器516上执行，以使用PPG、ECG和手位置监控进行血压测量。在进入用于进行血压测量的应用程序之后，用户握住智能外壳504，使得(1)他或她的右食指510的垫506(手指区域510，参见图5A)与右电极520接触(2)他或她的左食指512的垫508(参见图5A)位于NIR光源530和光学模块532上方，并且与左电极522接触。

阻抗测量应用程序前端和524在左电极522中的右电极520上产生并施加差分电压。阻抗测量应用程序前端524然后测量通过手指510到达用户身体到手指512的电流量，以确定左电极522中右电极520上的阻抗。

另外，注意，在智能手机502上执行的应用程序通过无线数据链路534与智能外壳504通信，以使NIR光源530将光(光学信号592)发送到被测生物媒体(手指512)。光学信号592的一部分(即光学信号593)从被测生物介质反射回光学模块532(光学接收器)。光学模块532然后向主处理器526提供第一信号594，用于获取在光学模块532处接收的光谱的PPG时间序列数据。主处理器526通过无线数据链路534将PPG时间序列数据提供给应用程序处理器516。时钟555可用于产生PPG时间序列数据。

基本上，在通过用光学信号592照射指状物512来获取PPG时间序列数据的同时，右和左电极520、522与阻抗测量应用程序前端524一起操作以向主处理器526提供第二信号595，用于获取ECG时间序列数据。主处理器526通过无线数据链路534将ECG时间序列数据提供给应用程序处理器516。时钟555可用于产生ECG时间序列数据。

在接收到PPG时间序列数据和ECG时间序列数据之后，应用程序处理器516经由RF收发器519将组合PPG/ECG时间序列数据集发送到基于云的分析513以便获得用户血压的指示。然后，应用程序处理器516经由RF收发器519从基于云的分析513接收用户血压的指示，并且通过触摸屏显示器514向用户提供血压的指示。

如前所述，智能情况504中的补充电路任选地包括与补充电路通信或由补充电路监控的第一电极520和第二电极522，例如阻抗测量应用程序前端524和主处理器526。如前所述，本文的其他实施例包括设置在智能外壳504的补充电路中的时钟555，以跟踪相应光学和测量的时间。

在一个实施方案中，主处理器526(计算机处理器硬件和相应的软件指令)使用时钟跟踪由光学接收器(光学模块532)检测到的光学信号593的定时属性和在第一电极520和第二电极522上检测到的阻抗信号595的定时属性。包括光谱信息的定时属性(从监视多个光学接收器的光学接收器获得)和检测到的阻抗的定时属性启用在移动通信设备上执行的应用程序，以生成持有智能案例504和智能电话502的组合的用户的血压度量。

在此参考图5B描述操作系统500以实现血压测量的方法。

如框540(参见图5B)所示，用户左手的食指512放置在光谱仪光学器件(包括NIR光源530和光学模块532)上方并与电极522接触。

如框542所示，用户右手的食指510放置成与电极520接触。

如方框544所示，主处理器526经由信号594和595基本上同时捕获ECG时间序列数据和PPG时间序列数据。

如框546所示，ECG和PPG时间序列数据被发送到基于云的分析513以进行处理。

如框548所示，由基于云的分析513基于心电图时间序列数据(指示心脏被触发收缩和泵血的时间)与PPG时间序列数据(表示血流峰值)之间的时间差来确定用户的血压。

在某些实施方案中，用于使在智能手机502上运行的血压测量的应用程序(在应用程序处理器516上执行)可以执行至少以下功能：(1)在用户的显示器514上提供提醒基于用户确定的时间表进行测量，(2)显示器514，在系统500需要校准或准备好使用的情况下警告用户，(3)在显示器514上向用户提供反馈以确保他或者她的手处于正确的测量位置，(4)在显示器514上提供ECG和PPG波形与时间的实时显示，(5)在测量上附加时间戳和位置以创建测量记录，(6)提供应用程序的编程接口(API)到其他应用程序的测量记录，以聚合饮食和/或药物信息，以提供相关性分析，(7)在显示器514上，显示当前和历史血压测量结果，(8)将数据记录记录到云存储中，授权的第三方可以访问它，(9)向用户提供反馈以增强对条件监视和治疗协议的遵守，以及(10)向用户提供警报根据需要执行操作步骤。

图6A描绘了根据本应用程序的示例性智能外壳604和智能手机602的说明性实施例，其被配置为用于NFC电池充电的系统600。

如图6A所示，智能外壳604包括主处理器616、能量采集器/电池充电器622、可充电电池620、一个或多个辅助电路614、以及NFC模块618。智能手机602包括触摸屏显示器606、应用程序处理器608、可充电电池610和NFC模块612。智能外壳604的NFC模块618通过无线数据链路624与智能手机602的NFC模块612通信。

