CN109846458A - 穿戴式装置及其侦测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了穿戴式装置和相关侦测方法，所述穿戴式装置包括光源、传感器和处理器，且选择性地操作于发光模式或非发光模式，以及在发光模式下会产生穿过身体的辅助光；所述传感器用以拍摄来自身体的对应于发光模式的发光图像，以及对应于非发光模式的发光前图像和发光后图像。所述处理器依据发光图像、发光前图像和发光后图像来产生身体的生理信息。本发明通过分别在发光模式下拍摄发光图像以及在非发光模式下拍摄发光前图像和发光后图像，以及从发光图像减去发光前图像和发光后图像的环境光的影响，可确保所得出的生理讯息具有高精度。

Description

穿戴式装置及其侦测方法
技术领域
本发明涉及一种穿戴式装置(wearable device)，更具体地，涉及一种能够减小环境光的影响以侦测生理信息(physiological information)的穿戴式装置及其侦测方法。
背景技术
一般来说，用于侦测用户的生理信息(例如心率(heart rate))的搭载光体积变化描记图(Photoplethysmography，PPG)技术的穿戴式装置必须紧紧附着于用户(例如其手腕)，否则，由于受到环境光线的影响，侦测到的生理信息不会百分之百正确。因此，有需要一种能够减少环境光的影响的新颖设计。
发明内容
本发明的目的之一是公开一种穿戴式装置及其生理信息的检测方法以减少环境光的影响，提高生理信息的检测精度。
本发明公开了一种穿戴式装置，其包括一光源、一传感器以及一处理器。所述光源选择性地处于一发光模式或一非发光模式，其中所述光源在所述发光模式下会产生穿过身体的辅助光；所述传感器用以拍摄来自所述身体的侦测图像，其中所述侦测图像包括：至少一发光图像，于所述光源处于所述发光模式时被拍摄；至少一发光前图像，于所述至少一发光图像被拍摄之前且所述光源处于所述非发光模式下被拍摄；以及至少一发光后图像，于所述至少一发光图像被拍摄之后且所述光源处于所述非发光模式下被拍摄；以及所述处理器耦接于所述传感器，其中所述处理器用以依据所述至少一发光图像、所述至少一发光前图像以及所述至少一发光后图像来产生所述身体的生理信息。
优选地，所述处理器还用以：从所述至少一发光前图像中得到至少一发光前侦测数据、从所述至少一发光图像得到至少一发光侦测数据、以及从所述至少一发光后图片得到至少一发光后侦测数据，并且根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据得到输出侦测数据，进而根据所述输出侦测数据得到所述生理信息。
优选地，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去至少一所述发光前侦测数据和至少一所述发光后侦测数据的平均值的差值。
优选地，所述发光前侦测数据包括多个，所述处理器还根据多个所述发光前侦测数据得到平均发光前侦测数据；以及根据所述平均发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据得到所述输出侦测数据。
优选地，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去所述平均发光前侦测数据与至少一所述发光后侦测数据的平均值的差值。
优选地，所述发光后侦测数据包括多个，所述处理器还根据多个所述发光后侦测数据得到平均发光后侦测数据，以及根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和所述平均发光后侦测数据得到所述输出侦测数据。
优选地，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去至少一所述发光前侦测数据和所述平均发光后侦测数据的平均值的差值。
优选地，所述光源在所述发光模式和所述非发光模式之间交替切换，所述传感器于每次所述发光模式开启时拍摄一侦测图像，并且于每次所述非发光模式开启时拍摄一侦测图像。
优选地，所述处理器包括模数转换器，且所述模数转换器经模数转换得到所述输出侦测数据。
优选地，所述光源包括至少一发光二极管。
本发明还公开了一种应用于穿戴式装置的侦测方法，其包括：控制所述穿戴式装置的光源以选择性地使所述穿戴式设备操作于一发光模式或一非发光模式下；在所述发光模式下，通过所述光源来产生穿过身体的辅助光线；拍摄来自所述身体的侦测图像，其中所述侦测图像包括在所述发光模式下拍摄到的至少一发光图像，在所述非发光模式下以及拍摄所述至少一发光图像之前拍摄到的至少一发光前图像，以及在所述非发光模式下以及拍摄所述至少一发光图像之后拍摄到的至少一发光后图像；以及根据所述至少一发光图像、所述至少一发光前图像和所述至少一发光后图像来产生所述身体的生理信息。
