TWI819852B

TWI819852B - 臉部水分分析系統及方法

Info

Publication number: TWI819852B
Application number: TW111138942A
Authority: TW
Inventors: 林宗漢; 陳鉞享; 許志彬
Original assignee: 仁寶電腦工業股份有限公司
Priority date: 2022-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2023-10-21

Abstract

本案係關於一種臉部水分分析系統，包含耳機及行動裝置，耳機之發射單元施加電流訊號於受測者之耳部皮膚，電流訊號流經受測者的臉部而形成反饋訊號，接收單元對反饋訊號進行訊號處理後輸出處理訊號，處理器電連接於接收單元並解析處理訊號之最大、最小值及頻率輸出值，耳機之第一通訊單元將最大、最小值及頻率輸出值傳輸至行動裝置之第二通訊單元，正規化單元將最大、最小值及頻率輸出值正規化為正規數據，推論單元將正規數據與使用者資料進行推論，以輸出對於臉部之皮膚水分的分析結果。

Description

臉部水分分析系統及方法

本案係關於一種臉部水分分析系統及方法，尤指一種利用耳機對受測者皮膚施加電流訊號的臉部水分分析系統及方法。

目前市面上常利用生物電阻抗檢測法檢測皮膚水分，於傳統生物電阻抗檢測法中，為使受測者之身體與地板電性隔絕，受測者須呈臥躺姿勢，於檢測過程中，受測者的皮膚被貼上多個電極貼片，電極貼片產生微小的交流電流而流經受測者身體，檢測裝置依據該電流的電阻抗而對應獲取受測者皮膚的水分狀況。由於現有皮膚水分檢測裝置皆須受測者以臥躺姿勢才可進行皮膚水分檢測，因此該檢測並無法隨時進行。

此外，現有皮膚水分檢測裝置僅依據流經受測者身體之電流的電阻抗而對應獲取受測者皮膚的水分狀況，然此檢測方法因未考量不同受測者之身體狀況差異，故檢測之結果並不準確。再者，於目前的皮膚水分檢測裝置中，受測者於受測當下須處於適當的水合狀態，因此，若受測者剛運動完後即進行皮膚水分檢測，則會因受測者之皮膚大量出汗而導致皮膚水分流失，進而影響檢測結果之準確性。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術之臉部水分分析系統及方法，實為目前迫切之需求。

本案之目的為提供一種臉部水分分析系統及方法，其利用耳機對受測者皮膚施加電流訊號，並將流經受測者臉部之反饋訊號進行訊號處理並傳輸至行動裝置，行動裝置對處理後之電流訊號進行數據分析以提供受測者臉部的皮膚之水分狀態。藉由利用耳機對受測者皮膚施加電流訊號，受測者因此不受環境或身軀之姿勢限制而可隨時進行臉部的皮膚水分分析。此外，由於本案臉部水分分析系統及方法將流經受測者臉部之反饋訊號傳輸至行動裝置進行數據分析，因此可透過行動裝置之使用者資料對反饋訊號進行推論，藉此提升臉部皮膚之水分分析的準確性。

根據本案之構想，本案提供一種臉部水分分析系統，包含耳機及行動裝置。耳機貼合於受測者之耳部皮膚且包含發射單元、接收單元、處理器及第一通訊單元。發射單元包含相互電連接之訊號產生器及發射端，訊號產生器以發射頻率產生電流訊號，發射端施加電流訊號於受測者之耳部皮膚，電流訊號被施加至耳部皮膚後流經受測者的臉部而形成反饋訊號。接收單元包含相互電連接之接收端及訊號處理器，接收端接收反饋訊號，訊號處理器對反饋訊號進行訊號處理後輸出處理訊號。處理器電連接於接收單元並解析處理訊號之最大值、最小值及頻率輸出值。第一通訊單元電連接於處理器，並接收最大值、最小值及頻率輸出值。行動裝置包含第二通訊單元、正規化單元及計算單元。第二通訊單元與第一通訊單元相互通訊，第一通訊單元將最大值、最小值及頻率輸出值傳輸至第二通訊單元。正規化單元電連接於第二通訊單元，以接收並將最大值、最小值及頻率輸出值正規化為正規數據。計算單元包含推論單元，推論單元將正規數據與使用者資料進行推論，以輸出對於臉部之皮膚水分的分析結果。