参考以下说明性示例，将进一步理解用于NFC电池充电的系统600。在该示例中，系统600的用户使用智能手机602的触摸屏显示器606来输入在应用程序处理器608上运行的应用程序的选择，以使用近场通信(NFC)对智能外壳604内的可再充电电池620进行充电。

在已经输入选择应用程序以使用NFC对智能外壳的电池充电之后，主处理器616可以将关于可充电电池620的电池充电状态的信息提供给NFC模块618，NFC模块618又可以通过NFC模块612通过无线数据链路624向应用程序处理器608提供电池充电状态信息。智能外壳604内的能量采集器/电池充电器622经由NFC模块612、618接收来自智能手机602内的可充电电池610的电池能量，并使用电池能量对智能机壳604内的可充电电池620充电。

当可充电电池620正在充电时，主处理器616可以向应用程序处理器608提供一个或多个电池充电状态更新，其可以使用电池充电状态更新信息来管理电池充电，以及通过触摸屏显示器606向用户提供电池充电状态的指示。

这里参考图6B描述操作用于NFC电池充电的系统600的方法。系统600通过从智能手机602的可充电电池610提取电力来对智能外壳604的可充电电池620充电。

如框630(参见图6B)所示，通过智能电话602经由智能电话602和智能机壳604之间的NFC链路620周期性地轮询可再充电电池620的充电状态。

如框632所示，在可充电电池620的充电状态的轮询指示需要充电的情况下，智能电话602读取存储在NFC模块618上的数据。

如框634所示，在读取操作期间，智能外壳604的NFC模块618接收过量电池能量。

如方框636所示，过剩的电池能量由能量采集器/电池充电器622收集，并存储在智能壳体604的可充电电池620上，直到可充电电池620充电。

如框638所示，主处理器616和辅助电路由可充电电池620供电。

注意，可充电电池620的充电可以通过应用程序来控制，该应用程序用于基于智能外壳604向智能手机602提供的电池状态对智能外壳的可充电电池充电。智能手机602周期性地轮询智能外壳604，以确定可充电电池620的电池充电水平。基于智能手机602和/或智能外壳604的可编程电池充电水平阈值，做出关于是否对智能外壳604的可充电电池620充电的决定。

图7A描绘了根据本应用程序的示例性智能外壳704和智能手机702的说明性实施例，其被配置为用于RF电池充电的系统700。

如图7A所示，智能外壳704包括主处理器716、能量采集器/电池充电器722、可充电电池720、一个或多个辅助电路714、RF天线724和蓝牙模块718。702包括触摸屏显示器706、应用程序处理器708、RF蜂窝模块710和蓝牙模块712。智能外壳704的蓝牙模块718通过无线数据链路728与智能手机702的蓝牙模块712通信。

参考以下说明性示例，将进一步理解用于RF电池充电的系统700。在该示例中，系统700的用户使用智能手机702的触摸屏显示器706来输入应用程序的选择，以在应用程序处理器708上执行，以使用RF能量对智能外壳704内的可再充电电池720进行充电。在已经输入应用程序的选择以使用RF能量对智能外壳的可充电电池充电之后，主处理器716将关于可充电电池720的电池充电状态的信息提供给蓝牙模块718，蓝牙模块718又通过无线数据链路728经由蓝牙模块712将电池充电状态信息提供给应用程序处理器708。

智能外壳704内的能量采集器/电池充电器722然后经由RF天线724从智能手机702内的RF蜂窝模块710以及外部环境接收RF能量726，并使用RF能量为智能外壳704内的可充电电池720充电。

当可充电电池720正在充电时，主处理器716向应用程序处理器708提供一个或多个电池充电状态更新，其可以使用电池充电状态更新信息来管理电池充电，并且通过触摸屏显示器706向用户提供电池充电状态的指示。

这里参考图7B描述操作用于RF电池充电的系统700的方法。

系统700可以通过从RF天线724捕获的RF能量中提取功率来对智能外壳704的可充电电池720充电。如方框730(参见图7B)所示，在电话期间来自RF蜂窝模块710的RF能量呼叫和/或可由RF天线724捕获的频带中的任何其他RF能量由能量采集器/电池充电器722收集并存储在智能壳体704的可充电电池720上。

如方框732所示，主处理器716和辅助电路714由智能外壳704的可充电电池720供电。

图8描绘了根据本应用程序的示例性智能外壳804和智能手机802的说明性实施例，其被配置为用于光学谐振电池充电的系统800。

如图8所示，智能机壳804包括主处理器818、能量采集器/电池充电器816、可充电电池828、光学接收器826、开关矩阵820和一对连接器822、824。光学接收器826包括后向反射器或后向反射器阵列，其与光学发射器806组合形成分布式激光谐振器。光学接收器826还包括用于维持光学接收器826和光学发射器806之间的激光的自适应透镜，以及用于将光功率转换成电以对可再充电电池828充电的光电二极管或光电二极管阵列。

