CN110544365A - 浴室跌倒感测装置 - Google Patents

Abstract

一种浴室跌倒感测装置包含一热电堆数组传感器以及一信号处理器。热电堆数组传感器感测一浴室内的一用户所辐射的红外线，并输出相对应的一第一感测信号。信号处理器与热电堆数组传感器电性连接，用以接收热电堆数组传感器所输出的第一感测信号，以形成M×N个像素的一热影像，其中信号处理器依据热影像识别用户跌倒时，输出一警示信号。上述浴室跌倒感测装置所形成的热影像的分辨率较低，因此不会有个人隐私的疑虑，此外，热电堆数组传感器能分辨用户移动或跌倒，因此能降低误报率。

Description

浴室跌倒感测装置

【技术领域】

本发明是有关一种感测装置，特别是一种浴室跌倒感测装置。

【背景技术】

根据统计数据，跌倒是造成老人事故伤害死亡的第二大原因，仅次于交通事故。跌倒所引起的身体伤害，重则骨折或头部外伤，增加罹病率和死亡率。而跌倒最常发生的地点就是熟悉的家中客厅、卧室及浴室。为增加人员救援率与节省医护成本，有必要在重大事故发生时能予以检测，或在紧急时刻则可以求救。

一种现有的跌倒检测器是以穿戴式加速度计为的。然而，就佩戴习惯而言，一般人在浴室洗澡时会退下穿戴式跌倒检测器，因此目前发展出另一种非接触式浴室跌倒检测器。一种现有的非接触式浴室跌倒检测器是以IP摄影机或近红外线摄影机感测用户在浴室内的活动，然而，IP摄影机或近红外线摄影机有个人隐私的疑虑，且IP摄影机的影像亦有被黑客撷取的疑虑，因此上述非接触式浴室跌倒检测器无法普遍推广。另一种非接触式浴室跌倒检测器是以焦电式传感器来感测用户的移动。然而，焦电式传感器是属于移动式传感器，亦即用户未移动的情况下则无输出信号，因此，焦电式传感器如未能在跌倒瞬间进行判断，则失去警示效果。此外，焦电式传感器若无法分辨用户移动或跌倒则导致较高的误报率，且焦电式传感器的再触发延迟也影响到感测的反应时间。

有鉴于此，提供一种非接触式的浴室跌倒感测装置且能够实时检测并准确判断用户跌倒便是目前极需努力的目标。

【发明内容】

本发明提供一种浴室跌倒感测装置，其是以热电堆数组传感器感测用户所辐射的红外线，并形成相对应的热影像。由于热电堆数组传感器所形成的热影像分辨率较低，因此不会有个人隐私的疑虑。此外，热电堆数组传感器是实时感测用户所辐射的红外线进行判断，因此能分辨用户移动或跌倒，进而降低误报率。

本发明一实施例的浴室跌倒感测装置包含一热电堆数组传感器以及一信号处理器。热电堆数组传感器感测一浴室内的一用户所辐射的红外线，并输出相对应的一第一感测信号。信号处理器与热电堆数组传感器电性连接，用以接收热电堆数组传感器所输出的第一感测信号，以形成M×N个像素的一热影像，其中信号处理器依据热影像识别用户跌倒时，输出一警示信号。

以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】

图1为一示意图，显示本发明一实施例的浴室跌倒感测装置于浴室内的配置。

图2为一示意图，显示本发明一实施例的浴室跌倒感测装置。

图3为一流程图，显示本发明一实施例的浴室跌倒感测装置的运作步骤。

图4至图6为一示意图，显示本发明一实施例的浴室跌倒感测装置所形成的一热影像。

图7为一示意图，显示本发明另一实施例的浴室跌倒感测装置。

【符号说明】

1 浴室

10 浴室跌倒感测装置

101 热电堆数组传感器

101a 热电堆数组感测芯片

101b 透镜

101c 热敏电阻

102 信号处理器

102a 信号放大器

102b 微控制器

102c 非挥发性内存

102d 通信接口

11 无线通信模块

12 近接传感器

20 用户

20a 高温像素

30 莲蓬头

40 网关

50a、50b 移动上网装置

60 服务器

70 因特网

HI 热影像

HIa 上部影像

HIb 下部影像

S31～S36 步骤

PSS 像素选择信号

SS1 第一感测信号

SS2 第二感测信号

WS 警示信号

【具体实施方式】

以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表组件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

