CN111789583B - 光感测方法、生理参数计算方法以及光感测系统 - Google Patents

光感测方法、生理参数计算方法以及光感测系统 Download PDF

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Abstract

本发明是公开一种光感测方法、生理参数计算方法以及光感测系统，运用在一光感测系统上，该光感测系统包含一第一光感测器以及至少一光源，该第一光感测器包含复数个光感测单元，该光感测方法包含：使第一光感测器根据至少一光源撷取影像；根据每一该光感测单元所侦测到的光的亮度产生一曝光条件，使得所有该光感测单元依据该曝光条件可产生一目标亮度分布；以及根据该曝光条件来使该些光感测单元感测该光源发出的光。藉由各别调整每一个光感测单元的曝光条件，可使得光感测系统具有较佳的讯号噪声比。此光感测方法可运用在测量生理参数上。

Description

光感测方法、生理参数计算方法以及光感测系统
本申请是基于“2017年2月7日申请的、申请号为201710066825.7、名称为光感测方法、生理参数计算方法以及光感测系统”的中国专利申请所进行的分案，并将其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明有关于光感测方法、生理参数计算方法以及光感测系统，特别有关于可提升讯号噪声比(SNR,Signal to Noise Ratio)或降低电能消耗的光感测方法、生理参数计算方法以及光感测系统。
背景技术
现代人越来越重视身体的健康，因此可测量心跳的穿戴式装置也越来越普及。传统的心跳测量方法是以光源将光射入人体的一部份(例如手指或手腕)后，再以光感测器测量自人体反射的光，即可得知心跳。其原理在于心脏收缩和舒张时，血管中的血液量会相对的不一样，光被吸收的程度也会不一样，因此测量光的反射程度之变化即可得知心跳数。
然而，光感测器上的复数个光感测单元和光源的距离有所不同，因此同一个光源会对同一个光感测器造成不同的光响应，如此会降低光感测讯号的讯号噪声比，使得心跳测量不精确。
发明内容
因此，本发明之一目的为提供一种光感测方法以及光感测系统，其可使光感测器在感测光时有较高的讯号噪声比。
本发明另一目的为提供一种生理参数计算方法，其可较精确的计算生理参数。
本发明另一实施例揭露了一种光感测方法，运用在一光感测系统上，此光感测系统包含一第一光感测器以及至少一光源，此第一光感测器包含复数个光感测单元。此光感测方法包含：使该第一光感测器根据该至少一光源撷取影像；根据每一该光感测单元所侦测到的光的亮度产生一曝光条件，使得所有该光感测单元依据该曝光条件可产生一目标亮度分布；以及根据该曝光条件来使该些光感测单元感测该光源发出的光。
本发明另一实施例揭露了一种生理参数计算方法，运用在一生理参数计算系统上，此生理参数计算系统包一光感测系统，此光感测系统包含复数个光感测单元以及至少一光源。此生理参数计算方法包含：(a)使一光感测器根据至少一光源撷取影像；(b)根据每一该光感测单元所侦测到的光的亮度产生一曝光条件，使得所有该光感测单元依据该曝光条件可产生一目标亮度分布；(c)根据该曝光条件来使该些光感测单元感测该光源发出的光；以及(d)根据该些光感测单元于该步骤(b)中感测的该光计算一使用者的生理参数。
本发明另一实施例提供了一种光感测系统，其包含：复数个光感测单元；至少一光源；以及一处理单元。处理单元用以执行下列步骤；(a)根据每一个光感测单元与光源的距离，分别控制光感测单元的曝光条件；以及(b)根据曝光条件来使光感测单元感测光源发出的光。
本发明另一实施例揭露了一种光感测系统，包含：复数个光感测单元；至少一光源；以及一处理单元，用以根据每一该光感测单元所侦测到该光源的光的亮度产生一曝光条件，使得所有该光感测单元依据该曝光条件可产生一目标亮度分布。这些光感测单元会根据该曝光条件感测该光源发出的光。
根据前述实施例，可各别的调整光感测单元的曝光条件来使得光源对光感测器有适当的光响应，进而提高讯号噪声比，亦使得生理参数的测量更为精确。此外，本发明更可让光源运作于一省电模式，进而减少电能的消耗。
附图说明
图1绘示了根据本发明一实施例的光感测系统的示意图。
图2绘示了根据本发明一实施例的光感测系统的较详细示意图。
图3绘示了根据本发明一实施例的，控制光感测单元感光时间的示意图。
图4绘示了光感测系统运作于一省电模式的示意图。
图5绘示了根据本发明一实施例的，控制光感测单元感光时间的示意图。
