TWI425935B - 具心跳量測功能的光學式觸控器、手持式電子裝置以及提高量測心跳準確率的方法 - Google Patents

Description

具心跳量測功能的光學式觸控器、手持式電子裝置以及提高量測心跳準確率的方法

本發明有關一種光學式觸控器，更明確地說，係指一種具心跳量測功能的光學式觸控器、具備光學式觸控器的手持式電子裝置以及相關的方法。

手持式電子裝置，如手機，已廣泛為民眾所使用。在市場的激烈競爭之下，各製造商無不致力於將手持式電子裝置之功能推陳出新。現今的手機大部分都具有觸控功能，以讓使用者可直接在螢幕上操作以進行如撥號的動作。也因為觸控功能的設置，衍生出了各式各樣的軟體，其中之一便是可以量測使用者的心跳/脈搏。然而受限於手機硬體的限制，所量測到的心跳的準確率相對來說是相當低的。若要較準確量測心跳，則需要如血氧計(pulse oximeter)之類的設備來進行量測，且價格高昂，又不像手機會常常攜帶在身邊可以隨時進行量測。因此，對於使用者來說，目前並沒有較佳的方案。

因此，本發明的實施例提供一種具心跳量測功能的光學式觸控器。該光學式觸控器包含一影像感測器，用來感測一指示物接觸光學觸控器時，反射一特定光線之反射光，以據以產生關於該指示物的影像的訊號；一特定頻率萃取器，用來根據複數個該指示物的影像訊號以取得一頻率訊號與一位移訊號，據此產生心跳資訊，其中特定頻率萃取器係根據該等影像訊號所代表的亮度變化部份，同時分離該等影像訊號中所代表的位移變化部份以獲得該頻率訊號，該頻率訊號代表位於一特定頻率區間的頻率，該位移訊號代表該指示物接觸該光學觸控器時於其上的位移資訊。

本發明的實施例另提供一種具心跳量測功能的手持式電子裝置。該手持式電子裝置包含一光學式觸控器，光學式觸控器包含一影像感測器與一特定頻率萃取器，影像感測器係用來感測一指示物接觸光學觸控器時，反射一特定光線之反射光，以據以產生關於該指示物的影像訊號，特定頻率萃取器，用來根據複數個該指示物的影像訊號以取得一頻率訊號與一位移訊號，據此產生心跳資訊，其中特定頻率萃取器係根據該等影像訊號所代表的亮度變化部份，同時分離該等影像訊號中所代表的位移變化部份以獲得該頻率訊號，該頻率訊號代表位於一特定頻率區間的頻率，該位移訊號代表該指示物接觸該光學觸控器時於其上的位移資訊。此外，手持式電子裝置另包含一顯示面板與一處理器，顯示面板係用來顯示一目標物，處理器係用來根據代表該指示物的動態向量的訊號，控制該目標物在該顯示面板中的位置。

本發明的實施例另提供一種提高量測心跳準確率的方法。該方法包含感測一指示物接觸光學觸控器時反射一特定光線之反射光，以產生關於該指示物的影像訊號；以及根據複數個該指示物的影像訊號以取得一頻率訊號與一位移訊號，據此產生心跳資訊，其中特定頻率萃取器係根據該等影像訊號所代表的亮度變化部份，同時分離該等影像訊號中所代表的位移變化部份以獲得該頻率訊號，該頻率訊號代表位於一特定頻率區間的頻率，該位移訊號代表該指示物接觸該光學觸控器時於其上的位移資訊。

第1圖說明本發明之具心跳量測功能的手持式電子裝置100的簡略示意圖，其主要用來使讀者了解本發明的手持式電子裝置100在使用者使用時的情況，而與本發明較無關的手機元件將予以忽略(如鍵盤、揚聲器...等)。手持式電子裝置100包含一顯示面板110以及一光學式觸控器120。顯示面板110上面顯示一目標物C(如游標)。當使用者欲移動游標C時，使用者可將手指F(指示物)置於光學式觸控器120上面並予以移動，光學式觸控器120在感測使用者手指F的移動時，游標C亦會跟著移動。此外，手持式電子裝置100可使用間接觸控，也就是說，當手指F在光學式觸控器120上移動X時，游標C會移動f(X)，其中f(X)為X的函數且基本上會大於X。這樣光學式觸控器120的面積，便不需要與顯示面板110一樣大，而能節省成本。

第2圖說明本發明的具心跳量測功能的光學式觸控器120的示意圖。光學式觸控器120包含一濾光器210、一影像感測器220、一特定頻率萃取器250以及一光源280。

濾光器210用來過濾一特定波段的光線，如可見光範圍的波段。因此，影像感測器220所感測到的光線便集中於濾光器210所未濾除的波段，如不可見光的波段(紅外光)。而光源280便根據此一特性，發射不可見光，經過手指F的反射，穿透濾光器210，來抵達影像感測器220，也就是說，濾光器210僅容許特定光線被影像感測器220所感測到。

