TWI743379B - 生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法及生理徵象訊號之信心度的評估方法 - Google Patents

生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法及生理徵象訊號之信心度的評估方法 Download PDF

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Abstract

一種生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法藉由影像擷取裝置擷取一影像，並以變化偵測模組判斷該影像中是否包含有生物體，而可改變生理徵象偵測系統之輻射方向使其指向生物體，以偵測該生物體的生理徵象訊號，最後再由計算模組計算該生理徵象訊號的特徵值及其信心度，而能雙重確認該影像中的生物體是否為具有生理徵象之生物。

Description

生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法及生理徵象訊號之信心度的評估方法
本發明是關於一種生理徵象偵測系統，特別是關於一種生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法及一種生理徵象訊號之信心度的評估方法。
隨著人們對於自身健康的重視，生理徵象偵測的需求逐漸升高，特別是非接觸式之生理徵象偵測系統之設置位置並無限制且偵測距離相較於接觸式之生理徵象偵測系統來的遠，已成為生理徵象偵測系統中的發展重點。
非接觸式生理偵測系統是藉由將無線訊號朝向人體的一部位發射，並接收由該部位反射之反射訊號，若該部位相對非接觸式生理徵象系統產生位移時，該部位之位移會對無線訊號產生都普勒效應，使得反射之反射訊號中含有該部位之位移造成的都普勒成份，因此，非接觸式生理偵測系統對反射訊號解調後即可得到人體該部位的位移資訊，若該部位之位移是由生理徵象造成，則該部位的位移資訊為人體之生理徵象訊號。
但由於非接觸式生理徵象系統容易受到其他位置之位移的干擾，例如環境中其他物體之位移或是人體其他部位之位移，更甚至是雜訊都可能會對無線訊號造成都普勒效應，使得其他物體或其他部位之位移的都普勒成份也被包含於反射訊號中，這將導致反射訊號中由人體之生理徵象造成之位移難以判斷或是將其他位移誤判為人體之生理徵象的問題發生。
本發明的主要目的在於藉由計算模組計算生理徵象訊號的特徵值，並將特徵值與參考值進行計算，而得到生理徵象訊號的信心度，以供使用者判斷所測得之位移資訊是否為生理徵象訊號。
本發明之一種生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法包含：一影像擷取裝置擷取一影像；一變化偵測模組判斷該影像是否有一生物體；改變一生理徵象偵測系統之一輻射方向，使該輻射方向指向該生物體；該生理徵象偵測系統偵測該生物體的一生理徵象訊號；一計算模組由該生理徵象偵測系統接收該生理徵象訊號，且該計算模組計算該生理徵象訊號之一特徵值；以及該計算模組根據該生理徵象訊號之該特徵值評估該生理徵象訊號之一信心度。
本發明之一種生理徵象偵測系統之信心度的評估方法包含：一生理徵象偵測系統偵測一生物體的一生理徵象訊號；一計算模組由該生理徵象偵測系統接收該生理徵象訊號，且該計算模組計算該生理徵象訊號之一特徵值；以及一該計算模組根據該生理徵象訊號之該特徵值評估該生理徵象訊號之一信心度。
本發明藉由該變化偵測模組判斷該影像中是否有該生物體外，還藉由該計算模組計算之該信心度確認該變化偵測模組所判定為該生物體是否為具有生理徵象之生物，而雙重驗證該影像中的該生物體，藉此可自動地測得該影像中之生物的生理徵象。
請參閱第1圖，其為本發明之一實施例，一種生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法10，其包含「擷取影像11」、「判斷影像是否有生物體12」、「改變生理徵象偵測系統的輻射方向13」、「偵測生物體的生理徵象訊號14」、「計算生理徵象訊號的特徵值15」及「評估生理徵象訊號的信心度16」。
請參閱第2圖，在本實施例中，應用於該生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法10的裝置包含有一影像擷取裝置100、一變化偵測模組200、一生理徵象偵測系統300及一計算模組400，其中該變化偵測模組200電性連接影像擷取裝置100，該生理徵象偵測系統300電性連接該變化偵測模組200，該計算模組400電性連接該變化偵測模組200及該生理徵象偵測系統300。
請參閱第1、2及3圖，於步驟11中以該影像擷取裝置100擷取一空間S中的一影像P，該影像擷取裝置100可選自為一光學攝影機、一紅外線攝影機、一雷達、一超音波影像儀或一熱影像攝影機。該影像擷取裝置100為該光學攝影機則可擷取動態之光學影像，該影像擷取裝置100為該紅外線攝影機則可擷取動態之紅外線影像，該影像擷取裝置100為該雷達則可擷取動態之雷達影像，該影像擷取裝置100為該超音波影像儀則可擷取動態之超音波影像，該影像擷取裝置100為該熱影像攝影機則可擷取動態之熱影像，以上所列之影像擷取裝置僅為較佳之實施例，本發明並不在此限。
