TWI515717B - 顯示器亮度的自動控制裝置及其方法 - Google Patents

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Description

顯示器亮度的自動控制裝置及其方法
本發明是有關於一種顯示器亮度的控制裝置及其方法，且特別是有關於一種顯示器亮度的自動控制裝置及其方法。
電腦之使用與操作在現今數位化的年代已成為一項不可避免的工作，隨著全球性競爭之激烈造成電腦使用時間日趨加重，電腦所造成之相關健康問題也愈趨困擾著現代人。眼睛為人的靈魂之窗，但長期專注於電腦之使用，忽略了眨眼次數或者不良空氣品質等都會影響眼球的正常潤滑效果，嚴重者甚至造成眼睛發炎或視網膜血管阻塞。眼球之健康與電腦使用之關係已成為不得不正視之問題。目前，有關病態大樓症候群與電腦終端機症候群的研究已經顯示二氧化碳濃度與長期使用電腦後之身體疲勞，都會造成眼睛乾澀與畏光等不適症狀。
因此，本發明提供一種顯示器亮度的自動控制裝置及其方法。在此結合人體疲勞指數與眼睛乾澀之環境因數做為指標依據，藉以動態調整顯示器之亮度，以達到最適合使用者目前生理狀況之亮度，來主動改善不當之電腦操作行為所造成之眼睛傷害。上述之人體疲勞指數採用由分析心跳變異率(Heart rate variability；HRV)所得之指標，而眼睛乾澀之環境因數採用環境二氧化碳(CO2)濃度為指標。
上述之顯示器亮度的自動控制裝置包括一顯示器、一二氧化碳感測器、一心電圖測量電極與一計算裝置。上述之二氧化碳感測器用以偵測環境中二氧化碳的濃度，上述之心電圖測量電極用以測量一使用者之心電圖。上述之計算裝置用以接收該二氧化碳的濃度與該心電圖，藉以計算二氧化碳濃度的權值A與心跳變異率的權值B，並藉以計算顯示器亮度調整指標值Z與調整後的顯示器亮度Dadj來調整該顯示器的亮度。
上述之顯示器亮度的自動控制方法包括下述各步驟。
首先，先計算二氧化碳的權值A，計算方法如下。測量紀錄環境中的二氧化碳濃度[CO2]，然後計算X值，該X值等於([CO2]-300)/100。接著，計算二氧化碳的權值A，當X小於等於0時，A等於0，當X大於0時，A等於X值的整數值再加1。
接著，計算心跳變異率(HRV)的權值B，計算方法如下。測量紀錄一使用者心電圖之RR區間的數值序列，然後對所得RR區間的數值序列進行頻譜分析，透過快速傅立葉轉換得到交感神經(低頻LF，0.04-0.15 Hz)與副交感神經(高頻HF，0.15-0.4 Hz)的振幅。然後計算交感神經(LF)與副交感神經(HF)的現在平衡指標值[(LF/HF)now]。接著，再計算加強平衡指標值Y，其等於[(LF/HF)now-(LF/HF)prev]2，其中(LF/HF)prev為前一平衡指標值。接下來，計算加強平衡指標值Y的閥值，其等於前30筆Y值的平均值，再據以計算心跳變異率的權值B。當加強平衡指標值Y大於Y的閥值時，B為1，當加強平衡指標值Y小於或等於Y的閥值時，B為0。
下一步為確定計算顯示器亮度調整指標值Z，其等於C1×A+C2×B，其中C1值為1至5，C2值為1至10，由該使用者自訂數值。
最後，計算調整後的顯示器亮度Dadj，並據以調整一顯示器的亮度。其中Dadj等於0.9975×Dnow×Z，Dnow為顯示器的當前亮度。
上述發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發 明所採用之技術手段與實施方面。
100‧‧‧筆記型電腦
110‧‧‧顯示器
120‧‧‧二氧化碳感測器
130‧‧‧觸控板
140‧‧‧心電圖測量電
為讓本發明之下述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖之說明如下：第1圖係繪示依據本發明一實施例之一種設有顯示器亮度自動控制裝置的筆記型電腦。
第2圖係繪示依據本發明一實施例之一種二氧化碳權值的計算方法流程圖。
第3圖係繪示依據本發明一實施例之一種心跳變異率權值的計算方法流程圖。
依據上述，提供一種人性化的顯示器亮度自動控制裝置及其方法。此顯示器亮度自動控制裝置及其方法能依據人體疲勞指數與眼睛乾澀之環境因數來動態調整銀幕之亮度，讓使用者的眼睛生理狀態較為舒服。在下面的敘述中，將會介紹上述之顯示器亮度自動控制裝置的例示結構與其例示之控制方法。為了容易瞭解所述實施例之故，下面將會提供不少技術細節。當然，並不是所有的實施例皆需要這些技術細節。同時，一些廣為人知之結構或元件，僅會以示意的方式在附圖中繪出，以適當地簡化附圖內容。