根據本案之構想，本案提供一種臉部水分分析方法，包含步驟：(a)提供耳機及行動裝置，其中，耳機包含發射單元、接收單元、處理器及第一通訊單元，行動裝置包含第二通訊單元、正規化單元及計算單元；(b)利用發射單元之訊號產生器以發射頻率產生電流訊號，並利用發射單元之發射端將電流訊號施加至受測者之耳部皮膚，其中，電流訊號被施加於受測者之耳部皮膚後流經受測者的臉部而形成反饋訊號；(c)利用接收單元之接收端接收反饋訊號，並利用接收單元之訊號處理器對反饋訊號進行訊號處理後輸出處理訊號；(d)利用處理器解析處理訊號之最大值、最小值及頻率輸出值；(g)利用耳機之第一通訊單元將最大值、最小值及頻率輸出值傳輸至行動裝置之第二通訊單元；(h)利用行動裝置之正規化單元接收並將最大值、最小值及頻率輸出值正規化為正規數據；以及(i)利用行動裝置之計算單元之推論單元將正規數據與使用者資料進行推論，以輸出對於臉部之皮膚水分的分析結果。

1:臉部水分分析系統

2:耳機

21:發射單元

211:訊號產生器

212:發射端

22:接收單元

221:接收端

222:訊號處理器

23:處理器

24:第一通訊單元

3:行動裝置

31:第二通訊單元

32:正規化單元

33:計算單元

331:推論單元

34:儲存單元

341:使用者資料

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7:步驟

第1圖係為本案較佳實施例之臉部水分分析系統的系統架構示意圖。

第2圖係為本案較佳實施例之臉部水分分析方法的流程圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案之範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

第1圖係為本案較佳實施例之臉部水分分析系統1的系統架構示意圖。如第1圖所示，臉部水分分析系統1包含耳機2及行動裝置3，耳機2可為例如但不限於無線耳機，行動裝置3可為例如但不限於智慧型手機、智慧型平板或健康監測裝置。耳機2貼合於受測者之耳部皮膚，耳機2包含發射單元21、接收單元22、處理器23及第一通訊單元24，處理器23可為例如但不限於微控制器(Micro Control Unit,MCU。發射單元21包含相互電連接之訊號產生器211及發射端212，訊號產生器211以發射頻率產生電流訊號，發射端212施加電流訊號於受測者之耳部皮膚，電流訊號被施加至耳部皮膚後流經受測者的臉部而形成反饋訊號。接收單元22包含相互電連接之接收端221及訊號處理器222，接收端221接收反饋訊號，訊號處理器222對反饋訊號進行訊號處理後輸出處理訊號。於一些實施例中，發射端212及接收端221皆為電極。處理器23電連接於接收單元22，且處理器23解析處理訊號之最大值、最小值及頻率輸出值。第一通訊單元24電連接於處理器23並接收最大值、最小值及頻率輸出值。

行動裝置3包含第二通訊單元31、正規化單元32、計算單元33及儲存單元34，第二通訊單元31與第一通訊單元24相互通訊，第一通訊單元24將最大值、最小值及頻率輸出值傳輸至第二通訊單元31。於一些實施例中，第一通訊單元24與第二通訊單元31係利用藍芽傳輸或紅外線傳輸等無線通訊技術而相互通訊。正規化單元32電連接於第二通訊單元31，以接收並將最大值、最小值及頻率輸出值正規化為正規數據。計算單元33包含推論單元331，推論單元331將正規數據與儲存於儲存單元34的使用者資料341進行推論，以輸出對於臉部之皮膚水分的分析結果。於一些實施例中，推論單元331係由卷積神經網路(Convolutional Neural Network,CNN)演算法訓練而成。

於一些實施例中，皮膚水分的分析結果之態樣為輸出受測者之皮膚水分的百分比，於另一些實施例中，皮膚水分的分析結果之態樣為輸出受測者之皮膚為乾燥、正常或潮溼。

於一些實施例中，使用者資料341包含人種、居住地區、性別、年齡、體型、皮膚乾溼屬性以及皮膚接收不同發射頻率產生之阻抗中的至少一個所對應的皮膚水分數據。

本案之臉部水分分析系統1藉由利用耳機對受測者皮膚施加電流訊號，受測者因此不受環境或身軀之姿勢限制而可隨時進行臉部的皮膚水分分析。此外，由於本案臉部水分分析系統1將流經受測者臉部之反饋訊號傳輸至行動裝置進行數據分析，因此可透過行動裝置之使用者資料對反饋訊號進行推論，藉此提升臉部皮膚之水分分析的準確性。

於一些實施例中，處理器23包含最大值取樣器(未圖示)、最小值取樣器(未圖示)及頻率估計器(未圖示)，最大值取樣器架構於取樣處理訊號之最大值，最小值取樣器架構於取樣處理訊號之最小值，頻率估計器架構於估計處理訊號之頻率以輸出頻率輸出值。

於一些實施例中，由於最大值取樣器、最小值取樣器及頻率估計器分別之電源供應大小不同，因此所取樣及估計之最大值、最小值及頻率輸出值之間的比較基準不同，正規化單元32係將上述最大值、最小值及頻率輸出值根據一數學分布模型而調整至[0,1]的範圍內，以對應輸出正規數據，計算單元33之推論單元331因此可將正規數據與使用者資料341進行推論。

