遙控器和顯示系統的製作方法

2023-12-07 23:06:26 1

專利名稱：遙控器和顯示系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種人機界面系統，特別涉及一種具有使用者生理特徵檢測功能的遙控器和顯不系統。
背景技術：
光學手指滑鼠(optical finger mouse,0FM)由於體積小,通常適合搭配於其他電子裝置。已知光學手指滑鼠用於檢測使用者手指表面反射光線的光強度變化，藉以判斷手指的接觸狀態和手指相對於觸控面的位移量。然而，隨著工業化的發展，使用者使用各式電子裝置的時間逐漸增加，甚至超出體力負荷而不自覺。因此，如果電子裝置具有檢測使用者生理特徵的功能並能顯示當時的生理狀況，則可避免過度使用的情形發生。
已知血氧飽和儀(pulse oximeter)利用非侵入式的方式來檢測使用者的血氧濃度和脈搏數，其可產生紅光光束(波長約660納米)和紅外光光束(波長約910納米)穿透待測部位，並利用帶氧血紅素(oxyhemoglobin)和去氧血紅素(Deoxyheamo-globin)對特定光譜具有不同吸收率的特性來檢測穿透光的光強度變化，例如參照美國專利第7，072，701 號，標題為血氧濃度的監測方式(Method for spectro-photometric bloodoxygenation monitoring)。檢測出兩種波長的穿透光的光強度變化後,再以下列公式計算血氧濃度
血氧濃度=100%X [HbO2]/([HbO2]+ [Hb])；
其中，[HbO2]表示帶氧血紅素濃度；[Hb]表示去氧血紅素濃度。
一般血氧飽和儀所檢測到的兩種波長的穿透光的光強度會隨著心跳而呈現如圖1所示的變化，這是由於血管會隨著心跳不斷地擴張和收縮而使得光束所通過的血液量改變，進而改變光能量被吸收的比例。藉此，根據不斷變化的光強度信息則可計算血液對不同光譜的吸收率，以分別計算帶氧血紅素濃度和去氧血紅素濃度等生理信息，最後再利用上述血氧濃度公式計算血氧濃度。
然而，由於血氧飽和儀檢測穿透光線的光強度變化，因而會隨著不同的待測部位而檢測到不同的光強度信號；此外，當血氧飽和儀所檢測的待測部位發生移動時，則會檢測到劇烈變動的混亂波形而無法據以正確計算出生理信息，因而其並不適用於移動中操作的電子裝置。
鑑於此，本發明提出一種可檢測使用者生理特徵的遙控器和顯示系統，其中所述遙控器在檢測生理特徵時，可有效消除手指移動所造成的信號幹擾。發明內容
本發明的目的是提供一種遙控器和顯示系統，所述遙控器通過分析手指的反射光信號以檢測手指位移量、接觸狀態和使用者生理特徵，並根據至少一個控制按鍵的操作狀態產生控制信號，以相對控制顯示裝置進行相對應動作。
本發明的又一目的在提供一種遙控器控制晶片，其通過分析手指的反射光信號以檢測一手指位移量、一接觸狀態和使用者生理特徵，並根據至少一個控制按鍵的一操作狀態產生一控制信號，藉以輸出經編碼、排序和/或壓縮的所述手指信息、生理信息和控制信號信息。
本發明的又一目的是提供一種遙控器和顯示系統，其可檢測手指位移量、接觸狀態和使用者生理特徵，並具有消除環境光源影響的機制。
本發明的又一目的是提供一種遙控器和顯示系統，其可檢測手指位移量、接觸狀態和使用者生理特徵，並具有降低幹擾的機制。
本發明的又一目的是提供一種遙控器和顯示系統，其可檢測手指位移量、接觸狀態和使用者生理特徵，當閒置預設時間後即進入休眠模式。
本發明的又一目的在提供一種遙控器和顯示系統，其可檢測手指位移量、接觸狀態和使用者生理特徵，當手指位移量太大時可捨棄生理特徵。
為達上述目的，本發明提供一種遙控器，用於檢測並輸出手指的生理特徵和控制信號。所述遙控器包含多個控制按鍵、第一光源、第二光源、光源控制單元、至少一個圖像傳感器和處理單元。所述控制按鍵用於觸發控制信號。所述第一光源發出第一波長的光至所述手指。所述第二光源發出第二波長的光至所述手指。所述光源控制單元控制所述第一光源和所述第二光源發光。所述圖像傳感器以取樣頻率接收來自所述手指的反射光以產生相對所述第一光源點亮的多個第一圖像圖框和相對所述第二光源點亮的多個第二圖像圖框。所述處理單元根據所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框計算所述生理特徵並根據所述控制按鍵的操作狀態產生所述控制信號。
根據本發明的又一特點，本發明還提供一種供使用者操控的遙控器。所述遙控器包含多個控制按鍵、光學手指滑鼠和傳輸界面。所述控制按鍵用於觸發控制信號。所述光學手指滑鼠用於檢測所述使用者的生理特徵和手指位移量。所述傳輸界面用於輸出所述控制信號、所述生理特徵和所述手指位移量。