智能手机802包括可充电电池810、电池充电器812和连接器814，连接器814适于与智能外壳804的连接器822进行电连接。

参考以下说明性示例，将进一步理解用于光学谐振电池充电的系统800。在该示例中，光学接收器826从光学发射器806接收光功率，并将光功率提供给能量采集器/电池充电器816。能量采集器/电池充电器816从光功率中获得光能，并使用光能对可充电电池828充电(通过转换为电)，其向主处理器818提供关于其电池充电状态的信息。

能量采集器/电池充电器816同样为开关矩阵820提供光能，其可由主处理器818控制以经由连接器822、814将光能转发到电池充电器812以对智能手机802内的可充电电池810充电。在某些实施方案中，开关矩阵820也可由主处理器818控制，以通过连接器824将外部电池充电器808连接到智能机壳804，以对可充电电池828以及智能手机802内的可充电电池810充电。

系统800为智能外壳804和智能手机802的用户提供无线外部电池充电选项。如本文所述，智能外壳804的光学接收器826可包括后向反射器(或后向反射器阵列)。当与包含放大激光介质的外部光学发射器806耦合时，光学接收器826形成激光谐振器。当激光投入时，光学接收器826将光功率转换成电能，其可用于对智能外壳804的可充电电池828和/或智能电话802的可充电电池810充电。

注意，智能外壳804还可以支持来自外部电池充电器808的有线电池充电。智能外壳804包括插入智能手机802的(母)USB/充电连接器814的(公)连接器822，以及可以类似于智能手机802的母连接器814的(母)连接器824。开关矩阵820可以用于允许智能外壳804的公连接器822建立到智能手机802的母连接器814的多个电连接。这样，开关矩阵820可以提供以下电池充电选项：(1)外部电池充电器808对智能电话802的可充电电池810充电，(2)外部电池充电器808为智能机壳804的可充电电池828充电，(3)光学发射器806/光学接收器826对智能手机802的可充电电池810充电，并且(4)光学发射器806/光学接收器826对智能机壳804的可充电电池828充电。这种电池充电可以基于外部电池充电器808的连接状态、接收的光功率和/或可充电电池810和/或可充电电池828的电池充电水平，由智能手机app控制。系统800还可以允许用户选择电池充电电源和/或目标可充电电池810、828的优先级。

图9描绘了根据本应用程序的示例性智能外壳904和智能手机902的说明性实施例，其被配置为用于实现远程、低功率无线备份通信的系统900。

如图9所示，智能机箱904包括主处理器916、远程RF收发器920和蓝牙模块918。智能手机902包括触摸屏显示器910、应用程序处理器912和蓝牙模块914。智能外壳904的蓝牙模块918通过无线数据链路922与智能手机902的蓝牙模块914通信。系统900的无线备用通信功能可用作蜂窝数据连接的替代方案，用于通过因特网908进行通信。通过这种方式，系统900可以在蜂窝数据网络不可达时或者当用户希望避免可能由蜂窝网络提供商施加的高数据费用时实现因特网连接。

参考以下说明性示例，将进一步理解用于实现远程、低功率无线备份通信的系统900。在该示例中，系统900的用户可以使用智能手机902的触摸屏显示器910来进入在应用程序处理器912上运行的app，用于设置智能手机902以执行远程、低功率无线备份通信。已经将智能手机902设置为执行远程、低功率无线备用通信，智能手机902可以通过专用链路924经由远程RF收发器920与远程RF基站906通信。远程RF基站906然后可以建立到因特网908的安全连接，互联网908又可以为基于云的信息处理和/或数据存储提供连接。

如本文所述，用于实现远程、低功率无线备份通信的系统900可用于在智能电话902无法访问蜂窝数据网络时或者当用户选择避免由蜂窝网络提供商施加的昂贵数据费用时提供因特网连接。远程RF收发器920使用专有协议(该协议利用大约2.4千兆赫(GHz)的未许可频带中的频移键控(FSK)调制)或任何其他合适的协议。

专有协议可以使用跳频和可变数据速率以保持与远程RF基站906的连接。远程RF基站906可以在智能机箱904和基于云的信息处理和/或数据存储之间形成桥接。这使得智能机箱904能够在不使用蜂窝数据服务的情况下访问基于云的分析和存储。在某些实施方案中，远程RF基站906提供“始终开启”服务，允许远程RF收发器920在任何时间向远程RF基站906请求安全链路。一旦远程RF基站906接收到请求，智能情况904认证过程就开始。如果验证成功，则可以建立安全加密数据链路。注意，远程RF基站906可以同时服务多个客户端。

