本發(fā)明涉及一種光學(xué)式生理探測(cè)系統(tǒng)，尤其地，涉及一種可調(diào)整信號(hào)源之生理探測(cè)系統(tǒng)及其操作方法。

背景技術(shù)：

公知的脈搏血氧儀(pulse oximeter)是利用非侵入式的方式來(lái)探測(cè)使用者的血氧濃度及脈搏數(shù)。所述公知脈搏血氧儀可產(chǎn)生紅光光束(波長(zhǎng)約660納米)及紅外光光束(波長(zhǎng)約910納米)穿過(guò)人體部位，并基于帶氧血紅素(oxyhemoglobin)及去氧血紅素(deoxyhemoglobin)對(duì)特定光譜具有不同吸收率以探測(cè)透射光的光強(qiáng)度變化。探測(cè)出兩種波長(zhǎng)的透射光的光強(qiáng)度變化(例如光體積變化描述波形(Photoplethysmography)信號(hào)或稱(chēng)作PPG信號(hào))后，再以下列公式計(jì)算血氧濃度：

血氧飽和度＝100％×[HbO2]/([HbO2]+[Hb])，

其中，[HbO2]為帶氧血紅素濃度；[Hb]為去氧血紅素濃度。

一般脈搏血氧儀所探測(cè)到的兩種波長(zhǎng)的透射光的光強(qiáng)度會(huì)隨著心跳而呈現(xiàn)強(qiáng)弱變化，這是由于血管會(huì)隨著心跳而不斷地?cái)U(kuò)張及收縮而使得光束所通過(guò)的血液量改變，進(jìn)而改變光能量被吸收的比例。藉此，根據(jù)所探測(cè)的PPG信號(hào)即可計(jì)算使用者的生理特征。

然而，當(dāng)光學(xué)式生理探測(cè)裝置應(yīng)用于便攜式裝置或穿戴式裝置時(shí)，其探測(cè)面與皮膚表面之間可能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或其探測(cè)面未緊密貼合于皮膚表面，而造成探測(cè)信號(hào)的信號(hào)品質(zhì)降低，進(jìn)而降低探測(cè)精確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種高探測(cè)精確度的生理探測(cè)系統(tǒng)及其操作方法，以增加其可適用范圍。

本發(fā)明提供一種可調(diào)整信號(hào)源的生理探測(cè)系統(tǒng)及其操作方法，通過(guò)調(diào)整至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)，來(lái)提高信號(hào)品質(zhì)及探測(cè)精確度。

本發(fā)明提供一種生理探測(cè)系統(tǒng)，包含生理探測(cè)模塊。所述生理探測(cè)模塊包含光源模塊、光傳感器以及第一處理器。所述光源模塊用于提供照射皮膚區(qū)域的光線(xiàn)。所述光傳感器用于根據(jù)至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)來(lái)探測(cè)經(jīng)過(guò)所述皮膚區(qū)域的出射光，并輸出圖像信號(hào)。所述第一處理器用于根據(jù)所述圖像信號(hào)計(jì)算第一可靠度，并根據(jù)所述第一可靠度更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)。

本發(fā)明還提供一種生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法，所述生理探測(cè)系統(tǒng)包含生理探測(cè)模塊。所述操作方法包含下列步驟：利用所述生理探測(cè)模塊根據(jù)至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)探測(cè)皮膚區(qū)域的出射光以產(chǎn)生圖像信號(hào)；利用所述生理探測(cè)模塊根據(jù)所述圖像信號(hào)計(jì)算可靠度；利用所述生理探測(cè)模塊比較所述可靠度與至少一個(gè)閾值；以及利用生理探測(cè)模塊根據(jù)所述可靠度與所述至少一個(gè)閾值的比較結(jié)果更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)。

本發(fā)明還提供一種生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法，所述生理探測(cè)系統(tǒng)包含相互耦接的生理探測(cè)模塊及應(yīng)用模塊。所述操作方法包含下列步驟：利用所述生理探測(cè)模塊根據(jù)至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)探測(cè)皮膚區(qū)域的出射光以產(chǎn)生圖像信號(hào)；利用所述生理探測(cè)模塊根據(jù)所述圖像信號(hào)計(jì)算第一可靠度；利用所述生理探測(cè)模塊根據(jù)多個(gè)圖像信號(hào)輸出亮度變化信號(hào)；利用所述應(yīng)用模塊根據(jù)所述亮度變化信號(hào)計(jì)算第二可靠度；以及根據(jù)所述第一可靠度及所述第二可靠度更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)。