由於人體之皮膚為非一致性之受體，因此，流經受測者臉部所形成之處理訊號並非固定值，故最大值取樣器及最小值取樣器取樣處理訊號中多個相對最大及最小值之平均值。於一些實施例中，最大值取樣器取樣處理訊號於一段時間內之平均最大值作為最大值，最小值取樣器取樣該處理訊號於一段時間內之平均最小值作為最小值。

於一些實施例中，訊號產生器211以多個發射頻率之電流訊號分別對受測者進行皮膚水分分析，由於電流訊號之發射頻率不同，流經受測者臉部而形成之反饋訊號對應不同，臉部水分分析系統1藉由獲取多個發射頻率所對應之反饋訊號，可提升分析結果的準確性。

於一些實施例中，訊號產生器211包含相互電連接之脈衝產生器(未圖示)及數位類比轉換器(未圖示)，脈衝產生器產生數位脈衝訊號，數位類比轉換器架構於將數位脈衝訊號轉換為電流訊號，其中電流訊號為類比訊號。

於一些實施例中，訊號處理器222包含相互電連接之類比數位轉換器(未圖示)及數位訊號處理器(未圖示)，類比數位轉換器將類比之反饋訊號轉換為數位訊號，數位訊號處理器將數位訊號進行訊號處理並輸出處理訊號。

於一些實施例中，接收單元22還包含電連接於接收端221及訊號處理器222之間之轉阻放大器(未圖示)，轉阻放大器接收反饋訊號並將反饋訊號放大為放大訊號，訊號處理器222接收放大訊號並將放大訊號進行訊號處理後輸出處理訊號。

第2圖係為本案較佳實施例之臉部水分分析方法的流程示意圖，本案之臉部水分分析方法係適用於前述之臉部水分分析系統1。如第2圖所示，本案之臉部水分分析方法包括步驟S1、S2、S3、S4、S5、S6及S7。於步驟S1中，提供耳機2及行動裝置3，耳機2包含發射單元21、接收單元22、處理器23及第一通訊單元24，行動裝置3包含第二通訊單元31、正規化單元32、計算單元33及儲存單元34。於步驟S2中，利用發射單元21之訊號產生器211以發射頻率產生電流訊號，並利用發射單元21之發射端212將電流訊號施加至受測者之耳部皮膚，電流訊號被施加於受測者之耳部皮膚後流經受測者的臉部而形成反饋訊號。於步驟S3中，利用接收單元22之接收端221接收反饋訊號，並利用接收單元22之訊號處理器222對反饋訊號進行訊號處理後輸出處理訊號。於步驟S4中，利用處理器23解析處理訊號之最大值、最小值及頻率輸出值。於步驟S5中，利用耳機2之第一通訊單元24將最大值、最小值及頻率輸出值傳輸至行動裝置3之第二通訊單元31。於步驟S6，利用行動裝置3之正規化單元32接收並將最大值、最小值及頻率輸出值正規化為正規數據。於步驟S7中，利用行動裝置3之計算單元33之推論單元331將正規數據與儲存於儲存單元34之使用者資料341進行推論，以輸出對於臉部之皮膚水分的分析結果。

於一些實施例中，於執行步驟S2之前還包含步驟：判斷受測者是否於受測前進行運動，當判斷為否時執行步驟S2。本案之臉部水分分析方法藉由判斷受測者是否於受測前進行運動，避免受測者之皮膚因運動後大量出汗而導致皮膚水分流失，進而影響檢測之準確性。

若受測者首次進行臉部水分分析，本案之臉部水分分析方法係產生不同之發射頻率並分別施加於受測者以獲取多個對應發射頻率之反饋訊號，藉此提高分析結果的準確性。而若受測者非首次進行臉部水分分析，即使用者資料341包含受測者之資料，則僅需以一個發射頻率獲取反饋訊號，進而得到分析結果。於一些實施例中，於執行步驟S2之前還包含步驟：判斷使用者資料341是否包含受測者之資料，當判斷為是時執行步驟S2，當判斷為否時，以不同頻率之發射頻率分別執行步驟S2至S4複數次，以獲取複數個最大值、最小值及頻率輸出值。在此情況下，於步驟S5中，係利用第一通訊單元24將複數個最大值、複數個最小值及複數個頻率輸出值傳輸至行動裝置3之第二通訊單元31。於步驟S6中，係利用行動裝置3之正規化單元32接收並將複數個最大值、複數個最小值及複數個頻率輸出值正規化為正規數據。

綜上所述，本案提供一種臉部水分分析系統及方法，藉由利用耳機對受測者皮膚施加電流訊號，受測者因此不受環境或身軀之姿勢限制而可隨時進行臉部的皮膚水分分析。此外，由於本案臉部水分分析系統及方法將流經受測者臉部之反饋訊號傳輸至行動裝置進行數據分析，因此可透過行動裝置之使用者資料對反饋訊號進行推論，藉此提升臉部皮膚之水分分析的準確性。

須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之實施例，本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。