请参照图1，本发明的一实施例的浴室跌倒感测装置10是设置于一浴室1中，借由感测浴室1内的一用户20所辐射的红外线形成的热影像，并依据热影像来判断用户20是否跌倒。一般而言，浴室跌倒感测装置10的感测范围可以涵盖浴室内的活动范围越大越好。请参照图2，本发明的一实施例的浴室跌倒感测装置10包含一热电堆数组传感器101以及一信号处理器102。热电堆数组传感器101用以感测浴室1内的用户20所辐射的红外线，并输出相对应的一第一感测信号SS1。

于一实施例中，热电堆数组传感器101包含一热电堆数组感测芯片101a以及一透镜101b。热电堆数组感测芯片101a可感测用户20所辐射的红外线，并输出相对应的一第一感测信号SS1。热电堆数组感测芯片101a的分辨率为M×N像素，可以理解的是，为了降低个人隐私的疑虑，M以及N至少其中之一小于或等于128。于一实施例中，M以及N至少其中之一小于或等于64或32。举例而言，热电堆数组感测芯片101a的分辨率可为8×8、16×16、32×32、64×64或128×128像素。或者M以及N可为相异，例如热电堆数组感测芯片101a的分辨率可为16×8、32×16、64×32或128×32像素。透镜101b设置于热电堆数组感测芯片101a的一感测面之前端，以定义热电堆数组感测芯片101a的一感测范围，亦即感测视角(例如60度)，如图1的虚线所示。于一较佳实施例中，热电堆数组传感器101更包含一热敏电阻101c。热敏电阻101c感测一环境温度并输出一第二感测信号SS2。热敏电阻101c可补偿热电堆数组感测芯片101a，以获得较为准确的感测结果。

信号处理器102与热电堆数组传感器101电性连接。信号处理器102接收热电堆数组传感器101所输出的第一感测信号SS1，以形成M×N个像素的一热影像。于一实施例中，热影像的分辨率等于热电堆数组感测芯片101a的分辨率，因此，热影像的M以及N等于前述的M以及N。于一实施例中，为了降低硬件需求或增加数据处理的速度，热影像的分辨率可小于热电堆数组感测芯片101a的分辨率。举例而言，热电堆数组感测芯片101a的分辨率为64×32像素，而热影像可为32×16像素。

接续上述说明，信号处理器102依据热影像判断用户20是否跌倒，若是，则输出一警示信号WS。如何判断用户20是否跌倒的方法容后说明。于一实施例中，信号处理器102包含一信号放大器102a、一微控制器102b、一非挥发性内存102c以及一通信接口102d。信号处理器102输出像素选择信号PSS至热电堆数组感测芯片101a，热电堆数组感测芯片101a则将所选定的感测像素的第一感测信号SS1输出至信号放大器102a，第一感测信号SS1经放大后输入微控制器102b。可以理解的是，热电堆数组感测芯片101a输出的信号相当低，因此，信号放大器102a可选择低抵补电压演算放大器，例如ST Micro TSZ121。微控制器102b内建的数字至模拟转换器将热电堆数组感测芯片101a所输出的第一感测信号SS1转换成数字信号。同样的，热敏电阻101c的电阻值亦经由微控制器102b内建的数字至模拟转换器转换，以得知环境温度。非挥发性内存102c可用来储存热电堆数组感测芯片101a以及热敏电阻101c的校正参数，以用来计算所量测的用户20的体温，及/或程序以及警示设定值等。通信接口102d则用来将警示信号WS输出至一无线通信模块11，如图7所示。举例而言，通信接口102d可为集成电路总线(Inter-Integrated Circuit Bus，I²C)、通用异步接收发送器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)、序列周边界面(SerialPeripheral Interface，SPI)或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)，模拟电压式或是逻辑IO输出。可以理解的是，非挥发性内存102c以及通信接口102d可整合至微控制器102b内成为单一芯片，例如微控制器STM8L151G6U6。

请参照图3，以说明本发明的浴室跌倒感测装置的运作流程。首先，信号处理器102扫描热电堆数组传感器101的每一像素(S31)，以形成一热影像。为了提升判断的反应时间，于一实施例中，信号处理器102将热影像二值化处理(S32)。举例而言，信号处理器102可将热电堆数组传感器101的每一像素所感测的温度与一参考值比较，若大于此参考值时以1表示，如图4、图5以及图6所示的斜线区域，小于此参考值即以0表示，如此即可将热影像简化为0以及1来表示。为了简化说明，斜线区域的像素称为高温像素。