本發(fā)明的生理探測(cè)系統(tǒng)及其操作方法中，所述可靠度(confident level)例如包含平均亮度、均勻度、光體積變化描述波形(PPG)信號(hào)振幅、信噪比(SNR)以及其他圖像品質(zhì)參數(shù)中的至少一者；所述信號(hào)源參數(shù)例如包含曝光時(shí)間、增益值、目標(biāo)區(qū)域(window of interest)、發(fā)光強(qiáng)度、焦距以及收光相位中的至一者。

為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細(xì)說(shuō)明如下。此外，在本發(fā)明中，相同的構(gòu)件是以相同符號(hào)表示，于此先述明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)的方塊示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的像素陣列的目標(biāo)區(qū)域的示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的亮度變化信號(hào)的示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的不同收光相位的示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的頻域數(shù)據(jù)的示意圖。

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法的流程圖。

圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法的流程圖。

圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

100 生理探測(cè)系統(tǒng) 11 生理探測(cè)模塊

111 光源模塊 113 光傳感器

115 第一處理器 117 存儲(chǔ)單元

119 傳輸接口 13 應(yīng)用模塊

131 傳感器驅(qū)動(dòng)單元 133 第二處理器

135 周邊驅(qū)動(dòng)單元 SR 皮膚區(qū)域

IF 圖像信號(hào) WOI 目標(biāo)區(qū)域

P1、P2 像素 CL 可靠度

TH 閾值 AP 信號(hào)源參數(shù)

具體實(shí)施方式

參考圖1，其為本發(fā)明一實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)100的方塊示意圖。所述生理探測(cè)系統(tǒng)100包含相互耦接的生理探測(cè)模塊11以及應(yīng)用模塊13。所述生理探測(cè)模塊11用于朝向皮膚區(qū)域SR照射光以穿過(guò)部分皮膚組織，并探測(cè)經(jīng)過(guò)所述皮膚區(qū)域SR的出射光以產(chǎn)生圖像信號(hào)IF；其中，所述皮膚區(qū)域SR根據(jù)不同應(yīng)用可位于不同人體部位，例如手指、腳踝、手腕、耳部或前額等，并無(wú)特定限制。所述應(yīng)用模塊13例如為便攜式電子裝置、穿戴式電子裝置、家電裝置、車(chē)用裝置、醫(yī)療裝置中的一者。所述應(yīng)用模塊13以有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式耦接所述生理探測(cè)模塊11以進(jìn)行通信，例如進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，并可表示所探測(cè)的生理特征。

必須說(shuō)明的是，雖然圖1顯示所述生理探測(cè)模塊11及所述應(yīng)用模塊13彼此分離，但本發(fā)明說(shuō)明并不以此為限。其他實(shí)施例中，所述生理探測(cè)模塊11可內(nèi)建于所述應(yīng)用模塊13。

所述生理探測(cè)模塊11包含光源模塊111、光傳感器113、第一處理器115、存儲(chǔ)單元117以及傳輸接口119。

所述光源模塊111例如包含相干光源、部分相干光源或非相干光源，并無(wú)特定限制，例如包含發(fā)光二極管或激光二極管。所述光源模塊111用于提供照射皮膚區(qū)域SR的光線(xiàn)，光線(xiàn)進(jìn)入所述皮膚區(qū)域SR內(nèi)的皮膚組織后會(huì)傳遞一段距離并射出所述皮膚區(qū)域SR；其中，出射光的光強(qiáng)度因部分光能量被血液所吸收而隨時(shí)間波動(dòng)。在某些實(shí)施例中，所述光源模塊111的發(fā)光波長(zhǎng)可為公知的脈搏血氧儀所使用的光波長(zhǎng)。在其他實(shí)施例中，所述光源模塊111的發(fā)光波長(zhǎng)介于300納米～940納米之間。必須說(shuō)明的是，雖然圖1中僅顯示單一光源，然其僅用于說(shuō)明而非用于限定本發(fā)明說(shuō)明。在某些實(shí)施例中，當(dāng)所述生理探測(cè)系統(tǒng)100用于探測(cè)血氧濃度時(shí)，所述光源模塊111可包含兩光源，分別發(fā)出紅光及紅外光。在其他實(shí)施例中，當(dāng)所述生理探測(cè)系統(tǒng)100具有校正功能時(shí)，所述光源模塊111可包含三個(gè)光源，分別用于發(fā)出綠光、紅光以及紅外光；其中，綠光PPG信號(hào)用于決定濾波參數(shù)，以對(duì)紅光PPG信號(hào)及紅外光PPG信號(hào)進(jìn)行濾波。在其他實(shí)施例中，為了改變所述光源模塊111的發(fā)光強(qiáng)度，所述光源模塊111可包含發(fā)出相同波長(zhǎng)的光的多個(gè)光源或者包含可改變驅(qū)動(dòng)電流的光源。