根據本發明的又一特點，本發明還提供一種圖像系統，包含顯示裝置和遙控器。所述顯示裝置用於顯示圖像。所述遙控器輸出控制信號和生理特徵至所述顯示裝置，以控制所述顯示裝置根據所述控制信號更新所顯示圖像並顯示所述生理特徵。
本發明實施方式中，每張所述第一圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，使用獨立元件分析法或盲信號源分離法分析所述第一圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度變化；將每張所述第二圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，使用獨立元件分析法或盲信號源分離法分析所述第二圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度變化；並根據所述第一亮度變化和所述第二亮度變化計算生理特徵。
本發明的遙控器和圖像系統中，所述生理特徵包含血氧濃度和脈搏數。本發明通過使用獨立元件分析法或盲信號源分離法來分離移動信息和生理信息，可消除手指移動造成的信號幹擾。


圖1是血氧飽和儀所檢測穿透光的光強度變化的示意圖。
圖2A是本發明實施方式的顯示系統的示意圖。
圖2B是本發明實施方式的遙控器的示意圖。
圖2C是本發明實施方式的遙控器的方塊圖。
圖3是本發明實施方式的遙控器的圖像傳感器所獲取的圖像圖框的示意圖。
圖4是本發明實施方式的遙控器的圖像傳感器，其中濾光器設置於部分感測面前方。
圖5是本發明實施方式的遙控器中，圖像獲取與光源發光的示意圖。
圖6是本發明實施方式的遙控器的處理單元分離移動信息和生理信息的示意圖。
圖7是本發明實施方式的生理特徵檢測方法的流程圖。
圖8是本發明又一實施方式的遙控器的示意圖。
附圖標記說明
I遙控器10控制按鍵
111、112光源 12導光件
13觸控制項13S觸控面
14圖像傳感器14f濾光器
14S感測面15處理單元
151手指檢測單元152顯示控制單元
16光源控制單元17記憶單元
18傳輸界面2顯示裝置
21光標22控制單元
23表示單元9手指
9S手指表面I1-12n圖像圖框
B1-B2nW -B2/ 平均売度 S11-S15 步驟具體實施方式
為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點更明顯，下文將配合附圖，作詳細說明如下。在本發明的說明中，相同的構件以相同的符號表示，在此先說明。
圖2A是本發明實施方式的圖像系統的示意圖，包含遙控器I和顯示裝置2。所述顯示裝置2例如可以是電視、投影幕、遊戲機螢幕、電腦螢幕或其他用於顯示圖像的顯示裝置。所述遙控器I相對所述顯 示裝置2可以是電視遙控器、投影幕遙控器、遊戲機遙控器、電腦遙控器等各式遙控器，用於控制所述顯示裝置2更新顯示內容或圖像和顯示生理特徵；其中，所述遙控器I可有線或無線地耦接所述顯示裝置2。所述遙控器I用於檢測並輸出生理特徵、接觸狀態、手指位移量和控制信號至所述顯示裝置2。
所述遙控器I包含多個控制按鍵10、光學手指滑鼠和傳輸界面18，其中所述光學手指滑鼠包含觸控制項13供手指於上進行操控，且所述觸控制項13可結合於所述控制按鍵10其中之一或獨立於其外。所述控制按鍵10用於根據使用者的按壓觸發控制信號，例如通過按壓至少一個控制按鍵以產生不同的阻抗值、電壓值、震蕩頻率等相關的控制信號。所述光學手指滑鼠則用於檢測使用者手指的接觸狀態、位移量和所述使用者的生理特徵，其中所述生理特徵例如包括血氧濃度和脈搏數等。本實施方式中，當所述光學手指滑鼠判斷所述接觸狀態為接觸態，才開始進行所述位移量和所述生理特徵的檢測。所述傳輸界面18則將所述控制信號、接觸狀態、位移量和生理特徵有線或無線地傳送至所述顯示裝置2，以使所述顯示裝置2根據所述控制信號更新顯示圖像並顯示所述位移量和生理特徵。可以了解的是，雖然圖2A中所述觸控制項13設置於所述遙控器I的上表面，其他實施方式中，所述觸控制項13亦可設置於所述遙控器I的下表面或其他利於手指觸控的位置，並無特定限制。