优选地，所述生理信息包括对应于所述至少一所述发光前图像的至少一所述发光前侦测数据、对应于所述至少一所述发光图像的至少一所述发光侦测数据、以及对应于所述至少一所述发光后图像的至少一所述发光后侦测数据，且所述方法还包括：根据所述至少一所述发光前侦测数据、所述至少一所述发光侦测数据和所述至少一所述发光后侦测数据来产生得到输出侦测数据。
优选地，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去至少一所述发光前侦测数据和至少一所述发光后侦测数据的平均值的差值。
优选地，所述至少一发光前侦测数据包括多个发光前侦测数据，且根据所述至少一所述发光前侦测数据、所述至少一所述发光侦测数据和所述至少一所述后侦测数据来产生得到所述输出侦测数据的步骤包括：根据所述多个所述发光前侦测数据来产生得到平均发光前侦测数据；以及根据所述平均发光前侦测数据、所述至少一所述发光侦测数据和所述至少一所述发光后侦测数据来产生输出所述侦测数据。
优选地，根据所述平均发光前侦测数据、所述至少一所述发光侦测数据和所述至少一所述发光后侦测数据来产生得到输出侦测数据的步骤包括：通过从所述至少一所述发光侦测数据中减去所述平均发光前侦测数据和所述至少一所述发光后侦测数据的平均值来产生所述输出侦测数据。
优选地，所述至少一发光后侦测数据包括多个发光后侦测数据，以及根据所述至少一所述发光前侦测数据、所述至少一所述发光侦测数据和所述至少一所述发光后侦测数据来产生所述输出侦测数据的步骤包括：根据所述多个发光后侦测数据来产生得到一平均发光后侦测数据；以及根据所述至少一所述发光前侦测数据、所述至少一所述发光侦测数据和所述平均发光后侦测数据来产生得到所述输出侦测数据。
优选地，根据所述至少一所述发光前侦测数据、所述至少一所述发光侦测数据和所述平均发光后侦测数据来产生输出侦测数据的步骤包括：通过从所述至少一所述发光侦测数据中减去所述至少一所述发光前侦测数据和所述平均发光后侦测数据的平均值来产生所述输出侦测数据。
优选地，所述发光模式和所述非发光模式是交替地开启；以及所述侦测方法还包括：所述传感器于每次所述发光模式开启时拍摄一侦测图像；以及所述传感器于每次所述非发光模式开启时拍摄一侦测图像。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的附着于用户的穿戴式装置的示意图。
图2是根据图1的实施例的穿戴式装置的示意图。
图3是根据本发明一实施例的在发光模式和非发光模式下操作的时间线。
其中，附图标记说明如下：
10 穿戴式装置 120 处理器
20 用户 130 光源
110 传感器
具体实施方式
在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的“包括”是一开放式的用语，故应解释成“包括但不限定于”。另外，“耦接”一词在此是包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一装置耦接于另一装置，则代表所述装置可直接电气连接于所述另一装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至所述另一装置。
图1是根据本发明一实施例的附着于用户20的穿戴式装置10的示意图。需要注意的是，虽然图1所示的穿戴式装置10是围绕于用户20的手腕上的具有手表形状的装置，但本发明所公开的穿戴式装置10并不限于手表类型的装置，也可以是用于侦测用户20的生理信息(例如心率)的环、耳环、眼镜、臂章(armband)等。在以下段落中，穿戴式装置10是以图1所示的手表形状装置来作举例说明。
图2是根据图1的实施例的穿戴式装置10的示意图。如图2所示，穿戴式装置10包括传感器(sensor)110、处理器120和光源130。光源130选择性地操作于发光模式(illuminating mode)以及非发光模式(non-illuminating mode)，其中光源130会于发光模式中提供穿过用户20的身体的辅助光(auxiliary light)AUX，在非发光模式中则不提供辅助光AUX。当处于发光模式时，光源130仅在传感器110拍摄图像时才发光。在本实施例中，光源130可以用发光二极管(light emitting diode,LED)来实现。此外，在本实施例中，光源130会交替地在发光模式和非发光模式之间切换，也就是说，光源130会反复地且规律地提供辅助光AUX，其中分别处于发光模式和非发光模式下的时间长度可以是彼此相等并且是固定的。然而，这并非作为对本发明的一种限制。在其他实施例中，光源130可随机在发光模式和非发光模式间切换，且处于发光模式和非发光模式的时间长度不限定必须相等或固定。