所述光傳感器113用于根據(jù)至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)探測(cè)經(jīng)過(guò)所述皮膚區(qū)域SR的出射光并在每一取樣時(shí)間(sample time)輸出一圖像信號(hào)IF，因此，對(duì)于多個(gè)取樣時(shí)間的圖像信號(hào)IF則可形成亮度變化信號(hào)。在某些實(shí)施例中，所述光傳感器113為光電二極管(photodiode)，其輸出的亮度變化信號(hào)作為PPG信號(hào)。在某些實(shí)例中，所述光傳感器113為圖像傳感器，其包含具有多個(gè)像素的像素陣列。所述像素陣列的每一像素在圖像幀輸出圖像信號(hào)IF且所述第一處理器115用于計(jì)算所述圖像幀的多個(gè)像素的圖像信號(hào)和；其中，將所述圖像信號(hào)和隨時(shí)間的變化作為PPG信號(hào)。在某些實(shí)施例中，將所述像素陣列的每一像素輸出的圖像信號(hào)IF隨時(shí)間的變化作為PPG信號(hào)，亦即所述光傳感器113輸出多個(gè)亮度變化信號(hào)。此外，在某些實(shí)施例中，當(dāng)所述光傳感器113為圖像傳感器時(shí)，其優(yōu)選為主動(dòng)式圖像傳感器，例如CMOS圖像傳感器，以根據(jù)所述像素陣列所實(shí)際感測(cè)的信號(hào)分布選擇目標(biāo)區(qū)域(window of interest,WOI)，第圖2所示?？梢岳斫獾氖?，所述目標(biāo)區(qū)域(WOI)的位置并不限于圖2所示。

所述第一處理器115例如為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，用于接收所述光傳感器113輸出的圖像信號(hào)IF以進(jìn)行后處理，例如根據(jù)多個(gè)圖像信號(hào)IF產(chǎn)生亮度變化信號(hào)以作為PPG信號(hào)。例如，所述第一處理器115接收來(lái)自所述光傳感器113的圖像信號(hào)IF，并連續(xù)地獲取一段時(shí)間間隔(例如5～10秒)的多個(gè)圖像信號(hào)IF作為PPG信號(hào)。例如，圖3示出利用時(shí)間間隔為6秒的亮度變化信號(hào)作為PPG信號(hào)，但本發(fā)明說(shuō)明并不以此為限。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))的示意圖。由于所述光傳感器113是以取樣頻率(或幀率)依序輸出圖像信號(hào)IF，所述多個(gè)時(shí)間間隔可在時(shí)間上彼此部分重迭或完全不重迭；例如，所述第一處理器115可將第0～6秒的亮度變化信號(hào)作為PPG信號(hào)，接著將第1～7秒的亮度變化信號(hào)作為下一個(gè)PPG信號(hào)或?qū)⒌?～13秒的亮度變化信號(hào)作為下一個(gè)PPG信號(hào)，依此類(lèi)推。

當(dāng)所述光傳感器113為光電二極管時(shí)，所述第一處理器115可直接獲取所述光傳感器113所輸出亮度變化信號(hào)以作為PPG信號(hào)；其中，所述第一處理器115可不對(duì)所述亮度變化信號(hào)進(jìn)行處理。某些實(shí)施例中，所述第一處理器115僅對(duì)所述亮度變化信號(hào)進(jìn)行濾波或放大等前處理以產(chǎn)生PPG信號(hào)。