請參閱第1、2及3圖，該影像擷取裝置100將擷取之該影像P傳送至該變化偵測模組200進行步驟12，該變化偵測模組200判斷該影像P中是否包含有一生物體O。其中，由於該影像P為隨時間改變之影像，因此，該變化偵測模組200可比較不同時間下之該影像P中的各個像素，即可得知該影像P中發生變化之像素的座標位置，而若該影像P發生變化之像素的座標位移量大於一設定值時，則該變化偵測模組200將變化大於該設定值之像素判定為該生物體O，該設定值的設定則視不同類型之該影像P的解析度而定，本發明不在此限。
或者，若該影像P為動態之熱影像時，可根據目標生物的類型設定一溫度範圍，例如目標生物是人類時，可將該溫度範圍設定為32-40度C之間，而當該影像P像素之溫度落在該溫度範圍內時，該變化偵測模組200將該些像素判定為該生物體O。
接著，請參閱第1及3圖，進行步驟13，改變該生理徵象偵測系統300之一輻射方向B，使該生理徵象偵測系統300之該輻射方向B指向該生物體O，其中，該生理徵象偵測系統300可選自為一連續波雷達、一自我注入鎖定雷達或一脈衝波雷達，本發明不在此限。較佳的，請參閱第2及4圖，在本實施例中，該生理徵象偵測系統300為該自我注入鎖定雷達，而對生物之生理徵象具有極高的敏感度，其中，該生理徵象偵測系統300具有一自我注入鎖定振盪器310、一天線320及一解調單元330，該自我注入鎖定振盪器310用以產生一振盪訊號Os，該天線320接收該振盪訊號Os，該天線320用以將該振盪訊號Os發射為一無線訊號W至該生物體O，該生物體O反射之一反射電波Rw，該天線320接收該反射電波Rw為一反射訊號Rs，其中該生物體O若有產生位移時，該位移會對該無線訊號W產生都普勒效應(Doppler effect)，使該反射電波Rw及該反射訊號Rs中會包含該位移產生之都普勒相移量。
該天線320接收之該反射訊號Rs傳送至該自我注入鎖定振盪器310並注入該自我注入鎖定振盪器310中，使該自我注入鎖定振盪器310處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)而產生一自我注入鎖定訊號SIL，由於該反射訊號Rs含有該生物體O之位移產生之都普勒相移量，使得該自我注入鎖定訊號SIL的頻率變化量會與位移產生之都普勒相移量成正比，因此對該自我注入鎖定訊號SIL進行解調即可得到該生物體O的位移資訊。
請參閱第3圖，若該天線320為單一個高指向性天線時，該天線320之該無線訊號W的波束寬即為該生理徵象偵測系統300之該輻射方向B，使得該輻射方向B僅為一固定之方向，在此實施例中，該生理徵象偵測系統300另具有一致動器A，該致動器A承載該天線320，該致動器A並由該變化偵測模組200接收一控制訊號C，該控制訊號C用以控制該致動器A移動以改變該生理徵象偵測系統300的該輻射方向B。或者，在其他實施例中，請參閱第5圖，該天線320為複數個天線構成之天線陣列，則可透過該控制訊號C改變各個天線發出之無線訊號W的相位，使各個天線發出之無線訊號W能藉由波束成型之技術構成可改變方向之波束，該波束方向即為該生理徵象偵測系統300之該輻射方向B，相同地可藉此改變該輻射方向B使其指向該生物體O。本實施例藉由該影像擷取裝置100擷取該影像P，並透過該變化偵測模組200判斷是否有該生物體O後，改變該生理徵象偵測系統300的該輻射方向B，可讓該生理徵象偵測系統300的偵測範圍擴大，並能以單一個該生理徵象偵測系統300以改變該輻射方向B的方式偵測多個生物的生理徵象。
此外，由於該影像P具有一影像座標，被判定為該生物體O的該些像素以該影像座標表示其於該影像P中的位置，但在改變該生理徵象偵測系統300之該輻射方向B時，並無法以該影像座標作為依據。因此，較佳的，於改變該生理徵象偵測系統300之該輻射方向B前另包含該變化偵測模組200將該影像P由該影像座標轉換至一真實座標之步驟，使該生理徵象偵測系統300可依據該真實座標改變該輻射方向B，令該輻射方向B指向該生物體O。
請參閱第1及2圖，於步驟14中，該生理徵象偵測系統300偵測該生物體O的一生理徵象訊號VS，由於在步驟13中已將該生理徵象偵測系統300之該輻射方向B指向該生物體O，且該生理徵象偵測系統300之該自我注入鎖定振盪器310被該反射訊號Rs注入鎖定，因此，該解調單元330由該自我注入鎖定振盪器310接收該自我注入鎖定訊號SIL並對其進行解調即可得到該生物體O的該生理徵象訊號VS。
但由於在步驟12中，該變化偵測模組200僅藉由該影像P判定該影像P中移動之物體或是溫度較高之物體為該生物體O，並無法確認判定之該生物體O是否為具有生命特徵之生物，因此，該生理徵象偵測系統300所測得之該生理徵象訊號VS並不一定是生物的生命徵象，也可能是非生物的位移資訊或該空間S中的雜訊，因此，較佳的，本發明藉由步驟15及16判定該生理徵象偵測系統300所測得之該生理徵象訊號VS是否為生物之生命徵象。
請參閱第1及2圖，於步驟15中一計算模組400由該生理徵象偵測系統300接收該生理徵象訊號VS，且該計算模組400計算該生理徵象訊號VS之一特徵值，該生理徵象訊號VS之該特徵值可為該生理徵象訊號VS於一段時間中或一時間點下的該振幅或該相位，而該振幅或該相位的計算則視該生理徵象偵測系統300之解調單元330的解調方式而定。
以該解調單元330為I/Q解調為例，若該解調單元330解調而得之訊號未含有直流位移成份時，則一段時間中的該振幅的計算式為：