特定頻率萃取器250係根據該等影像訊號所代表的亮度變化部份，同時分離該等影像訊號中所代表的位移變化部份以獲得該頻率訊號，該頻率訊號代表位於一特定頻率區間的頻率，該位移訊號代表該指示物接觸該光學觸控器時於其上的位移資訊，具體來說，特定頻率萃取器250用來接收影像感測器220所產生的感測影像IR，並根據連續數個感測影像IR的變化，來判斷手指F的移動軌跡(亦即移動方向與移動距離)，而產生/取得一位移訊號(意即為指示物接觸光學觸控器120時於其上的位移資訊)。舉例來說，手指F會被影像感測器220感測出一特定圖案(如指紋)。在時刻T1時，該特定圖案在感測影像IR中的位置為(X1,Y1)；在時刻T2時，該特定圖案在感測影像IR中的位置為(X2,Y2)。則特定頻率萃取器250便可比較這兩個感測影像以得到位移資訊為(X1-X2,Y1-Y2)。

之後，特定頻率萃取器250依據影像感測器220所產生的感測影像IR，在一取樣時間內，根據所接受到的連續數個感測影像IR的亮度變化部分，同時分離多個感測影像IR中所代表的位移變化部分以獲得頻率訊號，其中該頻率訊號所代表的是位於特定頻率區間的頻率，而該特定頻率區間係對應於心跳頻率，其中以較佳的實施方式來說，該特定頻率區間可設計為小於250Hz，此外，等效上來說，特定頻率萃取器250亦可被視為用以利用多個感測影像IR所形成的動態向量(亦即位移資訊)來補償所得的特定光感測影像的訊號，以據以產生該頻率訊號，而產生心跳資訊SC7。實作上，在分離位移變化部分時，特定頻率萃取器250可根據獨立成份分析(independent component analysis,ICA)函數或盲源分離(blind source separation,BSS)技術來分離位移變化部分。

測量心跳的原理主要是透過在指尖的血液成份來進行。血液成份的多寡會影響到光的吸收量，而血液量會隨心跳造成的脈動所引起的血液流入流出血管而產生變化，例如血液的含氧量、含氧容量以及血液容量等，均會因心跳脈動而變化。因此在使用者之手指F置於影像感測器220之感測範圍時，影像感測器220所感測到的感測影像IR會由於手指F上的血液量而造成不同的亮度。如此，特定頻率萃取器250便可根據在取樣時間內亮度變化的次數，計算心跳以得出心跳資訊SC7。

另外，值得注意的是，特定頻率萃取器250亦會根據位移資訊，來計算心跳。若手指F有移動，則影像感測器220所感測到的感測影像IR同樣會有亮度上的變化。因此若單以感測影像IR的亮度變化來計算心跳，會因為手指F的移動而造成誤差。因此，本發明的特點即在於在計算心跳時，除了考慮感測影像IR的亮度變化外，同時亦會考慮到手指F移動所造成的影響。是以，特定頻率萃取器250會以位移資訊(亦即位移變化部分)所代表的動態向量，來補償感測影像IR由於手指F移動所造成的差異，進而能夠得到較正確的心跳資訊SC7。

然而，若手指F移動的程度太高，亦即動態向量過高時，有可能會造成根本無法量測心跳的狀態，如手指F已經離開影像感測器210所能感測的範圍。因此，在本發明中，可設定一臨界值。當動態向量(亦即位移變化部分)超過該臨界值時，則可判斷所測得的心跳資訊SC7為無效，或者停止繼續計算心跳，又或者通知使用者需將手指F移至適當位置以使心跳計算器250能夠重新進行心跳量測。

此外，本發明的手持式電子裝置100另包含一處理器130。處理器130接收上述的動態向量，並套入一預定的演算法，產生控制訊號SC6，以移動顯示面板110上的游標C。舉例來說，當手指F在觸控器120上左移X時，處理器130可以控制游標C同樣地左移X，或者左移2X，端看其演算法的設計。

根據上面的論述，本發明可以區分為兩種操作模式：正常模式與心跳偵測模式。在正常模式下，特定頻率萃取器250可以停止運作，而使用者可任意地移動手指F以移動顯示面板110上之游標。在心跳偵測模式下，特定頻率萃取器250開始運作，此時使用者不能隨意移動手指F，如果手指F移動的程度太大，處理器130會控制顯示面板110於其上顯示偵測失敗或者是需要重新偵測。藉由這樣的控制機制，可以讓最後量測得的心跳資訊，具有較高的準確度。

另外，在實際應用上，在影像感測器前端一般會設置鏡頭與光圈，但由於為非本發明重點且為本領域具有通常知識者所熟知，故不贅述。然若要提升影像感測器的感測品質，可以加強光源的強度或者是將光圈調大，皆會有提升感測品質的效果。

綜上所述，本發明的光學式觸控器，除了可以提供使用者觸控功能外，亦能夠提供心跳偵測的功能。另外，再藉由偵測使用者手指的位移變化部分(亦即動態向量)，來修正心跳偵測時所使用的感測影像，如此以提高測得心跳的準確度。而利用本發明的光學式觸控器的手持式電子裝置，使用者便能夠時時檢查心跳，提供給使用者更大的便利性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100．．．手持式電子裝置