當(dāng)所述光傳感器113為圖像傳感器時(shí)，所述第一處理器115例如計(jì)算所述像素陣列所輸出的每一圖像幀的至少一部分像素(例如目標(biāo)區(qū)域WOI內(nèi))的圖像信號(hào)和(例如以軟件實(shí)現(xiàn))，并連續(xù)地計(jì)算一段時(shí)間間隔(例如5～10秒)的圖像信號(hào)和作為PPG信號(hào)(如圖3所示)。在其他實(shí)施例中，當(dāng)所述光傳感器113為圖像傳感器且所述圖像傳感器本身即具有計(jì)算圖像信號(hào)和的功能(例如以硬件實(shí)現(xiàn))時(shí)，所述第一處理器115僅獲取一段時(shí)間間隔(例如5～10秒)的圖像信號(hào)和作為PPG信號(hào)；且本實(shí)施例中，所述第一處理器115可不對(duì)所述圖像信號(hào)和進(jìn)行處理或僅對(duì)所述圖像信號(hào)和進(jìn)行濾波或放大等前處理。換句話(huà)說(shuō)，本發(fā)明中的PPG信號(hào)可為光電二極管所輸出的圖像信號(hào)隨時(shí)間的變化，或者圖像傳感器的單一像素的圖像信號(hào)或多個(gè)像素的圖像信號(hào)和隨時(shí)間的變化。

本實(shí)施例中，所述第一處理器115用于根據(jù)所述圖像信號(hào)IF計(jì)算第一可靠度，并根據(jù)所述第一可靠度更新至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP。

在一實(shí)施例中，所述第一可靠度包含平均亮度及均勻度(uniformity)中的至少一者。在操作時(shí)，所述生理探測(cè)模塊11的探測(cè)面優(yōu)選緊密貼合所述皮膚區(qū)域SR，以避免外界光被所述光傳感器113所接收。因此，所述光傳感器113所輸出的圖像信號(hào)IF的平均亮度優(yōu)選低于第一亮度閾值，以確保所述光傳感器113并未接收到外界光。此外，為了使所述光傳感器113所輸出的圖像信號(hào)IF能夠用于計(jì)算生理特征，所述光傳感器113所輸出的圖像信號(hào)IF的平均亮度優(yōu)選高于第二亮度閾值，以確保所述光傳感器113接收到足夠的出射光。另一實(shí)施例中，當(dāng)所述光傳感器113包含像素陣列時(shí)，所述光傳感器113所輸出的圖像幀(即圖像信號(hào)IF)的均勻度優(yōu)選高于一預(yù)設(shè)閾值，以確保所述圖像幀的圖像品質(zhì)良好足以用來(lái)計(jì)算生理特征。當(dāng)所述第一可靠度未滿(mǎn)足預(yù)設(shè)條件(如上述閾值)時(shí)，所述第一處理器115則更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP；其中，滿(mǎn)足預(yù)設(shè)條件例如為第一可靠度介于一閾值區(qū)間、大于一閾值或小于一閾值，視所使用的第一可靠度而定。

在一實(shí)施例中，所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP選自包含曝光時(shí)間、增益值、目標(biāo)區(qū)域(WOI)、焦距以及收光相位的群組。所述曝光時(shí)間指所述光傳感器113在每一取樣時(shí)間的曝光時(shí)間。所述增益值指放大所述光傳感器113的感測(cè)信號(hào)的增益值(例如模擬或數(shù)字增益)。所述目標(biāo)區(qū)域選擇可靠度較高或亮度介于預(yù)設(shè)范圍的像素區(qū)域(如圖2所示)。所述焦距例如通過(guò)馬達(dá)裝置(例如音圈馬達(dá))來(lái)調(diào)整。所述收光相位是指改變接收所述皮膚區(qū)域SR的出射光的相位；例如如圖4所示，其顯示兩個(gè)像素P1、P2分別以不同角度(或相位)接收出射光，斜線(xiàn)區(qū)域表示不透光金屬層，例如在CMOS工藝中利用多個(gè)金屬層(例如M1～M10)形成不同光通道，以使不同像素得以接收不同角度(或相位)的出射光。必須說(shuō)明的是，雖然圖4僅顯示兩像素，然其僅用于說(shuō)明而并非用于限定本發(fā)明。接收相同相位的出射光的像素?cái)?shù)目可根據(jù)不同應(yīng)用而定，并無(wú)特定限制。可以理解的是，當(dāng)所述光傳感器113包含單一光電二極管時(shí)，所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP可不包含所述目標(biāo)區(qū)域(WOI)及所述收光相位。