請參考第1圖，第1圖係繪示依據本發明一實 施例之一種設有顯示器亮度自動控制裝置的筆記型電腦。筆記型電腦100的顯示器110之上方安裝有二氧化碳感測器120，觸控板130的兩側各安裝有一個心電圖測量電極140。上述之二氧化碳感測器120，是用來偵測筆記型電腦100使用者周遭環境的二氧化碳濃度。上述之心電圖測量電極140，可以藉由測量由使用者手腕脈搏所得的心電圖，得到使用者生理狀態的疲勞程度指標。雖然第1圖是以筆記型電腦做為範例，但是上述之二氧化碳感測器120與心電圖測量電極140亦可以安裝在個人電腦、平板裝置、行動裝置、通訊裝置或其他具有顯示裝置的電子裝置上。此外，以個人電腦為例，二氧化碳感測器120可安裝在螢幕的上方，心電圖測量電極140可以安裝在鍵盤兩側，甚至不整合於筆記型電腦100中而透過有線或無線傳輸將所得的心電圖傳送至筆記型電腦10。
請參考第2圖，第2圖係繪示依據本發明一實施例之一種二氧化碳權值的計算方法流程圖。在步驟210中，先由二氧化碳感測器120測量環境中二氧化碳的濃度(單位為ppm)。由於當二氧化碳濃度達到2000 ppm時，人待在此環境中1-2小時，即有死亡的危險，所以在此步驟中，限制測得之二氧化碳濃度最大值為2000 ppm。
在步驟220中，讓所得二氧化碳濃度扣掉戶外環境的二氧化碳濃度(300 ppm)，再除以100得到X值。
在步驟230中，計算二氧化碳的權值A。當X小於0時，A等於0。當X大於等於0時，A等於X值的 整數值再加1。所以A的數值範圍將落在0至18的整數。
請考第3圖，第3圖係繪示依據本發明一實施例之一種心跳變異率權值的計算方法流程圖。由於心跳變異率是指心電圖中連續心跳間期中R波間期的微小差異，而且心率是由自主神經系統(包括交感神經與副交管神經)來直接調節。所以，心跳變異率可以由交感神經/副交感神經(LF/HF)的平衡指標來代表之。在此心跳變異率的計算方法，係參考黃文增等所著論文「疲勞度感知之行車守護神設計研究」(黃文增，譚旦旭，曾國剛，(2010).疲勞度感知之行車守護神設計研究.2010 International Conference on Advanced Information Technologies,(AIT2010),pp.206(ISBN：978-986-7043-30-6)中所揭露的方法，上述論文通過引用而構成本發明說明書的一部分。
在步驟310中，先由心電圖測量電極140測量使用者的心電圖，由心電圖的相鄰R波的波峰間隔時間得到RR區間(RR Interval)的數值序列。
在步驟320中，讓所得RR區間的數值序列進行頻譜分析，亦即進行快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transformation；FFT)，分別得到交感神經(低頻LF，0.04-0.15 Hz)與副交感神經(高頻HF，0.15-0.4 Hz)的振幅。
然後在步驟330中，計算LF振幅除以HF振幅的數值，得到交感神經/副交感神經的現在平衡指標值[(LF/HF)now]。
在步驟340中，計算交感神經與副交感神經的 加強平衡指標值Y。亦即，將現在的平衡指標值[(LF/HF)now]減掉前一個平衡指標值[(LF/HF)prev]後，再取平方值，即得加強平衡指標值Y。
在步驟350中，計算加強平衡指標值Y的閥值，計算方法為前30筆Y值的平均值。
接著，在步驟360中計算心跳變異率(HRV)的權值B。計算方法為當加強平衡指標值Y大於Y的閥值時，B為1。當加強平衡指標值Y小於或等於Y的閥值時，B為0。
然後，由下面的計算式(1)來得到顯示器亮度調整指標值Z。其中A與B即分別為上述之二氧化碳的權值與HRV的權值，而C1與C2為讓使用者可以依其個人生理對二氧化碳濃度變化的敏感度，以及生理疲勞對其之影響度來分別定義之常數。其中，C1值為1至5，C2值為1至10。
Z=C1×A+C2×B (1)
於是Z值例如可以透過心電圖測量電極140回饋至筆記型電腦100，讓其可以依據Z值來調整顯示器110的亮度。為了避免顯示器110的亮度在調整後過暗，反而造成讓使用者看不清楚的負面效果，因此較佳為使用時顯示器110當前亮度(Dnow)的75%為顯示器亮度的下限值。則可由下面的計算式(2)來計算調整後的顯示器亮度(Dadj)。
Dadj=Dnow-Dnow×(1-0.75)/100×Z=Dnow×[1-0.0025Z] (2)
於一具體實施例中，筆記型電腦100更包括計算裝置(未顯示)，例如處理器(CPU)，用以接收二氧化碳的濃度與心電圖，以計算二氧化碳濃度的權值A與心跳變異率的權值B，並藉以計算顯示器亮度調整指標值Z與調整後的顯示器亮度Dadj來調整該顯示器的亮度。