图10描绘了根据本应用程序的示例性智能外壳1004和智能电话1002的说明性实施例，其被配置为用于实现音频源分离的系统1000。

如图10所示，智能机壳1004包括主处理器1018、音频处理器1017、麦克风阵列1016和蓝牙或NFC模块1020。音频处理器1017包括数字信号处理(DSP)电路。智能手机1002包括触摸屏显示器1008、应用程序处理器1010、RF收发器1012和蓝牙或NFC模块1014。智能机壳1004的蓝牙或NFC模块1020通过无线数据链路1022与智能手机1002的蓝牙或NFC模块1014通信。

系统1000的音频源分离功能可用于消除外来噪声并改善语音识别性能。以这种方式，可以减少当智能手机1002用于将用户的语音输入转换为电子文本时可能发生的错误。

参考以下说明性示例，将进一步理解用于启用音频源分离的系统1000。在该示例中，系统1000的用户1005使用智能电话1002的触摸屏显示器1008来输入应用程序的选择，以在应用程序处理器1010上执行以启用音频源分离功能。在进入用于执行音频源分离的应用程序之后，用户1005直接对着麦克风阵列1016讲话，麦克风阵列1016接收用户的语音输入并向音频处理器1017提供语音信号。音频处理器1017内的DSP电路可以移除任何来自语音信号的不需要的声音，并将得到的音频流发送到主处理器1018。主处理器1018然后通过无线数据链路1022将音频流提供给应用程序处理器1010，其执行一个或多个更多语音识别算法，用于将用户的语音输入转换为电子文本。

例如，应用程序处理器1010可以将从用户的语音输入产生的电子文本插入电子邮件消息、文本消息或任何其他合适形式的电子通信中。

注意，除了被识别为感兴趣的音频源的音频信号之外，音频源分离可以通过衰减所有音频信号来改善语音识别算法的性能。智能外壳1004包括麦克风阵列1016，其可以连接到音频处理器1017，例如ADI公司出售的ADADN8080音频信号处理器。音频信号处理器提供“语音唤醒”服务，以及提供音频源分离功能。“语音唤醒”服务可以允许主处理器1018和大部分音频处理器1017进入休眠状态，并在接收到音频语音输入时被激活。一旦识别出音频语音信号，音频处理器1017就将音频信号减少为包含语音的关键特征的数字数据流，然后可以由应用程序处理器1010执行的语音识别算法使用该数字数据流。

图11是根据本应用程序的示例性智能外壳1104和智能手机1102的说明性实施例，其被配置为用于超声指纹识别的系统1100。

如图11所示，智能机箱1104包括超声波指纹处理器1116、主处理器1118和蓝牙模块1120。智能手机1102包括触摸屏显示器1110、应用程序处理器1112和蓝牙模块1114。智能外壳1104的蓝牙模块1120通过无线数据链路1108与智能手机1102的蓝牙模块1114通信。

本文的实施例包括用于超声指纹识别的系统1100。系统1100采用用户指纹的生物特征感测(参见附图标记1106，图11)，其提供更安全和更简单的用户访问，同时防止未授权用户访问，并且还通过免输入密码提供增强的用户体验(例如，更快的解锁)。

在一个实施方案中，智能壳体1104包含提供这种用户认证的超声波指纹处理器1116。由超声波指纹处理器1116执行的指纹识别可以单独使用，或者与其他生命体征监测(VSM)结合使用，以提供更加增强的用户认证过程。

超声波指纹处理器1116包括压电换能器阵列、压电驱动器、压电接收器、信号调节器和用于数据减少的数字化电路。除了提供指纹识别之外，超声波指纹处理器1116还提供“按下时唤醒”服务。“按下唤醒”服务可以允许主处理器1118和大多数超声指纹处理器1116进入睡眠状态，并且仅在用户触摸输入时才被激活。

在识别出用户触摸信号之后，超声波指纹处理器1116生成指纹数据，并且主处理器1118将指纹数据与已知用户指纹数据进行比较，以确定用于用户认证的匹配。在成功的用户认证之后，智能机箱1104的特征被解锁，并且可以识别授权用户，使得来自用户的后续用户触摸输入可以适当地归因于他或她。

图12A描绘了根据本文的实施例的配置1200中的示例装置1201(诸如智能外壳)和移动通信设备1202(诸如智能手机、个人数字助理等)的分解图。

如图12A所示，装置1201包括外壳1204(例如壳体)和相应的电子电路1206。

移动通信设备1202可以被连接以触摸电子电路1206或与电子电路1206组合，如箭头1220所示，以便随后插入外壳1204。

在该示例性实施例中，外壳1204沿箭头1222的方向滑动，以将电子电路1206和移动通信设备1202的组合保持在外壳1204内。在这种情况下，外壳1204牢固地将移动通信设备1202和电子电路1206保持在一起，暴露移动通信设备1202的显示屏1207，供相应的用户查看。