Figure 02_image001
，
Figure 02_image003
為該生理徵象訊號VS之同相成份，
Figure 02_image005
為該生理徵象訊號VS之正交成份，一段時間中的該相位的計算式為：
Figure 02_image007
、
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
及
Figure 02_image013
，上述之計算式的選用則視IQ解調器電路結構及初始相位而定。
若該解調單元330解調而得之訊號含有直流位移成份，則一段時間中的該振幅的計算式為：
Figure 02_image015
，其中，
Figure 02_image003
為該生理徵象訊號VS之同相成份，
Figure 02_image017
為該生理徵象訊號VS之同相成份的直流位移，該一段時間中的該相位的計算式為：
Figure 02_image019
、
Figure 02_image021
、
Figure 02_image023
及
Figure 02_image025
，上述之計算式的選用則視IQ解調器電路結構及初始相位而定。
請參閱第1圖，最後進行步驟16，該計算模組400根據該生理徵象訊號VS之該特徵值及一參考值評估該生理徵象訊號VS之一信心度，在本實施例中，該計算模組400是計算該生理徵象訊號VS之該特徵值與該參考值之間的一比值作為該生理徵象訊號VS的該信心度。以該生理徵象訊號VS之該特徵值為該振幅為例，該參考值可為一參考生理徵象訊號於一段時間中之一振幅的中位數或為一振幅的固定值，或者，該參考值亦可為複數個參考生理徵象訊號於一段時間中之振幅的中位數或固定值的平均值，該些參考生理徵象訊號為事先量測不同年紀、性別之生物而得。該信心度的計算式可為：
Figure 02_image027
，
Figure 02_image029
為該生理徵象訊號VS的該信心度，
Figure 02_image031
為振幅之該參考值，以線性的方式表示該信心度，由計算式可知當計算而得之該信心度越接近100%時，代表著該生理徵象訊號VS的可信度越高。或在另一實施例中，該信心度的計算式可為：
Figure 02_image033
，其中
Figure 02_image035
為一常數，而以指數的方式表示該信心度。
相同地，若該生理徵象訊號VS之該特徵值為該相位時，該參考值可為該參考生理徵象訊號於一段時間中之相位的中位數或為相位之固定值。
本實施例除了藉由該變化偵測模組200判斷該影像P中是否有該生物體O外，還藉由該計算模組400計算之該信心度確認該變化偵測模組200所判定為該生物體O是否為具有生理徵象之生物，而雙重驗證該影像P中的該生物體O，藉此可自動地測得該空間S中之生物的生理徵象。
或者，在其他實施例中，該特徵值並非僅為該生理徵象訊號VS中的單一資訊(振幅或相位)，也可以是多種資訊的組合，例如，該特徵值為時域中不同時間下的同一資訊(振幅或相位)的組合、時域中同一時間下的不同資訊(振幅及相位)的組合、時域中不同時間不同資訊的組合、頻域中不同頻率下的同一資訊(振幅或相位)的組合、頻域中同一頻率之不同資訊、頻域中不同頻率之不同資訊、或時域資訊加上頻域資訊之組合等，相同地，該參考值可選自為該參考生理徵象於一段時間或一時間點之時域或頻域之該振幅、該相位、其組合或其加權組合，本發明並不在此限。
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，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
10‧‧‧生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法11‧‧‧擷取影像12‧‧‧判斷影像是否有生物體13‧‧‧改變生理徵象偵測系統的輻射方向14‧‧‧偵測生物體的生理徵象訊號15‧‧‧計算生理徵象訊號的特徵值16‧‧‧評估生理徵象訊號的信心度100‧‧‧影像擷取裝置200‧‧‧變化偵測模組300‧‧‧生理徵象偵測系統310‧‧‧自我注入鎖定振盪器320‧‧‧天線330‧‧‧解調單元400‧‧‧計算模組VS‧‧‧生理徵象訊號P‧‧‧影像O‧‧‧生物體B‧‧‧輻射方向W‧‧‧無線訊號Rs‧‧‧反射訊號C‧‧‧控制訊號S‧‧‧空間Rw‧‧‧反射電波Os‧‧‧振盪訊號
第1圖： 依據本發明之一實施例，一種生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法的流程圖。 第2圖： 依據本發明之一實施例，運用於生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法之裝置的功能方塊圖。 第3圖： 依據本發明之一實施例，改變生理徵象偵測系統的輻射方向的示意圖。 第4圖：依據本發明之一實施例，該生理徵象偵測系統的示意圖。 第5圖：依據本發明之一實施例，改變生理徵象偵測系統的輻射方向的示意圖。
10‧‧‧生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法
11‧‧‧擷取影像
12‧‧‧判斷影像是否有生物體
13‧‧‧改變生理徵象偵測系統的輻射方向
14‧‧‧偵測生物體的生理徵象訊號
15‧‧‧計算生理徵象訊號的特徵值
16‧‧‧評估生理徵象訊號的信心度