在本实施例中，传感器110可以是运用光体积变化描记图(photoplethysmography)技术来侦测生理信息(例如心率)的摄相机，其可通过拍取用户20的侦测图像来侦测用户20的心率。侦测图像包括发光模式下(即提供辅助光AUX时)拍摄到的发光图像IMA1-IMAi、在非发光模式下且在拍摄发光图像IMA1-IMAi之前所拍摄到的发光前图像(pre-illuminating image)PreIMA1-PreIMAj、以及在非发光模式下且在拍摄发光图像IMA1-IMAi之后所拍摄到的发光后图像PostIMA1-PostIMAk(post-illuminatingimage)，其中i、j、k可以是任何正整数。当i等于1时，只有一个发光图像(也就是发光图像IMA1)会被拍取。当j等于1时，仅有一个发光前图像(也就是发光前图像PreIMA1)会被拍取。当k等于1时，仅有一个发光后图像(也就是发光后图像PostIMA1)会被拍取。虽然举例如上，但本发明并不限制拍摄图像的数量。每一个侦测图像可用二维图像(具有X*Y的画素数据)来表示，或用二维信息的统计信息(诸如一维或二维的强度分布(intensitydistribution)或颜色分布(color distribution))来表示。
为了有更好的感测，优选地，传感器110可安装在穿戴式装置10的背面(bottomsurface)，其中穿戴式装置10的背面会紧贴用户的皮肤以获得更高的精度，如图1所示。然而，这仅仅是为了说明的目的，并非对于本发明的一种限制，在实作上，传感器110的位置可基于设计者的实际需求来决定。
处理器120用于处理传感器110所拍摄的侦测图像以产生生理信息PHY，其中生理信息PHY可显示于穿戴式装置20的显示器(图2中未示出)以对用户20进行通知。具体来说，处理器120会将传感器110所拍摄的每个侦测图像转换成相应的原始数据(raw data)，其中所述原始数据可由侦测到的数据(简称侦测数据)来表示。此外，其中，侦测数据可包括多个子值(sub-value)，且每个子值分别对应于拍摄图像的其中一个像素，举例来说，侦测数据的子值可包括该像素点的亮度数据和颜色数据，此外，侦测数据也可包括一统计值(例如侦测图像的每个子值的亮度平均值/总和值)。
举例来说，发光前图像PreIMA1对应于发光前侦测数据PreData1，其中发光前侦测数据PreData1可包括环境光(ambient light)的侦测数据；发光图像IMA1对应于发光侦测数据Data1，其中发光侦测数据Data1包括环境光的侦测数据和穿过用户20的身体的辅助光AUX的侦测数据；以及，发光后图像PostIMA1对应于发光后侦测数据PostData1，其中发光后侦测数据PostData1包括环境光的侦测数据。
处理器120根据所述发光前侦测数据、发光侦测数据以及发光后发光后侦测数据来产生生理信息PHY。应所述注意的是，上述转换可以由处理器120的模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)来完成。然而，这仅仅是为了说明的目的，对于本领域技术人员而言，将侦测图像转换成原始数据的程序应所述是公知的。
在本发明的一范例中，传感器110包括四个画素(pixel)，所述四个画素可构成2X2的传感数组，且用于每个侦测图像的侦测数据是所述四个画素的强度总和值(其中所述总和值＝Pixel1+Pixel2+Pixel3+Pixel4)，其中Pixel1、Pixel2、Pixel3以及Pixel4分别是侦测图像中每一画素的强度值。
图3是根据本发明一实施例的在发光模式和非发光模式下操作的时间线(timeline)，如图3所示，其中光源130在时间点t1至t2之间操作于发光模式，并且于时间点t1之前以及时间点t2之后操作于非发光模式。发光图像IMA1-IMAi会在时间点t1至t2之间被传感器110拍摄，而发光前图像PreIMA1-PreIMAj会在时间点t1之前被拍摄，发光后图像PostIMA1-PostIMAk则会在时间点t2之后被拍摄。处理器120(或是其模数转换器)会分别产生对应于发光图像IMA1-IMAi的发光侦测数据Data1-Datai、对应于发光前图像PreIMA1-PreIMAj的发光前侦测数据PreData1-PreDataj以及对应于发光图像PostIMA1-PostIMAk的发光后侦测数据PostData1-PostDatak。