如前所述，补充电路(电子电路1206，例如印刷电路板和相应的电路)可包括任何合适的电子器件，例如光学传感器、光学发射器、声学传感器、电传感器等。

电子电路1206包括支持与移动通信设备1220通信的通信接口。移动通信设备和电子电路1206之间的相应无线通信链路上的通信，补充电路(电子电路1206和相应的组件)通过移动通信设备1202上的应用程序是可控的。通过电子电路1206收集和/或处理的数据、信息等通过无线通信链路从电子电路1206传送到移动通信设备1220。

如进一步所示，外壳1204包括在外壳1204的相应外围边缘和/或平面面板上的窗口、按钮、开口等，以适应设置在移动通信设备1202和/或电子电路1206上的相应按钮、相机、光学发射器、光学接收器、电极等的使用。

注意，这里讨论的装置1201可以以任何合适的形状因子呈现。例如，在一个实施例中，电子电路1206相对于外壳1204是分开的和可拆卸的。或者，注意电子电路1204可以固定整合到所述外壳中1204(不可拆卸)，使得用户仅需要将移动通信设备1202滑入相应的外壳1204。

图12B是示出根据本文的实施例的移动通信设备1202和对应的电子电路1206在被插入外壳1204之后的组合的示例图。

如前所述，装置1201增强了相应的移动通信设备1202的功能。如前所述，装置1206包括外壳1204(例如保护性壳体)和相应的电子电路1206(例如补充电路)以为移动通信设备1202提供扩展的功能。如进一步所示，外壳1204将移动通信设备1202和电子电路1206都保留在单个手持设备中。

在一个实施方案中，电子电路1206包括第一光学发射器/接收器对，两者均设置在位置1218处。电子电路1206可包括设置在位置1219处的第二光学发射器/接收器对。电子电路1206可操作用于：i)控制位置1218和1219的每个光学发射器，ii)监视位置1218和1219处的光学接收器，以及iii)通过通信链路与移动通信设备1202通信以传送以前面讨论的方式收集和/或处理的数据。

根据进一步的实施例，移动通信设备1202和电子电路1206之间的通信链路是补充电路和移动通信设备的相应无线接口之间的无线通信链路。如先前关于图5A所讨论的，第一发射器/接收器对可用于监视第一生物媒体，例如人的右手上的手指510，第二发射器/接收器对可用于监视第二生物介质，例如人的左手上的手指512。

依照甚至另外的实施方案，在移动通信设备1202上执行的应用程序可操作用于生成命令，以使位置1218处的光学发射器用光能照射手指510，该命令还使位置1219处的光学发射器照射手指512。

位置1218处的光学接收器检测从手指510反射的光能部分。位置1219处的光学接收器检测从手指512反射的光能部分。

电子电路1206如前所述分析所接收的光学信号，并将检测到的位置1218和位置1219处的光学信号的属性传送给移动通信设备1202上的应用程序。

电子电路1206任选地包括光谱仪，以对被测材料反射的光能(如前所述的手指510和手指512)的波长进行光谱分析，以产生光谱信息，该光谱信息指示被反射的光能的光谱强度是通过在不同波长下测试的物质。

电子电路1206将光谱信息或其他收集的数据转发到移动通信设备1202上的应用程序。

在一个实施方案中，由电子电路106产生的光谱信息可用于任何合适的目的。例如，在一个实施方案中，移动通信设备1202可操作用于接收由光学接收器在位置1218和1219处检测到的一个或多个光学信号的反馈信息(光谱信息、频谱分析等)。移动通信设备的应用程序基于反馈信息生成PPG(光学体积描记术)度量。应用程序可选地在移动通信设备1202的相应显示屏1207上显示PPG度量。

因此，PPG度量是从光学接收器应用程序1218和1219所感测的一个或多个光学信号导出的。

如图12B中进一步所示，电子电路1206(相对于移动通信设备1202的补充电路)还包括设置在外壳1204和电子电路1206的暴露表面上的第一电极1216和第二电极1214以检测与第一电极1216和第二电极1214接触的生物介质(各个指状物510和512)的阻抗。移动通信设备1202在移动通信设备1202的显示屏1207上显示ECG(心电记记术)度量，ECG度量是从检测到的跨电极1216和1214的阻抗导出的。