其他實(shí)施例中，所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP還用于控制所述光源模塊111的發(fā)光強(qiáng)度，例如通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電流、點(diǎn)亮的光源數(shù)目或光源距離等來(lái)調(diào)整所述發(fā)光強(qiáng)度。

所述存儲(chǔ)單元117例如為寄存器(register)或存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)等。所述存儲(chǔ)單元117耦接所述第一處理器115以用于暫存所述圖像信號(hào)IF、所述亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))、所述第一可靠度CL、所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP以及算法等。

所述傳輸接口119用于與外部裝置耦接以進(jìn)行通信，例如將所述圖像信號(hào)IF、亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))、第一可靠度CL及/或信號(hào)源參數(shù)AP傳送至外部裝置。所述傳輸接口119例如為有線(xiàn)傳輸接口(例如I2C、SPI、USB等)或無(wú)線(xiàn)傳輸接口(例如藍(lán)牙接口等)。

所述應(yīng)用模塊13耦接所述生理探測(cè)模塊11以作為所述生理探測(cè)模塊11的外部裝置。所述應(yīng)用模塊13用于接收所述圖像信號(hào)IF、亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))、第一可靠度CL和/或信號(hào)源參數(shù)AP并進(jìn)行相應(yīng)處理及控制；其中，所述第一可靠度CL可作為進(jìn)一步調(diào)整所述信號(hào)源參數(shù)AP的參考。所述應(yīng)用模塊13通知所述生理探測(cè)模塊11輸出數(shù)據(jù)并將更新的信號(hào)源參數(shù)AP傳回至所述生理探測(cè)模塊11。所述應(yīng)用模塊13包含傳感器驅(qū)動(dòng)單元131、第二處理器133以及周邊驅(qū)動(dòng)單元135。

所述傳感器驅(qū)動(dòng)單元131用于驅(qū)動(dòng)所述生理探測(cè)模塊11并與所述傳輸接口119建立有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信，以從所述傳輸接口119接收所述圖像信號(hào)IF、亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))、第一可靠度CL和/或信號(hào)源參數(shù)AP并將更新后的信號(hào)源參數(shù)AP傳回至所述傳輸接口119。換句話(huà)說(shuō)，所述傳感器驅(qū)動(dòng)單元131還包含傳輸接口。本發(fā)明說(shuō)明中，所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP可根據(jù)所述第一可靠度和/或第二可靠度(由所述應(yīng)用模塊13所計(jì)算)進(jìn)行更新。兩裝置之間通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式傳遞數(shù)據(jù)的方式已為公知，故于此不再贅述。

所述第二處理器133例如為微控制器(MCU)或中央處理單元(CPU)，用于根據(jù)所述亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))計(jì)算第二可靠度，若有需要，還根據(jù)所述第二可靠度進(jìn)一步更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP。在一實(shí)施例中，所述第二可靠度例如包含PPG信號(hào)振幅及信噪比中的至少一者。

例如，所述第二處理器133接收所述PPG信號(hào)(如圖3所示)后，則將所述PPG信號(hào)的振幅與至少一個(gè)閾值進(jìn)行比較；當(dāng)所述PPG信號(hào)振幅介于一預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)時(shí)，表示所述光傳感器113所探測(cè)的出射光適于計(jì)算生理特征，而不需調(diào)整所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP；而當(dāng)所述PPG信號(hào)振幅未介于一預(yù)設(shè)閾值范圍內(nèi)時(shí)，則調(diào)整所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP。

例如，所述第二處理器133可先將所述亮度變化信號(hào)轉(zhuǎn)換至頻域，如圖5所示。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的頻域數(shù)據(jù)的示意圖。所述第二處理器133可計(jì)算目標(biāo)頻譜(例如頻譜能量最大者或預(yù)設(shè)頻譜)與其他頻譜能量合的比值以作為信噪比(SNR)。接著，所述第二處理器133比較所述信噪比與至少一個(gè)閾值，例如當(dāng)所述信噪比大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則不調(diào)整所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP；而當(dāng)所述信噪比小于所述預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則調(diào)整所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP。