图6绘示了根据本发明另一实施例的光感测系统的示意图。
附图标号说明：
100 穿戴式装置
101 光感测系统
103 处理单元
L1、L2 光源
LS1、LS2 光感测器
P1,P2 光感测单元
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下将以多个实施例来说明本发明的内容。然请留意，以下实施例所述的各元件均可以硬件(例如电路)或是软件加硬件的组合(例如于微处理器中写入程序)来实现。此外，各实施例的元件名称，数量或是位置关系均只用于举例说明，并非用以限定本发明的范围。
图1绘示了根据本发明一实施例的光感测系统的示意图。如图1所示，穿戴式装置100包含了一光感测系统101，其包含了一光感测器LS1，至少一个光源(此例中为一个光源L1，但不限定)以及一处理单元103。于一实施例中，光感测器LS1为一感光二极管阵列，而光源L1可以为发光二极管或雷射光源，较佳可发射单一波长光线，用以增加光感测器LSI的感测效率，例如使用红外光光源或使用绿光光源。
光感测器LS1包含复数个光感测单元(例如感光二极管，未绘示于此)。处理单元103会根据每一个光感测单元与光源L1的距离，分别控制每一个光感测单元的曝光条件，并根据此曝光条件来使光感测单元感测光源发出的光。曝光条件包括光感测单元的感光时间、光感测单元的感光频率或读取讯号增益值。此处的读取讯号增益值是指读出光感测单元的光感测讯号后，对光感测讯号进行增益的增益值。当光感测单元与光源L1的距离较远，若欲维持一样的光响应，则需要更强的曝光条件，例如增加感光时间、感光频率或增加增益值。
于一实施例中，是根据光源和光感测单元的距离计算出曝光条件，将计算出的曝光条件预先输入至暂存器105，光感测器LS1每次撷取影像前会先读取暂存器105来确认曝光条件。一实施例中，暂存器105可预先储存一组曝光条件，此曝光条件可为非根据光源和光感测单元的距离计算出的曝光条件，然后再以根据光源和光感测单元的距离计算出的曝光条件来更新。
于一实施例中，光感测系统101可运作于一校正模式。于此校正模式中，光感测器LS1根据光源L1发出的光撷取影像后，处理单元103会根据每个光感测单元所侦测到光亮度调整曝光条件，使得所有光感测单元依所调整后的曝光条件可产生一目标亮度分布。此目标亮度分布可为各种亮度分布，举例来说，可以是均匀亮度分布(亦即相邻光感测单元的亮度差异或所有光感测单元的最亮/最暗亮度差异在一门槛值之内)。新的曝光条件在计算出后，会被更新到暂存器105中。
图2绘示了根据本发明一实施例的光感测系统的较详细示意图。如图2所示，光感测器LS1包含光感测单元P1、P2，其他光感测单元则未予绘示或标示。每一个光感测单元的宽度均为X，其中心点的距离亦为X。于一实施例中，X为0.5mm。在此结构下，光感测单元P1、P2与光源L1会有X的距离差异，来自光源L1的光会使光感测单元P1、P2所感测的光强度不同。因此，即使光感测单元P1、P2的曝光条件相同，在同样的时间周期内会从光源L1接收到不同的光量，也就是光源L1对光感测单元P1、P2造成不同的光响应。因而，若要使光源L1对光感测单元P1、P2造成的光响应相同，光感测单元P1、P2的曝光条件须有所不同。
图3绘示了根据本发明一实施例的，控制光感测单元感光时间的示意图。如图3所示，在此实施例中，光感测单元P1离光源L1较近，所感测到的光较强，因此会具有较高的感光频率，但每一次曝光时有较短的感光时间T1。相反的，光感测单元P2离光源L1较远，所感测到的光较弱，因此会具有较低的感光频率，但每一次曝光时有较长的感光时间T2。亦即，感光频率与光感测单元和光源的距离成反比，而感光时间与光感测单元和光源的距离成正比。然请留意，可调整光感测单元的感光时间和感光频率两种参数，或仅调整其中一种参数。如此可让每一个光感测单元P1、P2于一预定时间周期内接收到光源L1所发出的光的光量为一预定光量(亦即光源L1对光感测单元P1、P2有相同的光响应)。
上述实施例是让每一个光感测单元P1、P2于一预定时间周期内接收到光源L1所发出的光的光量为一预定光量，亦即光感测系统运作于一均匀模式。然而，光感测系统亦可运作于一不均匀模式。在另一实施例中，是藉由控制曝光条件使得不同的光感测单元于一预定时间周期内接收到光源L1所发出的光的光量为不同的光量。亦即，光感测单元P1、P2的曝光条件使得光感测单元P1于一预定时间周期内接收到光源L1所发出光的光量为一第一预定光量，且使得光感测单元P2于预定时间周期内接收到光源L1所发出光的光量为一第二预定光量。此第一预定光量和第二预定光量不同。易而言之，光源L1对不同光感测单元造成预定但不同的光响应。