如前所述，除了感测第一电极1216和第二电极1214之间接触的生物介质(指状物510和512)的阻抗之外，电子电路1206基于反馈信息(从用户的生物媒体(手指510和512)反射的光学信号的一部分的光谱分析)产生PPG(光学体积描记术)度量。移动通信设备的应用程序1206可以被配置为使用ECG度量和PPG度量来导出血压度量。移动通信设备1202可操作用于在移动通信设备1202的显示屏1207上显示血压度量，血压度量至少部分地基于检测到的阻抗和由生物介质(指状物510和512)反射的一个或多个光学信号的属性来计算，如由光学接收器在位置1218和1219处检测到的。

图12C是示出根据本文的实施例的移动通信设备和保持在外壳内的相应电子电路的透视图(手持设备)的示例图。

如图所示，光学发射器(例如光源118和光学模块120)可以设置在位置1208处以照射被测材料160并接收反射光能193，如先前关于图1A所讨论的。

外壳1204包括窗口1210(即，开口、端口等)，以使相应的移动通信设备1202和/或电子电路1206能够使用相应的图像传感器设备捕获图像。源118(在位置1208处)发送与轴正交的相应光能，其中移动通信设备1202的相应相机1210捕获相应图像。这允许用户查看显示屏1207，而位置1208处的相应光学发射器和光学接收器用于监视相应的被测材料106。

依照甚至另外的实施方案，移动通信设备1202包括相机，其中沿x轴捕获被测材料106的图像。如本文所讨论的电子电路1206控制位置1208处的光学发射器以沿y轴(其与x轴正交)照射被测材料106。

如前所述，电子电路1206包括光谱仪，用于对从或通过被测材料106反射回到位置1208处的相应光学接收器的光能进行光谱分析。电子电路1206通过无线通信链路将频谱分析的结果传送到移动通信设备1206上的应用程序。应用程序使用通过移动通信设备1202的摄像机1210获得的光谱信息和捕获图像。捕获图像表示被测材料106的大小和/或数量。移动通信设备1202上的应用程序使用被测材料106的捕获图像和光谱信息来估计被测材料中至少一种成分106的数量。然后应用程序在移动通信设备1202的显示屏1207上显示被测材料中存在的至少一种成分的量和物质的身份。

图13是根据本文的实施例的用于实现如本文所讨论的任何操作的计算机装置的示例框图。

任何资源(例如，电子电路1206、补充电路、电路和智能机箱104、204、304、404、504、604、704、804、904、1004、1104、移动通信设备的应用程序，应用程序处理器112等)可以被配置为包括处理器和可执行指令，以执行如本文所讨论的不同操作。

如图所示，本示例的计算机系统1350包括互连1311，互连1311耦合计算机可读存储介质1312，例如可以存储和检索数字信息的非暂时性类型的媒体或媒体(即任何类型的硬件存储媒体)、处理器1313(计算机处理器硬件)、I/O接口1314等。

计算机可读存储介质1312可以是或包括任何硬件存储设备，例如存储器、光存储器、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施方案中，计算机可读存储介质1312存储指令和/或数据。

如图所示，计算机可读存储介质1312可以用应用程序140-1(例如，包括指令)编码，以执行如本文所讨论的任何操作。

在一个实施例的操作期间，处理器1313经由使用互连1311访问计算机可读存储介质1312，以便启动、运行、执行、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质1312上的应用程序140-1中的指令。应用程序140-1的执行产生过程140-2以执行这里讨论的任何操作和/或过程。

本领域技术人员将理解，计算机系统1350可以包括其他过程和/或软件和硬件组件，例如控制硬件资源的分配和使用以应用程序140-1的操作装置。

计算机系统1350可以驻留在装置1201的电子电路或补充电路中的任何位置，以实现如本文所讨论的应用程序140-1的任何功能。

现在将通过图14中的流程图讨论由这里讨论的不同资源支持的功能。注意，下面的流程图中的步骤可以以任何合适的顺序执行。

图14是示出根据实施例的示例方法的流程图1400。注意，如上所述，关于概念将存在一些重叠。

在处理操作1410中，电子电路1206控制电子电路1206中的光学发射器以照射测试中的物质106(例如食物、生物介质、物质等)。

在处理操作1420中，电子循环1206监视由被测物质反射并由电子电路1206中的光学接收器接收的光学信号的属性。

在处理操作1430中，电子电路1206通过通信链路将来自电子电路1206(保存在外壳1204中的移动通信设备1202)的光学信号的属性传送到在移动通信设备1202上执行的应用程序。

再次注意，这里的技术非常适合于为移动通信设备提供增强的功能。然而，应该注意，这里的实施例不限于在这样的应用程序中使用，并且这里讨论的技术也非常适合于其他应用程序。