当j不等于1时，也就是有超过一个发光前图像被拍摄时，处理器120可进一步基于发光前侦测数据PreData1-PreDataj来产生平均发光前侦测数据PreDataAvg；当j等于1时，平均发光前侦测数据PreDataAVG即为发光前侦测数据PreData1。此外，当k不等于1时，也就是有超过一个发光后图像被拍摄时，处理器120可进一步基于发光后侦测数据PostData1-PostDatak来产生平均发光后侦测数据PostDataAvg；当k等于1时，平均发光后侦测数据PostDataAvg即为发光后侦测数据PostData1。类似地，当i不等于1时，也就是有超过一个发光图像被拍摄时，处理器120可进一步基于发光侦测数据Data1-Datai来产生平均发光侦测数据DataAvg。当i等于1时，平均发光侦测数据DataAvg即为发光侦测数据Data1。为了降低环境光所造成的影响，处理器120可通过从平均发光侦测数据DataAvg减去平均发光前侦测数据PreDataAvg与平均发光后侦测数据PostDataAvg的平均值来产生输出侦测数据OutData，其可用以下方程式来表示：
OutData＝DataAvg-(PreDataAvg+PostDataAvg)/2。
考虑到环境光的影响在很短的时间内可以看作是线性(linear)，应用上面的方程式可有效地降低来自发光侦测数据DataAvg的环境光的影响，使得输出侦测数据OutData仅会包括穿过用户20身体的辅助光AUX。如此一来，处理器120根据输出侦测数据OutData所产生的生理信息PHY会更加精确。值得注意的是，输出侦测数据Outdata可被直接或间接地视为生理信息PHY(例如心率)。举例来说，输出侦测数据Outdata可通过一些特殊操作来被进一步转换为心率，然而，本发明将不针对这些特殊操作进行讨论。
简而言之，本发明提出了一种穿戴式装置及相关方法，通过分别在发光模式下拍摄发光图像以及在非发光模式下拍摄发光前图像和发光后图像，以及从发光图像减去发光前图像和发光后图像的环境光的影响，可确保所得出的生理讯息具有高精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种穿戴式装置，其特征在于，包括：一光源，所述光源选择性地处于一发光模式或一非发光模式，其中，所述光源在所述发光模式下会产生穿过身体的辅助光；
一传感器，用以拍摄来自所述身体的侦测图像，其中所述侦测图像包括：至少一于所述光源处于所述发光模式时被拍摄的发光图像；至少一于所述至少一发光图像被拍摄之前，且所述光源处于所述非发光模式下被拍摄的发光前图像；以及至少一于所述至少一发光图像被拍摄之后，且所述光源处于所述非发光模式下被拍摄的发光后图像；以及
一处理器，耦接于所述传感器，其中所述处理器用以依据所述至少一发光图像、所述至少一发光前图像以及所述至少一发光后图像，来产生所述身体的生理信息。
2.如权利要求1所述的穿戴式装置，其特征在于，所述处理器还用以：从所述至少一发光前图像中得到至少一发光前侦测数据、从所述至少一发光图像得到至少一发光侦测数据、以及从所述至少一发光后图片得到至少一发光后侦测数据，并且根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据得到输出侦测数据，进而根据所述输出侦测数据得到所述生理信息。
3.如权利要求2所述的穿戴式装置，其特征在于，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去至少一所述发光前侦测数据和至少一所述发光后侦测数据的平均值的差值。
4.如权利要求2所述的穿戴式装置，其特征在于，所述发光前侦测数据包括多个，所述处理器还根据多个所述发光前侦测数据得到平均发光前侦测数据；以及根据所述平均发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据得到所述输出侦测数据。
5.如权利要求4所述的穿戴式装置，其特征在于，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去所述平均发光前侦测数据与至少一所述发光后侦测数据的平均值的差值。