圖2B是本發明實施方式的遙控器I的示意圖，其包含多個控制按鍵10、兩光源111和112、導光件12 (此處導光件的數目僅是例示性的)、觸控制項13、圖像傳感器14、處理單元15、光源控制單元16和傳輸界面18。必須說明的是，圖2B中各構件的空間關係僅為例示性，並非用於限定本發明。所述控制按鍵10例如，但不限於，具有頻道選擇、參數調整、裝置選擇等功能，其根據手指9的操作狀態(按壓狀態)觸發控制信號。所述光源111和112例如可為發光二極體或雷射二極體，用於分別產生不同波長的光至手指表面9S，所述波長優選為一般血氧儀所使用的兩個波長，例如約660納米的紅光和約905、910或940納米的紅外光。可以了解的是，此處所述波長指光源發光光譜的中心波長。
所述導光件12用於將所述光源111和112所發出的光引導至所述觸控制項13 ;其中，所述導光件12隻要能夠引導光線至所述觸控制項13即可，其結構、數目和導光方式並無特定限制。其他實施方式中，如果所述光源111和112所發出的光能夠入射至所述觸控制項13，所述導光件12也可能不予實施。
所述觸控制項13具有觸控面13S供所述手指9於其上操控，所述觸控制項13優選相對於所述光源111和112所發出的光為透明。當所述手指9靠近或接觸所述觸控制項13的觸控面13S時，所述光源111和112所發出的光被反射。可以了解的是，所述觸控面13S的面積可大於或小於所述手指表面9S，並無特定限制。
所述圖像傳感器14以取樣參數接收來自所述觸控制項13 (所述手指表面9S)的反射光以產生多個圖像圖框(圖像圖框例如具有16X16像素)；其中所述取樣參數例如包含曝光時間、圖像增益(可為類比增益或數位增益)等。所述圖像傳感器14優選為主動陣列式圖像傳感器，例如CMOS圖像傳感器。
所述處理單元15根據所述控制按鍵10的操作狀態產生相應的控制信號，並根據所述圖像傳感器14所輸出的多個圖像圖框檢測所述手指9相對所述觸控面13S的接觸狀態、位移量和所述使用者的生理特徵。所述處理單元15所求得的所述控制信號、接觸狀態、位移量和生理特徵例如可有線或無線地被傳送至具有至少一個表示單元的顯示裝置以進行顯示或相對應控制；其中，所述表示單元例如可為顯示器、燈號、七字節顯示和/或聲音裝置。所述顯示裝置可為可攜式電子裝置或家用電子裝置。
所述光源控制單元16耦接所述處理單元15，以配合所述圖像傳感器14的圖像圖框獲取控制所述光源111和112發光,其實施方式將詳述於後。
所述傳輸界面18有線或無線地傳輸所述控制信號、接觸狀態、位移量和生理特徵至所述顯示裝置2。
本實施方式中，所述光源111和112、所述圖像傳感器14、所述處理單元15和所述光源控制單元16作為光學手指滑鼠，用於檢測所述手指9的接觸狀態、位移量和生理特徵。
參照圖2A至2C，圖2C顯示本發明實施方式的遙控器I的方塊圖，其包含多個控制按鍵10、第一光源111、第二光源112、所述圖像傳感器14、所述處理單元15、所述光源控制單元16、記憶單元17和所述傳輸界面18，其中所述遙控器I與控制單元22和表示單元23形成顯示系統。由於所述處理單元15進行多功能運算，其可包含手指檢測單元151用於檢測所述手指9相對所述觸控面13S的所述接觸狀態、手指位移量和生理特徵，並包含顯示控制單元152用於根據所述控制按鍵10的操作狀態(按壓狀態)產生並輸出所述控制信號；亦即，所述處理單元15可為單一元件或分為兩個單元。
所述第一光源111例如發出波長約為660納米的紅光至所述手指9 ;所述第二光源112例如發出波長約為905、910或940納米的紅外光至所述手指9 ;廣義的說，所述第一光源111和所述第二光源112可分別發出一般血氧儀所使用的兩個波長的光。所述光源控制單元16控制所述第一光源111和所述第二光源112發光。所述圖像傳感器14接收來自所述手指表面9S的所述第一光源111和所述第二光源112的反射光。所述記憶單元17用於儲存所述處理單元15所求得的所述控制信號、接觸狀態、位移量、生理特徵和計算過程中所需的各種參數信息；其中，所述控制信號亦可不儲存於所述記憶單元17而直接由所述傳輸單元18進行傳輸。所述傳輸界面18則用於將所述記憶單元17所儲存的所述控制信號、接觸狀態、位移量和生理特徵通過有線或無線傳輸的方式傳輸至外部的控制單元22 ；其中，有線和無線傳輸技術為已知，故不再贅述。所述控制單元22可包含於具有至少一個表示單元23的所述顯示裝置2內，用於控制所述顯示裝置2通過所述表示單元23顯示和/或回應所接收的所述控制信號、接觸狀態、位移量和生理特徵。
本發明實施方式的遙控器I可搭配具有表示單元23的顯示裝置2，讓使用者可通過所述遙控器I控制所述表示單元23所顯示的光標或所執行的軟體,並在生理特徵中顯示疲勞或亢奮狀態時(取決於生理特徵的數值)對所述使用者提出警示；其中，表示生理特徵和警示的方式例如可利用軟體執行畫面顯示、燈號顯示或聲音顯示的方式來達成，並無特定限制。所述顯示裝置2例如可根據所述控制信號切換畫面、圖像更新、調整音量、調整顯示參數等；根據所述位移量控制光標的動作；顯示所述生理特徵且當所述生理特徵超出預設值時產生警示狀態，例如畫面變暗、圖像插入、聲音提示等，但並不以此限。