所述第二處理器133還用于根據(jù)所述亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))計(jì)算生理特征；其中，所述生理特征例如包含血氧濃度、心跳、呼吸率、二次微分光體積變化描述波形(SDPPG)等。根據(jù)PPG信號(hào)計(jì)算生理特征可利用公知方式，故于此不再贅述。

所述周邊驅(qū)動(dòng)單元135用于驅(qū)動(dòng)周邊裝置以表示所述生理特征，例如驅(qū)動(dòng)顯示器顯示所述生理特征或發(fā)出警示，或者驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播放所述生理特征或發(fā)出警示；其中，驅(qū)動(dòng)周邊裝置的方式已為公知，故于此不再贅述。

如圖6所示，其為本發(fā)明第一實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法的流程圖，包含下列步驟：獲取圖像(步驟S61)；計(jì)算可靠度(步驟S62)；比較所述可靠度與至少一個(gè)閾值(步驟S63)；更新至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)及信號(hào)源調(diào)整(步驟S64)；以及信息存儲(chǔ)(步驟S65)。本操作方法例如適用于圖1的生理探測(cè)系統(tǒng)100。

同時(shí)參考圖1～4及6，以下接著說(shuō)明第一實(shí)施例的實(shí)施方式。

步驟S61：所述生理探測(cè)模塊11根據(jù)至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP探測(cè)皮膚區(qū)域SR的出射光并產(chǎn)生圖像信號(hào)IF。例如，所述生理探測(cè)模塊11的光源模塊111朝向所述皮膚區(qū)域SR照明，所述生理探測(cè)模塊11的光傳感器113探測(cè)所述皮膚區(qū)域SR的出射光以在每一取樣時(shí)間產(chǎn)生一圖像信號(hào)IF。

步驟S62：所述生理探測(cè)模塊11根據(jù)所述圖像信號(hào)IF計(jì)算可靠度CL。例如，所述生理探測(cè)模塊11的第一處理器115計(jì)算所述圖像信號(hào)IF平均亮度及均勻度中的至少一者以作為所述可靠度CL。當(dāng)所述光傳感器113包含像素陣列時(shí)，所述第一處理器115可計(jì)算所述像素陣列輸出的圖像幀的整體平均亮度或均勻度，或者計(jì)算所述像素陣列輸出的圖像幀的局部(例如圖2目標(biāo)區(qū)域)平均亮度或均勻度。

步驟S63：所述生理探測(cè)模塊11的第一處理器115將所述可靠度CL與至少一個(gè)閾值進(jìn)行比較；其中，所述至少一個(gè)閾值是預(yù)先存儲(chǔ)于所述生理探測(cè)模塊11的存儲(chǔ)單元117中。所述至少一個(gè)閾值的個(gè)數(shù)可根據(jù)不同實(shí)施例而定。例如，所述第一處理器115可比較所述可靠度CL與多個(gè)閾值以確認(rèn)所述可靠度CL是否位于預(yù)設(shè)閾值范圍；其中，所述預(yù)設(shè)閾值范圍表示所述圖像信號(hào)IF為有效圖像信號(hào)，適于進(jìn)行后續(xù)運(yùn)算。例如，所述第一處理器115可比較所述可靠度CL與單一閾值，以確認(rèn)所述可靠度CL大于(或等于)或小于(或等于)所述單一閾值。