6.如权利要求2所述的穿戴式装置，其特征在于，所述发光后侦测数据包括多个，所述处理器还根据多个所述发光后侦测数据得到平均发光后侦测数据，以及根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和所述平均发光后侦测数据得到所述输出侦测数据。
7.如权利要求6所述的穿戴式装置，其特征在于，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去至少一所述发光前侦测数据和所述平均发光后侦测数据的平均值的差值。
8.如权利要求1所述的穿戴式装置，其特征在于，所述光源在所述发光模式和所述非发光模式之间交替切换，所述感测电路于每次所述发光模式开启时拍摄一侦测图像，并且于每次所述非发光模式开启时拍摄一侦测图像。
9.如权利要求1所述的穿戴式装置，其特征在于，所述处理器包括模数转换器，且所述模数转换器经模数转换得到所述输出侦测数据。
10.如权利要求1所述的穿戴式装置，其特征在于，所述光源包括至少一发光二极管。
11.一种应用于穿戴式装置的侦测方法，其特征在于，包括：
控制所述穿戴式装置的光源以选择性地使所述穿戴式设备处于一发光模式或一非发光模式下；
在所述发光模式下，通过所述光源来产生穿过身体的辅助光线；
拍摄来自所述身体的侦测图像，其中所述侦测图像包括在所述发光模式下拍摄到的至少一发光图像，在所述非发光模式下以及拍摄所述至少一发光图像之前拍摄到的至少一发光前图像，以及在所述非发光模式下以及拍摄所述至少一发光图像之后拍摄到的至少一发光后图像；以及
根据至少一所述发光图像、至少一所述发光前图像和至少一所述发光后图像来产生所述身体的生理信息。
12.如权利要求11所述的侦测方法，其特征在于，所述生理信息包括对应于至少一所述发光前图像的至少一所述发光前侦测数据、对应于至少一所述发光图像的至少一所述发光侦测数据、以及对应于至少一所述发光后图像的至少一所述发光后侦测数据，且所述方法还包括：
根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据得到输出侦测数据。
13.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，所述输出侦测数据为至少一所述发光侦测数据减去至少一所述发光前侦测数据和至少一所述发光后侦测数据的平均值的差值。
14.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，所述发光前侦测数据包括多个发光前，且根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述后侦测数据得到所述输出侦测数据的步骤包括：
根据多个所述发光前侦测数据得到平均发光前侦测数据；以及
根据所述平均发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据来产生输出所述侦测数据。
15.如权利要求14所述的侦测方法，其特征在于，根据所述平均发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据得到输出侦测数据的步骤包括：
至少一所述发光侦测数据减去所述平均发光前侦测数据和至少一所述发光后侦测数据的平均值。
16.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，所述发光后侦测数据包括多个，以及根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和至少一所述发光后侦测数据来产生所述输出侦测数据的步骤包括：
根据所述多个发光后侦测数据得到一平均发光后侦测数据；以及
根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和所述平均发光后侦测数据得到所述输出侦测数据。
17.如权利要求16所述的侦测方法，其特征在于，根据至少一所述发光前侦测数据、至少一所述发光侦测数据和所述平均发光后侦测数据来产生输出侦测数据的步骤包括：
至少一所述发光侦测数据减去至少一所述发光前侦测数据和所述平均发光后侦测数据的平均值。
18.如权利要求12所述的侦测方法，其特征在于，所述发光模式和所述非发光模式是交替地开启；以及所述侦测方法还包括：
所述传感器于每次所述发光模式开启时拍摄一侦测图像；以及
所述传感器于每次所述非发光模式开启时拍摄一侦测图像。
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