—實施方式中，所述遙控器I也可使用兩個圖像傳感器分別檢測所述光源111和112所產生不同波長的光(即所述圖像傳感器14由兩個圖像傳感器取代)，其中一個圖像傳感器或兩個圖像傳感器可設置帶通濾光器(bandpass filter)來選擇所要接收的光譜。
由於所述處理單元15根據所述控制按鍵10產生控制信號的方式為已知，故不再贅述。以下僅針對所述處理單元15計算所述接觸狀態、手指位移量和生理特徵的方式進行詳細說明；亦即，以下說明 中僅針對所述光源111和112、所述圖像傳感器14、所述處理單元15(手指檢測單元151)和所述光源控制單元16所組成的光學手指滑鼠的動作進行說明。
取樣機制
本實施方式的光學手指滑鼠使用兩光源111和112並同時執行兩種功能；其中，接觸狀態和位移量的檢測功能並無限定使用特定波長的圖像圖框，而生理特徵功能的檢測則必須對應不同波長的圖像圖框分別計算。以下首先說明圖像圖框的取樣機制。
—種實施方式中,所述光源控制單兀16控制所述第一光源111和第二光源112輪流發光，所述圖像傳感器14則以高速且固定的取樣頻率(例如每秒3，000張)同步所述第一光源111或所述第二光源112的點亮獲取圖像圖框，並輸出如圖3所示多個圖像圖框I1-16…至所述處理單元15 (手指檢測單元151)，其中所述圖像圖框I1-V-包含第一圖像圖框I1J3U5-，其例如相對所述第一光源111的點亮，和第二圖像圖框12、14、16...，其例如相對所
所述處理單元15可根據所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框I1-1f判斷接觸狀態並計算位移量，例如根據所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框的亮度與至少一個閾值的比較結果判斷所述手指9是否靠近或接觸所述觸控面13S，其中當所述圖像圖框的亮度大於或小於所述至少一個閾值時，即判斷進入接觸態；進入接觸態後，所述處理單元15可根據兩張第一圖像圖框、一張第一圖像圖框與一張第二圖像圖框、或者兩張第二圖像圖框間的相關性計算所述位移量。必須說明的是，本實施方式中系必須利用相對應兩種不同波長的反射光的圖像圖框進行判斷接觸狀態和計算位移量的運作，並不同於傳統導航裝置。
所述處理單元15根據所述第一圖像圖框Ip 13、V..計算出所述第一圖像圖框的亮度變化，並根據所述第二圖像圖框12、14、I6…計算出所述第二圖像圖框的亮度變化(容詳述於後)，並據以分別計算出兩種光譜被吸收的比例以求出帶氧血紅素濃度HbO2和去氧血紅素濃度Hb，最後利用血氧濃度公式計算出血氧濃度；並通過所述第一圖像圖框和/或所述第二圖像圖框的亮度變化與至少一個閾值的比較結果計算一脈搏數。
又一實施方式中，所述光源控制單元16控制所述第一光源111和所述第二光源112同步於所述圖像傳感器14的圖像圖框獲取同時發光；亦即，此時所述圖像傳感器14會同時接收到兩種波長的反射光。因此，此實施方式中，所述圖像傳感器14的感測面14S的一部分前方優選還設置濾光器Hf (如圖4所示)，其中所述濾光器14f可為帶通濾光器以使所述濾光器Hf後方的部分感測面14S僅能感測所述第一光源111的光譜或所述第二光源112的光譜，以使所述處理單元15能夠分辨第一圖像圖框(相對所述第一光源111的部分圖像圖框)和第二圖像圖框(相對所述第二光源112的部分圖像圖框)。可以了解的是，本實施方式中所述濾光器Hf的設置位置和面積並不限於圖4所示。
藉此，所述處理單元15同樣可根據所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框1「1^計算接觸狀態和位移量；並可根據所述第一圖像圖框Ip 13、I5…計算出所述第一圖像圖框的亮度變化和根 據所述第二圖像圖框12、14、If計算出所述第二圖像圖框的亮度變化，並根據兩亮度變化的關係計算血氧濃度和脈搏數中的至少一者。
可以了解的是，由於所述圖像傳感器14可能對不同波長的光具有不同的感光效率，或者所述第一光源111和所述第二光源112的發光亮度不完全相同，因此可於所述遙控器I出廠前優選針對所述圖像傳感器14所檢測圖像圖框的亮度進行調整(例如調整相對不同波長圖像圖框的曝光時間、圖像增益等取樣參數)，以使所述圖像傳感器14所獲取的初始圖像圖框具有大致相同的亮度，以消除誤判斷的可能性。