根據上述之人性化的顯示器亮度自動控制裝置及其方法，在顯示器的周邊安裝二氧化碳感測器與心電圖測量電極來分別偵測環境的二氧化碳濃度與使用者的心電圖，即可透過上述方法流程來依據環境的二氧化碳濃度與使用者的生理狀態來自動調控顯示器的亮度，並藉此減少使用者眼睛因長期注視顯示器而造成的種種生理不適。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧筆記型電腦
110‧‧‧顯示器
120‧‧‧二氧化碳感測器
130‧‧‧觸控板
140‧‧‧心電圖測量電極

Claims (9)

  1. 一種顯示器亮度的自動控制裝置，該顯示器亮度的自動控制裝置包括：一顯示器；一二氧化碳感測器，用以偵測環境中二氧化碳濃度[CO2]；一心電圖測量電極，用以測量一使用者之心電圖；以及一計算裝置，用以接收該二氧化碳濃度[CO2]與該心電圖，藉以計算二氧化碳的權值A與心跳變異率的權值B，並藉以計算顯示器亮度調整指標值Z與調整後的顯示器亮度Dadj來調整該顯示器的亮度，其中該顯示器亮度調整指標值Z等於C1×A+C2×B，且C1值為1至5，C2值為1至10。
  2. 如請求項1所述之顯示器亮度的自動控制裝置，其中該二氧化碳的權值A的計算方法包括計算X值，該X值等於([CO2]-300)/100，當該X值小於0時，該二氧化碳的權值A等於0，當該X值大於等於0時，該二氧化碳的權值A等於該X值的整數值再加1。
  3. 如請求項1所述之顯示器亮度的自動控制裝置，其中該心跳變異率的權值B的計算方法包括： 擷取該使用者心電圖之RR區間的數值序列；對所得RR區間的該數值序列進行頻譜分析，透過快速傅立葉轉換得到交感神經(低頻LF，0.04-0.15Hz)與副交感神經(高頻HF，0.15-0.4Hz)的振幅；計算交感神經(LF)與副交感神經(HF)的現在平衡指標值[(LF/HF)now]，其等於該交感神經之振幅除以該副交感神經之振幅的數值；計算加強平衡指標值Y，其等於[(LF/HF)now-(LF/HF)prev]2，其中該(LF/HF)prev為前一平衡指標值；計算該加強平衡指標值Y的閥值，其等於前30筆該加強平衡指標值Y的平均值；以及計算該心跳變異率(HRV)的權值B，當該加強平衡指標值Y大於該加強平衡指標值Y的閥值時，該心跳變異率的權值B為1，當該加強平衡指標值Y小於或等於該加強平衡指標值Y的閥值時，該心跳變異率的權值B為0。
  4. 如請求項1所述之顯示器亮度的自動控制裝置，其中該調整後的顯示器亮度Dadj等於Dnow×[1-0.0025Z]，其中Dnow為顯示器的當前亮度。
  5. 如請求項1所述之顯示器亮度的自動控制裝置，其中該計算裝置為一筆記型電腦、一平板裝置、一行動裝置或一通訊裝置。
  6. 一種顯示器亮度的自動控制方法，該顯示器亮度的自動控制方法包括：測量紀錄環境中的二氧化碳濃度[CO2]；測量紀錄一使用者的心電圖；接收該二氧化碳濃度[CO2]與該心電圖；計算該二氧化碳的權值A與該心跳變異率的權值B；以及藉由該二氧化碳的權值A與該心跳變異率的權值B，計算調整後的顯示器亮度Dadj來調整該顯示器的亮度。
  7. 如請求項6所述之顯示器亮度的自動控制方法，其中該二氧化碳權值A的計算方法包括：計算X值，該X值等於([CO2]-300)/100；以及計算該二氧化碳的權值A，當該X值小於0時，該二氧化碳的權值A等於0，當該X值大於等於0時，該二氧化碳的權值A等於X值的整數值再加1。
  8. 如請求項6所述之顯示器亮度的自動控制方法，其中計算心跳變異率的權值B之步驟包括：擷取該使用者心電圖之RR區間的數值序列；對所得RR區間的該數值序列進行頻譜分析，透過快速傅立葉轉換得到交感神經(低頻LF，0.04-0.15Hz)與副交感神經(高頻HF，0.15-0.4Hz)的振幅；計算交感神經(LF)與副交感神經(HF)的現在平衡指標 值[(LF/HF)now]，其等於該交感神經之振幅除以該副交感神經之振幅的數值；計算加強平衡指標值Y，其等於[(LF/HF)now-(LF/HF)prev]2，其中該(LF/HF)prev為前一平衡指標值；計算該加強平衡指標值Y的閥值，其等於前30筆該加強平衡指標值Y的平均值；以及計算該心跳變異率(HRV)的權值B，當該加強平衡指標值Y大於該加強平衡指標值Y的閥值時，該心跳變異率的權值B為1，當該加強平衡指標值Y小於或等於該加強平衡指標值Y的閥值時，該心跳變異率的權值B為0。
  9. 如請求項6所述之顯示器亮度的自動控制方法，其中計算調整後的顯示器亮度Dadj之步驟包括：令顯示器亮度調整指標值Z等於C1×A+C2×B，其中C1值為1至5，C2值為1至10；以及令Dadj等於Dnow×[1-0.0025Z]，其中Dnow為顯示器的當前亮度。
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