接着，判断是否有用户20进入浴室(S33)。若没有用户20进入浴室，则重复步骤S31至步骤S33，以持续检测是否有用户20进入浴室。于一实施例中，请参照图4，信号处理器102可从热影像HI中辨识出代表用户的高温像素20a，举例而言，群集的高温像素的数量大于或等于一预定值时，可判定群集的高温像素为用户，如此即可判断浴室中是否有用户。于一实施例中，信号处理器102亦可借由比对前后不同时间的热影像HI，并辨识代表用户的像素20a是否未横越热影像HI的边界来判断用户进入或离开浴室。可以理解的是，本发明的浴室跌倒感测装置的设置位置以及浴室动线(例如门口位置)等因素会影响代表用户的像素20a从热影像HI的左侧边界、右侧边界或下边界进入或移出热影像HI的范围。

若步骤S33判定浴室内有用户20，则判断浴室内的用户20是否跌倒(S34)。若否，重复步骤S31至步骤S34，以持续检测浴室内的用户20是否跌倒。请参照图5以及图6，其中图5显示用户为正常站立的状态，而图6则显示用户为跌倒的状态。于一实施例中，信号处理器102可将热影像HI分为上部影像HIa以及下部影像HIb，当在上部影像HIa中代表用户的像素20a的减少量大于或等于一第一设定值(例如减少50％或80％)，且像素20a并未横越热影像HI的边界，亦即用户未离开浴室时，信号处理器102即可判断用户跌倒。可以理解的是，本发明的浴室跌倒感测装置的设置位置的高度等于或小于用户的身高时，用户正常站立的状态所呈现的像素20a较能平均的占据热影像HI的上半部以及下半部。而当本发明的浴室跌倒感测装置的设置位置的高度大于用户的身高时，用户正常站立的状态所呈现的像素20a将偏向热影像HI的下半部。因此，如何划分上部影像以及下部影像的区域的大小会受到本发明的浴室跌倒感测装置的设置位置的影响。于一实施例中，上部影像HIa的区域大于或等于下部影像HIb的区域，但不限于此。

需注意的是，信号处理器102亦能够以其它方式判断用户是否跌倒。于一实施例中，信号处理器102可计算热影像中代表用户的像素20a的一水平宽度(如图5以及图6所示的X轴方向的像素数)以及一垂直高度(如图5以及图6所示的Y轴方向的像素数)，并借由像素20a的水平宽度以及垂直高度来判断用户的姿势。举例而言，当像素20a的水平宽度以及垂直高度的一比值大于或等于一第二设定值(例如大于等于1.5或2)时，信号处理器102即可判断用户跌倒。另需说明的是，为了避免浴室内的其它热源(例如莲蓬头流出的热水)被误判为用户，本发明的浴室跌倒感测装置10、用户20以及浴室内的其它热源不应在同一直在线。举例而言，请参照图1，用户20以及浴室内的其它热源(例如莲蓬头30)的联机与用户20与浴室跌倒感测装置10的联机间应呈一较大夹角。

请再参照图3，接续上述说明，当判断用户跌倒时，信号处理器102即可输出一警示信号WS(S36)。可以理解的是，像素20a的状态改变亦可能是单纯的用户姿势改变，因此，为了降低误报率，信号处理器102可在判断用户跌倒后启动一定时器，并判断是否计时结束(S35)。若计时尚未结束，则重复步骤S31至步骤S35，以持续检测用户20是否维持跌倒状态。若计时结束可确定用户跌倒，此时信号处理器102立即输出警示信号WS(S36)，并持续检测用户的姿势是否改变。

包含一热电堆数组传感器101以及一信号处理器102的浴室跌倒感测装置10的工作耗电量较大，且依据图3所示的运作流程，浴室没有用户时仍需持续检测浴室内是否有用户，如此导致耗电量进一步增加。为了降低耗电量，以适应在电池环境下工作，请参照图7，于一实施例中，本发明的浴室跌倒感测装置更包含一近接传感器12。近接传感器12可感测用户是否进入浴室，并在用户进入浴室时输出一启动信号，以启动热电堆数组传感器101开始工作。于一实施例中，近接传感器12可为一数字焦电式传感器。较佳者，近接传感器12可为低耗流形式的一数字焦电式传感器。举例而言，低耗流形式的数字焦电式传感器的静态耗电流介于1-6微安培。

请再参照图7，于一实施例中，本发明的浴室跌倒感测装置更包含一无线通信模块11，其与信号处理器102电性连接。信号处理器102可通过无线通信模块11传送警示信号WS至一外部电子装置，例如蜂鸣器、灯号或移动上网装置等警示装置。于一实施例中，本发明的浴室跌倒感测装置更包含一网关(gateway)40，其与无线通信模块11通信连接。