本實施方式的精神在於，以所述光源控制單元16控制所述第一光源111和所述第二光源發光112發光，使所述圖像傳感器14以取樣頻率接收來自所述手指9的反射光以產生相對所述第一光源點亮的多個第一圖像圖框和相對所述第二光源點亮的多個第二圖像圖框；所述處理單元15則根據所述第一圖像圖框和第二圖像圖框計算所述接觸狀態、手指位移量和生理特徵。
消除環境光機制
圖2B中，由於所述接觸件13為透明，同時手指9會透光，所述遙控器I外部的環境光會通過所述手指9與接觸件13而被所述圖像傳感器14接收而影響到其所獲取圖像圖框的圖像品質。本實施方式中，所述光源控制單元16可控制所述第一光源111和所述第二光源112於部分期間不發光。圖5是所述圖像傳感器14的圖像獲取與所述第一光源111和所述第二光源112的發光情形；其中，實線箭頭表示光源點亮(或以第一亮度點亮)而虛線箭頭表示光源熄滅(或以第二亮度點亮)；其中所述第二亮度小於所述第一亮度。圖5A是所述圖像傳感器14以固定取樣頻率持續獲取圖像圖框。圖5B是所述第一光源111和所述第二光源112同時輪流地點亮和熄滅，因此所述圖像傳感器14則可輪流獲取到亮圖像圖框(光源點亮或以所述第一亮度點亮)和暗圖像圖框(光源熄滅或以所述第二亮度點亮)。圖5C是所述第一光源111和所述第二光源112每隔兩張圖像圖框同時點亮一次，其通常相對於所述手指9具有較低位移量的情形。如前所述，當所述第一光源111和所述第二光源112同時點亮時(圖5B和5C)，所述圖像傳感器14包含濾光器14f以空間區隔不同光源的圖像圖框，以使所述圖像傳感器14的一部份可感測所述第一光源111的反射光而另一部分可感測所述第二光源112的反射光。當所述手指9接觸或靠近所述觸控面13S時，相對於光源點亮時所獲取的亮圖像圖框包含(手指反射光+雜散光+環境光)，相對於光源未點亮時所獲取的暗圖像圖框則僅包含(環境光)，因此若將亮圖像圖框減去暗圖像圖框，則可有效消除環境光的影響。所述處理單元15則可根據亮暗圖像圖框的差分圖像圖框計算所述接觸狀態、手指位移量和生理特徵。圖是所述第一光源111和所述第二光源112輪流點亮的實施方式。此實施方式中，由於要使所述圖像傳感器14獲取到暗圖像圖框，因此所述光源控制單元16控制所述第一光源111與所述第二光源112相隔一張圖像圖框輪流地點亮，例如於圖的時間「時兩光源均不點亮。藉此，所述處理單元15則可計算差分第一圖像(亮第一圖像圖框-暗圖像圖框)和差分第二圖像(亮第二圖像圖框-暗圖像圖框)，並根據所述差分圖像計算所述接觸狀態、手指位移量和生理特徵。如前所述，當所述第一光源111和所述第二光源112輪流點亮時，所述圖像傳感器14以時間區隔不同相對於光源的圖像圖框。本實施方式的精神在於，使所述光源控制單元16控制所述第一光源111和所述第二光源112同時或輪流發光，並使所述圖像傳感器14能夠獲取到所述光源不發光時的暗圖像圖框，並通過計算亮暗圖像的差分圖像以消除環境光的影響。因此，圖5中所示各光源的發光情形僅為示例性，並非用於限定本發明。降噪機制由於所述圖像傳感器14所獲取的圖像圖框中會存在幹擾，且幹擾通常以隨機的方式分布於所獲取的圖像圖框中，因此本實施方式可進一步計算M張圖像圖框的和來提高信噪比(SNR)，以增加計算生理特徵的精確度；例如，將每10張圖像圖框進行相加，且兩組相加的10張圖像圖框可部分重複或完全不重複。可以了解的是，當所述第一光源111和所述第二光源112輪流點亮時，本實施方式的圖像圖框的和分別為所述第一圖像圖框(例如圖3的的和和所述第二圖像圖框(例如圖3的12+14+16...)的和，這是由於必需分別計算兩組光強度變化。然而，當所述第一光源111和所述第二光源112同時點亮，本實施方式的圖像圖框的和則為連續的圖像圖框(例如圖3的Ii+IfWW..)，並通過後處理以空間區隔的方式分辨兩組光強度變化。此外，當配合上述消除環境光機制時，本實施方式的圖像圖框的和則為差分圖像圖框的和；亦即，執行完消除環境光處理後接著進行降噪處理。其他實施方式中，亦可僅執行消除環境光處理和降噪處理其中之一。如前所述，所述圖像傳感器14有可能在不同條件下以不同的取樣參數來獲取圖像，例如所述圖像傳感器14相對於不同波長的光可能具有不同的吸收率，因此可能會以不同的曝光時間和圖像增益等取樣參數來使得所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框具有大致相同的亮度，以能夠正確根據所述圖像圖框進行後處理，亦即相對所述第一圖像圖框和第二圖像圖框的取樣參數可能不相同。