本发明另提供了一种省电的方法，其使光感测系统可运作于一省电模式。图4绘示了光感测系统运作于一省电模式的示意图。如图4所示，光源于一发光时间区间LT连续的发光数次，然后在接续发光时间区间LT的一静止时间区间ST内不发光，然后在接续静止时间区间ST的下一个发光时间区间LT连续的发光数次。发光时间区间LT，静止时间区间ST的长短，以及发光时间区间LT内的发光次数可随实际需求而设定。习知技术均是使光源连续不断的发光，光源在每次发光时均须启动，然后发光完后会进入非启动状态，下次发光时须再启动一次，因此习知技术的发光方式会消耗相当多的电能。而图4的发光方法可降低光源启动的次数，因此可降低电能的消耗。
前述实施例均是以单一光源来做说明，但前述的光感测方法亦可运用在复数个光源的状态。图5绘示了根据本发明一实施例的，控制光感测单元感光时间的示意图。如图5所示，光感测器LS1包含光感测单元P1、P2，且光感测系统包含了复数个光源L1、L2。在一实施例中，光感测系统运作于一均匀模式，光感测单元P1、P2的曝光条件使得每一个光感测单元于一预定时间周期内接收到光源L1所发出的光的光量为一预定光量，且使得每一个光感测单元于预定时间周期内接收到该光源L2所发出的光的光量亦为相同的预定光量。亦即，光感测单元P1、P2的曝光条件使得光源L1、L2对光感测单元P1、P2的曝光条件造成的光响应是相同的。
在另一实施例中，光感测系统运作于一不均匀模式。此实施例中，光感测单元P1、P2的曝光条件使得每一个光感测单元于一预定时间周期内接收到光源L1所发出的光的光量为一第一预定光量，且使得每一个光感测单元于预定时间周期内接收到该光源L2所发出的光的光量为一第二预定光量。亦即，光感测单元P1、P2的曝光条件使得光源L1、L2对光感测单元P1、P2的曝光条件造成的光响应是不同的。
前述的均匀模式可让光源对不同的光感测单元有相同的光响应，进而提高讯号噪声比。而不均匀模式可让光感测系统在不同状态下均可有较佳的讯号噪声比。以图5所述的实施例为例，当光感测系统位于户外时，环境光较强，因此以光源L1发出较强的光，并如前所述调整个别光感测单元的曝光条件，使得光源L1对光感测器LS1造成适当的光响应。而当光感测系统位于室内时，环境光较弱，因此以光源L2发出较弱的光，并如前所述调整个别光感测单元的曝光条件使得光源L2对光感测器LS1造成适当的光响应。
综上所述，不均匀模式使得本发明所提供的光感测系统可适用于不同的环境。而且，不均匀模式可确保至少有一个光源对光感测器造成的光响应是适当的。如此更增加了本发明所提供的光感测系统之可运用范围。
前述实施例均以单一个光感测器来说明，但本发明所提供的光感测系统可同时包含多个光感测器以及多个光源。图6绘示了根据本发明另一实施例的光感测系统的示意图。图6相较于图1更包含一光感测器LS2以及一光源L2。于此实施例中，不同光感测器分别在不同的时间点感测不同的光源。详细言之，光感测器LS1感测光源L1、光感测器LS感测光源L2、光感测器LS2感测光源L1、光感测器LS2感测光源L2这些动作分别在不同的时间点分别进行。如此可以避免光感测的动作产生混淆。
根据前述实施例，可得到一光感测方法，其包含下列步骤：一种光感测方法，运用在一光感测系统上，此光感测系统包含一第一光感测器(例如图1的LS1)以及至少一光源(例如图1的L1)，此第一光感测器包含复数个光感测单元(例如图2的P1、P2)。此光感测方法包含：(a)根据每一个光感测单元与光源的距离，分别控制光感测单元的曝光条件；以及(b)根据曝光条件来使光感测单元感测光源发出的光。
前述的光感测方法可运用在心跳的计算，且亦可运用在计算其他的生理参数例如血氧浓度等。因此，根据前述的光感测方法可得到一生理参数计算方法，其除了包含前述的步骤(a)和步骤(b)之外，更可包含步骤(c)：根据光感测单元于步骤(b)中感测的光计算一使用者的生理参数。当包含本发明所提供的装置(例如图1中所示的穿戴式装置100)施行了此生理参数计算方法时，此装置可视为一生理参数计算系统。而步骤(c)可由如图1所示的处理单元103来施行。
根据前述实施例，可各别的调整光感测单元的曝光条件来使得光源对光感测器有适当的光响应，进而提高讯号噪声比，亦使得生理参数的测量更为精确。此外，本发明更可让光源运作于一省电模式，进而减少电能的消耗。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (10)