步驟S64：當(dāng)所述可靠度CL未介于預(yù)設(shè)閾值范圍時(shí)，則根據(jù)所述可靠度CL與所述至少一個(gè)閾值的比較結(jié)果更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP并進(jìn)行信號(hào)源調(diào)整。例如，當(dāng)所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP包含曝光時(shí)間時(shí)，則所述第一處理器115調(diào)整所述光傳感器113的曝光時(shí)間。例如，當(dāng)所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP包含增益值時(shí)，則所述第一處理器115調(diào)整所述光傳感器113的增益值。例如，當(dāng)所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP包含目標(biāo)區(qū)域(如圖2所示)時(shí)，則所述第一處理器115調(diào)整所述目標(biāo)區(qū)域的尺寸或位置。例如，當(dāng)所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP包含焦距時(shí)，則所述第一處理器115控制馬達(dá)以改變所述光傳感器113的焦距設(shè)定。例如，當(dāng)所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP包含收光相位時(shí)，則所述第一處理器115改變所述光傳感器113輸出圖像信號(hào)IF的像素，例如圖4所示關(guān)閉像素P1而開(kāi)啟像素P2，或進(jìn)行相反操作。本實(shí)施例中，當(dāng)包含多個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP時(shí)，所述第一處理器115可每次調(diào)整一部分所述等信號(hào)源參數(shù)AP或同時(shí)調(diào)整所有所述多個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP。例如，所述存儲(chǔ)單元117可預(yù)先存儲(chǔ)查找表，所述第一處理器115可比較所述可靠度CL與所述查找表以更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP。所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP更新后，所述第一處理器115根據(jù)更新后信號(hào)源參數(shù)AP進(jìn)行信號(hào)源調(diào)整。

步驟S65：所述第一處理器115可根據(jù)多個(gè)圖像信號(hào)IF產(chǎn)生亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))，如圖3所示，并將其存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)單元117，并同時(shí)將所述亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))通過(guò)其傳輸接口119予以輸出。此外，其他相關(guān)信息，例如所述圖像信號(hào)IF、可靠度CL以及信號(hào)源參數(shù)AP亦存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)單元117以供后續(xù)操作中使用。

接著，所述生理探測(cè)模塊11利用更新后的信號(hào)源參數(shù)AP產(chǎn)生下一個(gè)圖像信號(hào)。

如圖7所示，其為本發(fā)明第二實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法的流程圖，包含下列步驟：獲取圖像(步驟S71)；計(jì)算可靠度(步驟S72)；比較所述可靠度與至少一個(gè)閾值(步驟S73)；更新至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)及信號(hào)源調(diào)整(步驟S74)；信息存儲(chǔ)(步驟S75)；判斷是否輸出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(步驟S76)；以及傳輸數(shù)據(jù)(步驟S77)。本操作方法例如適用于圖1的生理探測(cè)系統(tǒng)100。

第二實(shí)施例的步驟S71～步驟S75類(lèi)似于上述第一實(shí)施例的步驟S61～步驟S65，故于此不再贅述。第二實(shí)施例中，在步驟S75信息存儲(chǔ)完后，接著在步驟S76，所述生理探測(cè)模塊11的傳輸接口119確認(rèn)是否收到來(lái)自所述應(yīng)用模塊13的數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，例如輪詢(xún)(polling)或中斷(interrupt)信號(hào)。若確認(rèn)收到所述數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，所述傳輸接口119則將圖像信號(hào)IF、PPG信號(hào)、可靠度CL(在步驟S72所獲得)及信號(hào)源參數(shù)AP(其存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)單元117)傳送至所述應(yīng)用模塊13(步驟S77)；若未收到所述數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，則所述傳輸接口119不輸出相關(guān)數(shù)據(jù)。最后，所述生理探測(cè)模塊11利用更新后的信號(hào)源參數(shù)AP(在步驟S74更新)產(chǎn)生下一個(gè)圖像信號(hào)。

第二實(shí)施例中，所述應(yīng)用模塊13接收到亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))后，則可根據(jù)所述亮度變化信號(hào)計(jì)算生理特征并進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的控制。

如圖8所示，其為本發(fā)明第三實(shí)施例的生理探測(cè)系統(tǒng)的操作方法的流程圖，其包含下列步驟：獲取圖像(步驟S81)；計(jì)算第一可靠度(步驟S82)；比較所述第一可靠度與至少一個(gè)閾值(步驟S83)；更新至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)(步驟S84)；信息存儲(chǔ)(步驟S85)；判斷是否輸出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(步驟S86)；傳輸數(shù)據(jù)(步驟S87)；接收更新后信號(hào)源參數(shù)(步驟S88)；以及信號(hào)源調(diào)整(步驟S89)。本操作方法例如適用于圖1的生理探測(cè)系統(tǒng)100。本實(shí)施例中，步驟S81～步驟S83以及步驟S85類(lèi)似于上述第一實(shí)施例的步驟S61～步驟S63以及步驟S65，故于此不再贅述。