為了排除不同取樣參數的影響，可將每張圖像圖框或M張圖像圖框的和或平均除以取樣參數以進行歸一化處理，例如(M張圖像圖框的和/取樣參數)或(M張圖像圖框的平均/取樣參數)；其中，M為正整數。生理特徵計算相對於不同光源點亮時，所述圖像傳感器14所獲取的圖像圖框同時包含有生理信息和手指移動信息。因此，本實施方式中所述處理單元15 (或所述手指檢測單元151)首先需將兩種信息分離後，才能夠正確計算生理特徵；亦即，所述處理單元15例如採用獨立兀件分析法(Independent Component Analysis, I CA)或盲信號源分離法(Blind SourceSeparation, BSS)來將兩種信息分離。參照圖3和6，以圖3的所述第一圖像圖框Ip 13、I5…為例，將多個張第一圖像圖框(可為原始圖像圖框、經過消除環境光機制和/或降噪機制處理過的第一圖像圖框)或多個第一圖像圖框和(M張原始圖像圖框和、經過消除環境光機制和/或降噪機制處理過的M張第一圖像圖框和)的每張圖像圖框或圖像圖框和分割為至少兩部分並分別求得平均亮度，例如將圖像圖框I1分割成平均亮度為B1和B1'兩部分；將圖像圖框I3分割成平均亮度為B3和B3'兩部分；…;將圖像圖框In分割成平均亮度為Bi1和Bi1'兩部分(其他實施方式中可多於兩部分)。接著，利用獨立元件分析法或盲信號源分離法分離出第一移動信息和第一生理信息(如圖6所示)，其皆顯示為亮度變化線型。本實施方式系將移動信息捨棄並利用生理信息的亮度變化線型來計算生理特徵。可以了解的是，由於所述圖像傳感器14的取樣頻率遠遠大於脈搏頻率，因此所分離出的生理信息可顯示出光強度隨脈搏變化的線型(類似圖1);分離出的移動信息分布並不限定如圖6所示者。此外，所述圖像圖框分割的兩個部分並不限定為上下兩部分。此外，由於必須分別計算相對兩1、13、V..(相對應第一光源點亮)和第二圖像圖框12、14、V..(相對應第二光源點亮)來進行。所述第二圖像圖框(12、14、16...)亦被分離成第二移動信息和第二生理信息等亮度變化，其中捨棄第二移動信息和利用第二生理信息的亮度變化。必須說明的是，當利用圖像圖框和或平均來進行信息分離時，圖6中的I1-1i1和I2-12n每一個均表示M張圖像圖框的和、平均或其歸一化的結果。必須強調的是，所述手指9的接觸狀態和位移量系由所述處理單元15直接根據所述第一圖像圖框和第二圖像圖框求得，並不需要使用分離後的第一和第二移動信息。獨立元件分析法或盲信號源分離法主要用於將混合信號分離，分離出的移動信息捨棄後，可消除手指移動所造成的信號幹擾。 本實施方式中 ，所述處理單元15還根據至少一個閾值與所述第一亮度變化和/或所述第二亮度變化之一比較結果計算一脈搏數。 休眠模式
本發明實施方式的遙控器I在閒置預設時間後，可進入休眠模式。例如，所述處理單元15於預設時間判斷所述手指9未靠近或接觸所述觸控面13S時，即可進入休眠模式。生理特徵捨棄機制本發明實施方式的遙控器I的處理單元15可同時計算位移量和生理特徵，然而精確的生理特徵計算優選是在位移量較低的情形。因此，本實施方式可事先判斷手指位移量是否大於預設值，若所述手指位移量大於所述預設值，則所述圖像傳感器14所獲取的圖像圖框僅用於計算位移量或判斷接觸狀態而不用於計算生理特徵，或者即使計算出生理特徵也不通過所述傳輸界面18傳輸而直接從所述記憶單元17中捨棄。所述預設值則根據實際應用決定，例如，但不限於，可根據感測面13S和/或搜尋框的尺寸決定。所述遙控器I根據手指表面9S的反射光檢測生理特徵的方法，包含下列步驟:提供第一波長和第二波長的光至手指表面(步驟S11);獲取所述第一波長的光的反射光以產生多個第一圖像圖框並獲取所述第二波長的光的反射光以產生多個第二圖像圖框(步驟S12);將每張所述第一圖像圖框和每張所述第二圖像圖框分割成至少兩部分並求得每一部分的平均亮度(步驟S13);利用獨立元件分析法或盲信號源分離法分析所述第一圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度變化並分析所述第二圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度變化(步驟S14);和根據所述第一亮度變化和所述第二亮度變化求得生理特徵(步驟S15)。本實施方式各步驟的實施方式已詳述於前，故不再贅述。另一實施方式中，所述光源111和112、所述圖像傳感器14、所述處理單元15、所述光源控制單元16、所述記憶單元17和所述傳輸界面18的一部份或全部元件亦可製作為控制晶片或封裝體，如圖8所示。