110．．．顯示面板

120．．．光學式觸控器

210．．．濾光器

220．．．影像感測器

250．．．特定頻率萃取器

280．．．光源

130．．．處理器

C．．．游標

F．．．手指

X．．．距離

SC6、SC7．．．訊號

IR．．．感測影像

第1圖說明本發明之具心跳量測功能的手持式電子裝置的簡略示意圖。

第2圖說明本發明的具心跳量測功能的光學式觸控器的示意圖。

110．．．顯示面板

120．．．光學式觸控器

210．．．濾光器

220．．．影像感測器

250．．．特定頻率萃取器

280．．．光源

130．．．處理器

C．．．游標

F．．．手指

SC6、SC7．．．訊號

IR．．．感測影像

Claims (18)

1. 一種具心跳量測功能的光學式觸控器，包含：一影像感測器，用來感測一指示物接觸該光學式觸控器時，反射一特定光線之反射光，以據以產生關於該指示物的影像訊號；一特定頻率萃取器，用來根據複數個該指示物的影像訊號以取得一頻率訊號以及一位移訊號，據此產生一心跳資訊，其中該特定頻率萃取器係根據該等影像訊號所代表的亮度變化部份，同時分離該等影像訊號中所代表的位移變化部份以獲得該頻率訊號，該頻率訊號代表位於一特定頻率區間的頻率，該位移訊號代表該指示物接觸該光學式觸控器時，於其上的位移資訊。
2. 如請求項1所述的光學式觸控器，其中當該位移變化部份大於一預定值時，該特定頻率萃取器停止計算該頻率訊號。
3. 如請求項1所述的光學式觸控器，其中該特定頻率區間係對應心跳頻率，較佳者，該特定頻率區間係小於250Hz。
4. 如請求項1所述的光學式觸控器，其中該特定頻率萃取器以該等影像訊號所形成的一動態向量，補償所得的該特定光感測影像的訊號，以據以產生該頻率訊號。
5. 如請求項1所述的光學式觸控器，另包含一濾光器，以僅容許該特定光線被該影像感測器所感測。
6. 如請求項1所述的光學式觸控器，其中該特定頻率萃取器根據ICA函數來分離位移變化部份。
7. 如請求項1所述的光學式觸控器，其中該特定光線為不可見光。
8. 一種具心跳量測功能的手持式電子裝置，包含：一光學式觸控器，包含：一影像感測器，用來感測一指示物接觸該光學式觸控器時，反射一特定光線之反射光，以據以產生關於該指示物的影像訊號；以及一特定頻率萃取器，用來根據複數個該指示物的影像訊號以取得一頻率訊號以及一位移訊號，據此產生一心跳資訊，其中該特定頻率萃取器係根據該等影像訊號所代表的亮度變化部份，同時分離該等影像訊號中所代表的位移變化部份以獲得該頻率訊號，該頻率訊號代表位於一特定頻率區間的頻率，該位移訊號代表該指示物接觸該光學式觸控器時，於其上的位移資訊；一顯示面板，用來顯示一目標物；以及一處理器，用來根據代表該指示物之該位移變化部分的該位移訊號，控制該目標物在該顯示面板中的位置。
9. 如請求項8所述的手持式電子裝置，其中當該位移變化部份大於一預定值時，該特定頻率萃取器停止計算該頻率訊號。
10. 如請求項8所述的手持式電子裝置，其中該特定頻率區間係對應心跳頻率，較佳者，該特定頻率區間係小於250Hz。
11. 如請求項8所述的手持式電子裝置，其中該特定頻率萃取器以該等影像訊號所形成的一動態向量，補償所得的該特定光感測影像的訊號，以據以產生該頻率訊號。
12. 如請求項8所述的手持式電子裝置，另包含一濾光器，以僅容許該特定光線被該影像感測器所感測。
13. 如請求項8所述的手持式電子裝置，其中該特定頻率萃取器根據ICA函數來分離位移變化部份。
14. 如請求項8所述的手持式電子裝置，其中該特定光線為不可見光。
15. 一種提高量測心跳準確率的方法，包含：感測一指示物接觸該光學式觸控器時，反射一特定光線之反射光，以據以產生關於該指示物的影像訊號；以及根據複數個該指示物的影像訊號以取得一頻率訊號以及一位移訊號，據此產生一心跳資訊；其中取得該頻率訊號的步驟係根據該等影像訊號所代表的亮度變化部份，同時分離該等影像訊號中所代表的位移變化部份以獲得該頻率訊號；以及，該頻率訊號代表位於一特定頻率區間的頻率，該位移訊號代表該指示物接觸該光學式觸控器時，於其上的位移資訊。
16. 如請求項15所述之方法，另包含：當該位移變化部份大於一預定值時，停止計算該頻率訊號。
17. 如請求項15所述之方法，其中該特定頻率區間係對應心跳頻率，較佳者，該特定頻率區間係小於250Hz。
18. 如請求項15所述的方法，其中產生該頻率訊號的步驟包含有：以該等影像訊號所形成的一動態向量，補償所得的該特定光感測影像的訊號，以據以產生該頻率訊號。