1.一种光感测方法，其特征在于，运用在一光感测系统上，该光感测系统运作于一不均匀模式，该光感测系统包含一第一光感测器以及第一光源和第二光源，该第一光感测器包含第一光感测单元和第二光感测单元，该光感测方法包含：
使该第一光感测器根据至少该第一光源或该第二光源撷取影像；
根据每一该光感测单元所侦测到的光的亮度产生一曝光条件，使得所有该光感测单元依据该曝光条件可产生一目标亮度分布；以及
曝光条件使得每一个光感测单元于一预定时间周期内接收到第一光源所发出的光的光量为一第一预定光量，且使得每一个光感测单元于预定时间周期内接收到该第二光源所发出的光的光量为一第二预定光量，该不均匀模式中该第一光感测单元和该第二光感测单元分别与该第一光源之间设有不同距离，该第一光感测单元和该第二光感测单元分别与该第二光源之间亦设有不同距离，以使该第一光源和该第二光源对该第一光感测单元和该第二光感测单元的该曝光条件造成不同的光响应，通过调整该第一光源和该第二光源来分别对每一该光感测单元的该曝光条件进行调整。
2.如权利要求1所述的光感测方法，其特征在于，其中该曝光条件包含该光感测单元的感光时间或感光频率。
3.如权利要求1所述的光感测方法，其特征在于，其中该曝光条件包含读取讯号增益值，其中该读取讯号增益值是指读出该光感测单元的光感测讯号后，对光感测讯号进行增益的增益值。
4.如权利要求1所述的光感测方法，其特征在于，该一目标亮度分布为均匀亮度分布，其中该均匀亮度分布是指相邻光感测单元的亮度差异或所有光感测单元的最亮/最暗亮度差异在一门槛值之内。
5.如权利要求1-4任一项所述的光感测方法，其特征在于，该光源于一发光时间区间连续的发光数次，然后在接续该发光时间区间的一静止时间区间内不发光，然后在接续该静止时间区间的下一个发光时间区间连续的发光数次。
6.一种生理参数计算方法，其特征在于，运用在一生理参数计算系统上，该生理参数计算系统包一光感测系统，该光感测系统运作于一不均匀模式，该光感测系统包含第一光感测单元和第二光感测单元以及第一光源和第二光源，该生理参数计算方法包含：
步骤(a)使一光感测器根据至少该第一光源或该第二光源撷取影像；
步骤(b)根据每一该光感测单元所侦测到的光的亮度产生一曝光条件，使得所有该光感测单元依据该曝光条件可产生一目标亮度分布；
步骤(c)该曝光条件使得每一个光感测单元于一预定时间周期内接收到第一光源所发出的光的光量为一第一预定光量，且使得每一个光感测单元于预定时间周期内接收到该第二光源所发出的光的光量为一第二预定光量，该不均匀模式中该第一光感测单元和该第二光感测单元分别与该第一光源之间设有不同距离，该第一光感测单元和该第二光感测单元分别与该第二光源之间亦设有不同距离，以使该第一光源和该第二光源对该第一光感测单元和该第二光感测单元的该曝光条件造成不同的光响应，通过调整该第一光源和该第二光源来分别对每一该光感测单元的该曝光条件进行调整；以及
步骤(d)根据该第一光感测单元和该第二光感测单元于该步骤(b)中所侦测到的该光计算一使用者的生理参数。
7.如权利要求6所述的生理参数计算方法，其特征在于，其中该曝光条件包含感光时间或感光频率。
8.如权利要求6所述的生理参数计算方法，其特征在于，该一目标亮度分布为均匀亮度分布，其中该均匀亮度分布是指相邻光感测单元的亮度差异或所有光感测单元的最亮/最暗亮度差异在一门槛值之内。
9.一种光感测系统，其特征在于，该光感测系统运作于一不均匀模式，包含：
第一光感测单元和第二光感测单元；
第一光源和第二光源；以及
一处理单元，用以根据每一该光感测单元所侦测到的光的亮度产生一曝光条件，使得所有该光感测单元依据该曝光条件可产生一目标亮度分布；
该曝光条件使得每一个光感测单元于一预定时间周期内接收到第一光源所发出的光的光量为一第一预定光量，且使得每一个光感测单元于预定时间周期内接收到该第二光源所发出的光的光量为一第二预定光量，该不均匀模式中该第一光感测单元和该第二光感测单元分别与该第一光源之间设有不同距离，该第一光感测单元和该第二光感测单元分别与该第二光源之间亦设有不同距离，以使该第一光源和该第二光源对该第一光感测单元和该第二光感测单元的该曝光条件造成不同的光响应，通过调整该第一光源和该第二光源来分别对每一该光感测单元的该曝光条件进行调整。
10.如权利要求9所述的光感测系统，其特征在于，其中该曝光条件包含感光时间或感光频率。
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