所述控制晶片用於檢測所述控制按鍵10的操作狀態和所述手指9的接觸狀態、位移量和生理特徵，並輸出經編碼、排序和/或壓縮的所述接觸狀態、位移量、生理特徵和控制信號(例如由所述傳輸界面進行編碼、排序和/或壓縮或還包含通信協定單元進行這些程序)；其中計算所述接觸狀態、位移量和生理特徵的方式如前所述，故不再贅述。換句話說，一種實施方式中，光學手指滑鼠與遙控器控制單元可封裝成控制晶片或封裝體。此外可以了解的是，圖8中所述遙控器I中各元件的配置方式僅為示例性，並非用於限制本發明。其他實施方式中，所述壓縮處理亦可還外設置壓縮單元執行。綜上所述，已知遙控器並無法檢測使用者的生理特徵，且血氧儀計算血氧濃度的方式因具有無法判斷移動中的待測部位等因素而無法相容於遙控器上。因此，本發明還提供一種遙控器(圖2B和8)和顯示系統(圖2A)，其中所述遙控器可同時檢測手指信息和圖像控制信息，並控制顯示裝置根據至少所述圖像控制信息更新顯示內容並顯示所述手指信息。本發明各實施方式的遙控器於檢測手指位移量的同時可檢測使用者的生理特徵，並可有效消除手指移動所造成的信號幹擾和消除環境光源影響，並具有休眠模式和捨棄生理信息的機制。雖然本發明已以前述實施方式揭示，然其並非用於限定本發明，任何本發明所屬技術領域中的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，當可作各種更動與修改。因此本發明的保護範圍應該以所附的權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種遙控器，用於檢測並輸出手指的生理特徵和控制信號，該遙控器包含: 多個控制按鍵，用於觸發控制信號； 第一光源，發出第一波長的光至所述手指； 第二光源，發出第二波長的光至所述手指； 光源控制單元，控制所述第一光源和所述第二光源發光； 至少一個圖像傳感器，以取樣頻率接收來自所述手指的反射光以產生相對所述第一光源點亮的多個第一圖像圖框和相對所述第二光源點亮的多個第二圖像圖框；以及 處理單元，根據所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框計算所述生理特徵，並根據所述控制按鍵的操作狀態產生所述控制信號。
2.根據權利要求1所述的遙控器，其中所述處理單元:將每張所述第一圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，分析所述第一圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度變化；將每張所述第二圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，分析所述第二圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度變化；並根據所述第一亮度變化和所述第二亮度變化計算所述生理特徵。
3.根據權利要求1或2所述的遙控器，其中所述生理特徵包含血氧濃度和/或脈搏數。
4.根據權利要求2所述的遙控器，其中所述處理單元還根據至少一個閾值與所述第一亮度變化和所述第二亮度變化中的至少一者的比較結果計算脈搏數。
5.根據權利要求1所述的遙控器，其中所述處理單元還對所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框的亮度與至少一個閾值進行比較以判斷接觸狀態。
6.根據權利要求1所述的遙控器，其中所述處理單元還根據兩張所述第一圖像圖框、一張所述第一圖像圖框與一張所述第二圖像圖框、和兩張所述第二圖像圖框計算位移量。
7.根據權利要求1所述的遙控器，其中所述光源控制單元:控制所述第一光源和所述第二光源輪流點亮以使所述圖像傳感器輪流接收所述第一光源和所述第二光源的反射光；或者控制所述第一光源和所述第二光源同時點亮以使所述圖像傳感器同時接收所述第一光源和所述第二光源的反射光，且所述圖像傳感器包含濾光器，該濾光器覆蓋於所述圖像傳感器的感測面的一部分。
8.根據權利要求1所述的遙控器，其中所述第一光源、所述第二光源、所述光源控制單元、所述至少一個圖像傳感器和所述處理單元封裝成控制晶片以輸出經編碼、排序和壓縮中的至少一種程序處理的所述生理特徵和所述控制信號。
9.根據權利要求1所述的遙控器，該遙控器還包含觸控制項，該觸控制項供所述手指在其上操控；其中所述觸控制項可以為所述控制按鍵中的一個或獨立於所述控制按鍵之外。