信号处理器102可通过无线通信模块11以及网关40传送警示信号WS至本地端的移动上网装置50a或链接因特网(Internet)70的远程移动上网装置50b或云端的服务器60等外部电子装置。举例而言，本发明的浴室跌倒感测装置将浴室内用户跌倒的警示信号WS传送至移动上网装置50a或50b时，浴室外的用户或远程的保全或医疗人员即可采取相对应的适当措施。于一实施例中，无线通信模块11可为无线局域网络模块(WLAN)、蓝牙通信模块、紫蜂通信模块(ZigBee)或频率为1Ghz以下的无线射频通信(RF)模块。

综合上述，本发明的浴室跌倒感测装置是以热电堆数组传感器感测用户所辐射的红外线，并形成相对应的热影像。由于热电堆数组传感器所形成的热影像分辨率较低，因此不会有个人隐私的疑虑。此外，有别于传统采用焦电式传感器，本发明采用热电堆数组传感器，其可实时感测用户所辐射的红外线进行判断，因此能清楚分辨用户的移动或跌倒，进而降低误报率。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (18)

1.一种浴室跌倒感测装置，其特征在于，包含：

一热电堆数组传感器，用以感测一浴室内的一用户所辐射的红外线，并输出相对应的一第一感测信号；以及

一信号处理器，电性连接于该热电堆数组传感器，接收该第一感测信号，以形成M×N个像素的一热影像，并依据该热影像识别该用户跌倒时，输出一警示信号。

2.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该热电堆数组传感器包含：

一热电堆数组感测芯片，其用以感测该用户所辐射的红外线，并输出相对应的该第一感测信号；以及

一透镜，其设置于该热电堆数组感测芯片的一感测面之前端，以定义该热电堆数组感测芯片的一感测范围。

3.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该热电堆数组传感器包含一热敏电阻，其用以感测一环境温度并输出一第二感测信号，其中该信号处理器依据该第一感测信号以及该第二感测信号计算得到该用户的一体温，并形成该热影像。

4.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该信号处理器包含：

一信号放大器，其与该热电堆数组传感器电性连接，以放大该第一感测信号；

一非挥发性内存，其储存该热电堆数组传感器的一校正参数；

一微控制器，其与该信号放大器以及该非挥发性内存电性连接，其中该微控制器依据该第一感测信号以及该校正参数计算得到该用户的一体温，并形成该热影像；以及

一通信接口，其与该微控制器电性连接，以传送该警示信号至外部。

5.如权利要求4所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该通信接口包含集成电路总线、通用异步接收发送器、序列周边接口或通用串行总线。

6.如权利要求4所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该微控制器、该非挥发性内存以及该通信接口整合为一单一芯片。

7.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，更包含：

一近接传感器，其用以感测该用户进入该浴室，并输出一启动信号，以启动该热电堆数组传感器。

8.如权利要求7所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该近接传感器包含一数字焦电式传感器。

9.如权利要求7所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该近接传感器包含低耗流形式的一数字焦电式传感器。

10.如权利要求7所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该近接传感器包含一数字焦电式传感器，其静态耗电流介于1-6微安培。

11.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，更包含：

一无线通信模块，其与该信号处理器电性连接，其中该信号处理器通过该无线通信模块传送该警示信号至一外部电子装置。

12.如权利要求11所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该无线通信模块包含一无线局域网络模块、蓝牙通信模块、紫蜂通信模块(ZigBee)或无线射频通信模块。

13.如权利要求11所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，更包含：

一网关(gateway)，其与该无线通信模块通信连接，以接收该警示信号，并传送该警示信号至一警示装置或一服务器。

14.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该信号处理器二值化处理该热影像。

15.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该信号处理器将该热影像分为上部影像以及下部影像，以及该信号处理器在该上部影像中该用户的一像素减少量大于或等于一第一设定值，且该用户的像素未横越该热影像的边界时输出该警示信号。

16.如权利要求15所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该上部影像的区域大于或等于该下部影像的区域。

17.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，该信号处理器计算该热影像中该用户的一水平宽度以及一垂直高度，且在该水平宽度以及该垂直高度的一比值大于或等于一第二设定值时输出该警示信号。

18.如权利要求1所述的浴室跌倒感测装置，其特征在于，M以及N至少其中之一小于或等于128。