第三實(shí)施例與第二實(shí)施例的差異在于，第三實(shí)施例中，所述應(yīng)用模塊13還根據(jù)所接收的亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))計(jì)算第二可靠度CL2以在需要時(shí)進(jìn)一步更新信號(hào)源參數(shù)AP。因此，第三實(shí)施例的步驟S84中，所述生理探測(cè)模塊11僅根據(jù)第一可靠度CL與至少一個(gè)閾值的比較結(jié)果更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP，而在該步驟S84中還未進(jìn)行信號(hào)源調(diào)整。本實(shí)施例中，所述第一可靠度CL例如包含平均亮度及均勻度中的至少一者。

步驟S86～S87：當(dāng)所述生理探測(cè)模塊11確認(rèn)收到來(lái)自所述應(yīng)用模塊13的數(shù)據(jù)傳送信號(hào)(例如輪詢(xún)信號(hào)或中斷信號(hào))時(shí)，所述生理探測(cè)模塊11將根據(jù)多個(gè)圖像信號(hào)IF所產(chǎn)生的亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))輸出至所述應(yīng)用模塊13。若未收到數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，則直接進(jìn)入步驟S89，所述生理探測(cè)模塊11利用目前信號(hào)源參數(shù)AP(例如在步驟S84中所更新的)調(diào)整相應(yīng)取樣設(shè)定，例如調(diào)整曝光時(shí)間、增益值、目標(biāo)區(qū)域、焦距設(shè)定以及收光相位中的至少一者。

接收到亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))后，所述應(yīng)用模塊13則可根據(jù)所述亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))計(jì)算第二可靠度CL2；其中，所述第二可靠度CL2例如包含PPG信號(hào)振幅及信噪比中的至少一者，因其已在上文中說(shuō)明，故于此不再贅述。所述應(yīng)用模塊13還在需要時(shí)根據(jù)所述第二可靠度CL2進(jìn)一步更新所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP并回傳更新后的信號(hào)源參數(shù)AP(例如當(dāng)所述PPG信號(hào)振幅未介于預(yù)設(shè)范圍或所述信噪比未超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí))。此外，所述應(yīng)用模塊13還根據(jù)所述亮度變化信號(hào)(或PPG信號(hào))計(jì)算并表示生理特征，例如血氧濃度、心跳、呼吸率、SDPPG等。

步驟S88～S89：所述生理探測(cè)模塊11接收來(lái)自所述應(yīng)用模塊13的更新后信號(hào)源參數(shù)AP后，根據(jù)所述更新后信號(hào)源參數(shù)AP調(diào)整相應(yīng)取樣設(shè)定。

接著，所述生理探測(cè)模塊11利用更新后的信號(hào)源參數(shù)AP產(chǎn)生下一個(gè)圖像信號(hào)。某些實(shí)施例中，所述信號(hào)源參數(shù)AP還可被用于調(diào)整所述生理探測(cè)模塊11的光源模塊111的發(fā)光強(qiáng)度。

必須說(shuō)明的是，雖然圖1顯示所述光源模塊111與所述光傳感器113位于皮膚區(qū)域SR的同一側(cè)而形成反射式探測(cè)裝置，然而本發(fā)明說(shuō)明并不以此為限。其他實(shí)施例中，所述光源模塊111與所述光傳感器113可位于皮膚區(qū)域的相對(duì)側(cè)而形成透射式探測(cè)裝置。

可以理解的是，上述實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝豢煽慷群?或第二可靠度符合預(yù)設(shè)要求時(shí)，表示所述光傳感器113所獲取的圖像信號(hào)IF適于計(jì)算生理特征，則此時(shí)不調(diào)整所述至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)AP。

綜上所述，由于光學(xué)式生理探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于便攜式裝置或穿戴式裝置時(shí)，可能因?yàn)槭褂脿顩r的不確定性而降低探測(cè)精確度。因此，本發(fā)明說(shuō)明提出一種生理探測(cè)系統(tǒng)(圖1)及其操作方法(圖6～8)，其根據(jù)圖像信號(hào)的可靠度調(diào)整至少一個(gè)信號(hào)源參數(shù)，以提高探測(cè)精確度。

雖然本發(fā)明已以上述實(shí)例公開(kāi)，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種更動(dòng)與修改。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所限定者為準(zhǔn)。