Claims (9)

  1. 一種生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，包含：一影像擷取裝置擷取一影像；一變化偵測模組判斷該影像中是否有一生物體；改變一生理徵象偵測系統之一輻射方向，使該輻射方向指向該生物體；該生理徵象偵測系統偵測該生物體的一生理徵象訊號；一計算模組由該生理徵象偵測系統接收該生理徵象訊號，且該計算模組計算該生理徵象訊號之一特徵值；以及該計算模組根據該生理徵象訊號之該特徵值評估該生理徵象訊號之一信心度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中該影像擷取裝置可選自為一光學攝影機、一紅外線攝影機、一雷達、一超音波影像儀或一熱影像攝影機。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中於改變該生理徵象偵測系統之該輻射方向前另包含該變化偵測模組將該影像由一影像座標轉換至一真實座標之步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中該生理徵象偵測系統具有一致動器，以藉由控制該致動器的移動改變該生理徵象偵測系統之該輻射方向。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中該生理徵象偵測系統具有複數個天線，該些天線發射一波束，以藉由波束成型改變該輻射方向的指向。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中該生理徵象訊號之該特徵值可選自為該生理徵象訊號之時域或頻域之一振幅、一相位或其組合。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中該計算模組計算該生理徵象訊號之一段時間或一時間點之時域或頻域之一振幅、一相位或其組合作為該生理徵象訊號的該特徵值。
  8. 如申請專利範圍第1、6或7項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中該計算模組是計算該生理徵象訊號之該特徵值與一參考值之間的一比值作為該生理徵象訊號的該信心度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之生理徵象偵測系統之生理徵象訊號的偵測方法，其中該參考值可為一參考生理徵象訊號於一段時間或一時間點之時域或頻域之一振幅、一相位、其組合或其加權組合。
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