10.一種供使用者操控的遙控器，該遙控器包含: 多個控制按鍵，用於觸發控制信號； 光學手指滑鼠，用於檢測所述使用者的生理特徵和手指位移量；以及 傳輸界面，用於輸出所述控制信號、所述生理特徵和所述手指位移量。
11.根據權利要求10所述的遙控器，其中所述光學手指滑鼠還包含: 第一光源，發出第一 波長的光至所述手指； 第二光源，發出第二波長的光至所述手指； 光源控制單元，控制所述第一光源和所述第二光源發光；至少一個圖像傳感器，以取樣頻率接收來自所述手指的反射光以產生相對所述第一光源點亮的多個第一圖像圖框和相對所述第二光源點亮的多個第二圖像圖框；以及 處理單元，根據所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框計算並輸出所述生理特徵和所述手指位移量。
12.根據權利要求11所述的遙控器，其中所述處理單元:將每張所述第一圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，分析所述第一圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度變化；將每張所述第二圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，分析所述第二圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度變化；並根據所述第一亮度變化和所述第二亮度變化計算所述生理特徵。
13.根據權利要求12所述的遙控器，其中所述處理單元還根據至少一個閾值與所述第一亮度變化和所述第二亮度變化中的至少一者的比較結果計算脈搏數。
14.根據權利要求11所述的遙控器，其中所述處理單元還對所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框的亮度與至少一個閾值進行比較以判斷接觸狀態。
15.一種顯示系統，該顯示系統包含: 顯示裝置，用於顯示圖像；以及 遙控器，輸出控制信號和生理特徵至所述顯示裝置，以控制所述顯示裝置根據所述控制信號更新所顯示圖像並顯示所述生理特徵。
16.根據權利要求15所述的顯示系統，其中當所述生理特徵超出預設值時，所述顯示裝置產生警示狀態。
17.根據權利要求15所述的顯示系統，其中所述遙控器還包含: 第一光源，發出第一波長的光至所述手指； 第二光源，發出第二波長的光至所述手指； 光源控制單元，控制所述第一光源和所述第二光源發光； 至少一個圖像傳感器，以取樣頻率接收來自所述手指的反射光以產生相對所述第一光源點亮的多個第一圖像圖框和相對所述第二光源點亮的多個第二圖像圖框；以及 處理單元，根據所述第一圖像圖框和所述第二圖像圖框計算所述生理特徵，並根據多個控制按鍵的操作狀態產生所述控制信號。
18.根據權利要求17所述的顯示系統，其中所述處理單元:將每張所述第一圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，分析所述第一圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第 一亮度變化；將每張所述第二圖像圖框分割為至少兩部分並計算每一部分的平均亮度，分析所述第二圖像圖框的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度變化；並根據所述第一亮度變化和所述第二亮度變化計算所述生理特徵。
19.根據權利要求17所述的顯示系統，其中所述處理單元還根據兩張所述第一圖像圖框、一張所述第一圖像圖框與一張所述第二圖像圖框、和兩張所述第二圖像圖框計算位移量，所述遙控器輸出所述位移量至所述顯示裝置以相對控制所述顯示裝置所顯示的光標。
20.根據權利要求17所述的 顯示系統，其中所述處理單元還根據至少一個閾值與所述第一亮度變化和所述第二亮度變化中的至少一者的比較結果計算脈搏數。
全文摘要
一種遙控器，包含多個控制按鍵、光學手指滑鼠和傳輸界面。所述控制按鍵用於觸發控制信號。所述光學手指滑鼠用於檢測生理特徵和位移量。所述傳輸界面用於輸出所述控制信號、所述生理特徵和所述位移量到顯示裝置。本發明還提出一種顯示系統。
文檔編號G08C19/00GK103136919SQ20111039490
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者古人豪, 高銘璨, 黃森煌 申請人:原相科技股份有限公司