基于在此阐述的描述，已经阐述了许多具体细节以提供对要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其他情况下，没有详细描述本领域普通技术人员已知的方法、装置、设备等，以免模糊所要求保护的主题。已经根据对存储在计算设备存储器(例如计算机存储器)内的数据位或二进制数字信号的操作的算法或符号表示来呈现详细描述的一些部分。这些算法描述或表示是数据处理领域的普通技术人员用于将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员的技术的示例。这里描述的算法通常被认为是自洽的操作序列或类似的处理，导致期望的结果。在这种情况下，操作或处理涉及物理量的物理操纵。通常，尽管不是必须的，但是这样的量可以采取能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于通用的原因，有时将方便的信号称为比特、数据、值、元素、符号、字符、术语、数字等。然而，应该理解，所有这些和类似术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是方便的标签。除非另外特别说明，否则从以下讨论中可以明显看出，应当理解，在整个说明书中，利用诸如“处理”、“计算”、“确定”等术语是指计算平台的动作或过程，例如计算机或类似的电子计算设备，其操纵或转换在存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或计算平台的显示设备内表示为物理电子或磁量的数据。

虽然已经参考其优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本申请程序的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。这些变化旨在由本应用程序的范围所涵盖。这样，本应用程序的实施例的前述描述并非旨在进行限制。相反，在以下权利要求中给出了对本发明的任何限制。

Claims (33)

1.一种增强移动通信设备功能的装置，该装置包括：

电子电路，包括光学发射器和光学接收器，所述电子电路是关于所述移动通信设备的补充电路，所述电子电路可操作用于：i)控制所述光学发射器，ii)监视所述光学接收器，以及iii)通过通信链路与所述移动通信设备通信；和

其中保留所述移动通信设备和所述电子电路的外壳。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述通信链路是所述电子电路与所述移动通信设备相应无线接口之间的无线通信链路；和

其中所述光学接收器和所述光学发射器可操作用于监测所述外壳的外部物质的属性。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述电子电路和所述移动通信设备相对于所述外壳是分开的和可拆卸的。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述电子电路固定整合到所述外壳中。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述电子电路可操作用于通过所述移动通信设备上的应用程序通过所述通信链路接收命令并执行所述命令来控制所述光学发射器；和

其中所述电子电路可操作用于将所述光学接收器检测的光学信号的属性传递给所述移动通信设备上的应用程序。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述应用程序可操作用于产生命令以使所述光学发射器用光能照射被测材料；和

其中所述光学接收器检测的光学信号表示被测材料反射的一部分光能。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述电子电路包括光谱仪，用于对被测材料反射的光能的波长进行光谱分析，以产生指示不同波长的反射光能的光谱强度的光谱信息；

其中传送到所述应用程序的检测的光学信号的属性包括光谱信息；和

其中所述应用程序可操作用于使用所述光谱信息作为识别被测材料中至少一种成分的基础。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述应用程序可操作用于在所述通信设备的显示屏上显示被测材料中至少一种成分的标识，以供相应用户查看。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述移动通信设备包括其中捕获被测材料图像的相机；

其中所述电子电路可操作用于控制所述光学发射器以照射被测材料；

其中所述电子电路包括光谱仪，用于对被测材料反射的光能进行光谱分析；

其中所述电子电路可操作用于通过所述通信链路将所述频谱分析的结果通信给所述应用程序；和

其中所述应用程序可操作用于使用所述光谱信息和被测材料的捕获图像来估计被测材料中至少一种成分的量。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述应用程序可操作用于在所述移动通信设备的显示屏上显示被测材料中至少一种成分的量。

11.如权利要求1所述的装置，其中所述移动通信设备中的应用程序可操作用于接收所述光学接收器检测的光学信号的反馈信息；和

其中所述移动通信设备的应用程序可操作用于基于所述反馈信息生成PPG(光学体积描记术)度量。

12.如权利要求1所述的装置，其中在所述电子电路中，所述光学发射器是第一光学接收器并且所述光学接收器是第一光学接收器，所述电子电路还包括：第二光学发射器和第二光学接收器。

13.如权利要求1所述的装置，还包括：

第一电极和第二电极，设置在所述外壳的暴露表面上以检测与所述第一电极和所述第二电极接触的生物介质的阻抗。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述移动通信设备可操作用于在移动通信设备的显示屏上显示ECG(心电描记术)度量，所述ECG度量从检测性阻抗导出。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述移动通信设备可操作用于在移动通信设备的显示屏上显示PPG(光学体积描记术)度量，所述PPG度量从所述接收器感测的光学信号导出。

16.如权利要求1所述的装置，还包括：

第一电极和第二电极，设置在其中存在所述移动通信设备的外壳的暴露表面上，所述第一电极和第二电极可操作用于检测与所述第一电极和第二电极接触的用户的阻抗；

其中所述光学发射器可操作用于将光学信号发送给所述用户的生物介质；和

其中所述移动通信设备可操作用于在所述移动通信设备的显示屏上显示血压度量，所述血压度量至少部分地基于检测的阻抗和从所述生物介质反射并由所述光学接收器检测的光学信号的属性来计算。

17.如权利要求1所述的装置，还包括：

与所述电子电路通信的第一电极和第二电极；和

其中所述电子电路包括跟踪所述光学接收器检测的光学信号的定时和在所述第一电极和所述第二电极上检测的阻抗信号的定时的时钟。

18.如权利要求1所述的装置，还包括：

第一电极和第二电极设置在所述外壳的外表面上，所述电子电路包括阻抗测量接口以监测所述第一电极和所述第二电极上的阻抗；和

其中所述第一电极设置在邻近所述光学接收器和所述光学发射器的位置的外壳上。

19.如权利要求18所述的装置，还包括：

从所述光学发射器发射光学信号的第一开口；

从所述光学发射器接收光学信号的第二开口；和

其中所述第一电极、所述第二电极、所述第一开口和所述第二开口设置在围绕所述移动通信设备的显示屏的外壳的外围边缘上。

20.如权利要求1所述的装置，其中第一电极和第二电极设置在围绕移动通信设备的显示屏的外壳的外围边缘上。

21.一种通过补充电路相对于移动通信设备增强所述移动通信设备的功能的方法，所述补充电路和所述移动通信设备的组合保留在所述外壳中，该方法包括：

通过所述补充电路保留在外壳中：

控制设置在所述补充电路中的光学发射器以照射被测物质；

监测光学信号的属性，该光学信号从被测物质反射并由光学接收器接收；和

通过通信链路将所述光学信号的属性从所述补充电路通信到所述移动通信设备。

22.如权利要求21所述的方法，还包括：

通过电子电路的相应无线接口将光学信号的属性通信给所述移动通信设备。

23.如权利要求21所述的方法，还包括：

通过所述电子电路中的通信接口从移动通信设备上的应用程序通过通信链路接收命令，该命令指示如何控制所述光学发射器；和

将所述光学接收器检测的光学信号的属性通信给所述移动通信设备上的应用程序。

24.如权利要求23所述的方法，其中控制设置在所述补充电路中的光学发射器以照射被测物质包括：

根据命令使用光能照射被测材料，所述光学接收器检测的光学信号代表被测材料反射的光能的一部分。

25.如权利要求24所述的方法，还包括：

进行所述光学信号波长的光谱分析；基于所述光谱分析，产生指示不同波长下反射光能的光谱强度的光谱信息，检测的光学信号的属性由所述光谱信息捕获；和

将所述光谱信息从电子电路通信到移动通信设备上的应用程序，所述应用程序可操作以使用所述光谱信息作为识别被测材料中至少一种成分的基础。

26.如权利要求25所述的方法，还包括：

控制所述移动通信设备的相机以捕获被测物质的图像；

利用被测材料的光谱信息和捕获图像来估算被测材料中至少一种成分的量；和

在所述移动通信设备的显示屏上启动显示被测材料中至少一种成分的量。

27.如权利要求21所述的方法，还包括：

基于光学信号的属性生成PPG(光学体积描记术)度量。

28.如权利要求21所述的方法，还包括：

监测设置在外壳的外表面上的第一电极和第二电极，以检测所述第一电极和所述第二电极之间的生物介质的阻抗。

29.如权利要求28所述的方法，还包括：

在所述移动通信设备的显示屏上启动ECG(心电描记术)度量的显示，所述ECG度量从检测性阻抗导出。

30.如权利要求29所述的方法，还包括：

在所述移动通信设备的显示屏上启动显示PPG(光学体积描记术)度量，所述PPG度量从光学信号的属性导出。

31.如权利要求21所述的方法，还包括：

基于光学信号的属性生成PPG(光学体积描记术)度量；

监测设置在外壳的外表面上的第一电极和第二电极，以检测所述第一电极和所述第二电极之间的生物介质的阻抗；

基于检测的生物介质的阻抗产生ECG(心电描记术)度量；和

基于PPG(光学体积描记术)度量和ECG(心电描记术)度量产生血压度量。

32.如权利要求21所述的方法，还包括：

通过所述补充电路，跟踪检测的光学信号属性的定时和在所述外壳的第一电极和第二电极上检测的阻抗信号的定时。

33.一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有指令，所述指令在由计算机处理器硬件执行时使计算机处理器硬件：

控制设置在补充电路中的光学发射器以照射待测物质，所述补充电路为移动通信设备提供增强功能，所述补充电路和所述移动通信设备的组合保留在所述外壳中；

监视光学信号的属性，该光学信号由被测物质反射并由光学接收器接收；和

通过通信链路将光学信号的属性从所述补充电路通信到所述移动通信设备。