本发明涉及一种实时心跳检测方法及实时心跳检测系统，特别是涉及一种通过在适当的时间点切换不同的带通滤波器，以多线程并行式(multi-threadparallelprocessing)的做法，反映出实时以及长期稳定的心跳的实时心跳检测方法及实时心跳检测系统。
背景技术：
已知的指纹辨识器仅具有指纹辨识功能而不具有其他功能。
另有现有技术提出：利用影像辨识的方式来检测心跳。但是，目前并没有整合指纹辨识功能与心跳检测的装置。
此外，已知的利用影像辨识的方式来检测心跳的方法中，若是采用较精确(频带较窄)的带通滤波，则被检测的心跳有可能不落在此频带范围(例如，同一个人在运动中与睡眠中，心跳差异很大)。若是采用频带较宽的带通滤波，则检测心跳的准确度下降。因此，已知的利用影像辨识来检测心跳的方式中，实时心跳检测正确率不能令人满意。
有鉴于此，本发明提出一种能够通过在适当的时间点切换不同的带通滤波器，以多线程并行式的做法，反映出实时以及长期稳定的心跳的实时心跳检测方法及实时心跳检测系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种实时心跳检测方法及实时心跳检测系统，其能够通过在适当的时间点切换不同的带通滤波器，以多线程并行式的做法，反映出实时以及长期稳定的心跳。
为实现上述发明目的，就其中一观点言，本发明提供了一种实时心跳检测方法，通过感测一手指特征而检测实时心跳，该方法包含以下步骤：(a)投射光至该手指以产生一反射光；(b)通过一感测单元接收该反射光，以产生至少一原始指纹影像；(c)根据该至少一原始指纹影像以产生对应的多个原始波形信息；(d)自多个不同的带通滤波器中择一，以过滤该原始波形信息；(e)根据过滤后的原始波形信息，计算一初始心跳；(f)检查计算出的该初始心跳的频率范围，决定适合的带通滤波器；(g)输出一最终心跳；以及重复步骤(a)-(g)，其中，于重复步骤(d)时，根据前一次的步骤(f)而自多个不同的带通滤波器中择一；以及其中，步骤(f)与(g)至少部分同时进行，且本次的步骤(a)-(c)与前一次的步骤(f)-(g)至少部分同时进行。
在一种较佳的实施型态中，步骤(d)包括以下步骤：(d1)选择该多个不同的带通滤波器中的一个，以过滤该多个原始波形信息中的噪声，而产生前处理化波形信息；(d2)将该前处理化波形信息低通滤波取其平均值，以产生平均化波形信息；以及(d3)根据该前处理化波形信息与该平均化波形信息彼此相切的部分，产生对应的一周期信息。
在一种较佳的实施型态中，步骤(e)包括以下步骤：根据该周期信息，产生该初始心跳。
在一种较佳的实施型态中，步骤(f)包括以下步骤：(f1)检查该初始心跳是否为一稳定值，如是则进行步骤(f2)，否则进行步骤(f3)；(f2)根据此稳定值，决定适合的带通滤波器，并接着进行步骤(f3)；以及(f3)对该初始心跳进行低通滤波，以输出该最终心跳。
就另一观点言，本发明提供了一种实时心跳检测系统，用以感测一手指特征而检测实时心跳，其包含：一指纹传感器，包含一光源以及一感测单元，该光源投射光至该手指以产生一反射光，该感测单元接收该反射光以产生至少一原始指纹影像；一像素信息接收器，根据该至少一原始指纹影像以产生对应的多个原始波形信息；以及一计算器，具有多个不同的带通滤波器，该计算器自多个不同的带通滤波器中择一，以过滤该原始波形信息，且该计算器根据过滤后的原始波形信息，计算一初始心跳；其中，该计算器检查计算出的该初始心跳的频率范围，决定适合的带通滤波器，且，该计算器输出一最终心跳；其中，该计算器检查计算出的该初始心跳的频率范围，决定适合的带通滤波器与该计算器输出该最终心跳彼此之间为至少部分同时进行。
在一种较佳的实施型态中，该计算器包括：一波形过滤单元，用以根据该多个原始波形信息，产生一周期信息；一心跳计算单元，用以根据该周期信息，产生一初始心跳；以及一检查单元，用以检查该初始心跳落在哪一个频带，以决定适合的带通滤波器及检查该初始心跳是否稳定。
在一种较佳的实施型态中，该波形过滤单元包括：一多段式带通滤波器，具有多个不同的带通滤波器，其中，该多个不同的带通滤波器用以过滤该多个原始波形信息中的噪声，以产生前处理化波形信息；以及一低通滤波器，用以将该前处理化波形信息取其平均值，以产生平均化波形信息；其中，该波形过滤单元根据该前处理化波形信息与该平均化波形信息彼此相切的部分，产生对应的该周期信息。
在一种较佳的实施型态中，当该初始心跳稳定时，该检查单元输出一频带切换信号至该像素信息接收器，而自多个不同的带通滤波器中择一。
在一种较佳的实施型态中，当该初始心跳不为稳定时，该检查单元对该初始心跳进行低通滤波而输出最终心跳。
在一种较佳的实施型态中，该手指特征为一指纹特征。
以下通过具体实施例详加说明，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。
附图说明
图1为流程图，其示出本发明的实时心跳检测方法的一实施例；
图2为流程图，其示出本发明的实时心跳检测方法的一具体实施例；
图3示出本发明的实时心跳检测方法所适用的实时心跳检测系统的一实施例的方块示意图；
图4示出本发明的计算器的一实施例的方块示意图；
图5示出本发明的计算器的一具体实施例的方块示意图；
图6示出在本发明的实时心跳检测方法的步骤中，本次的步骤(a)-(c)与前一次的步骤(f)-(g)至少部分同时进行；
图7标出与心跳相关的对应的周期信息的产生方法；
图8示出不同的带通滤波器各自具有不同的频带，其各自对应不同的心跳频率区间；
图9为一波德图，其示出在某个频带时，频率响应增益的分贝值对频率的变化关系图。
图中符号说明
10实时心跳检测系统
11指纹传感器
111光源
112感测单元
12像素信息接收器
13计算器
131波形过滤单元
131a多段式带通滤波器
131b低通滤波器
132心跳计算单元
133检查单元
33手指
a～e频带
f1原始指纹影像
hr0初始心跳
hr1最终心跳
l1反射光
p1周期信息
sb频带切换信号
st1～st7步骤
st41～st43步骤
st51、st61步骤
t1前处理化波形信息
t2平均化波形信息
w1原始波形信息
具体实施方式
涉及本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。本发明中的图式均属示意，主要意在表示各装置以及各元件之间的上下次序关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。
请参考图1并对照图3。图1为流程图，其示出本发明的实时心跳检测方法的一实施例。图3示出本发明的实时心跳检测方法所适用的实时心跳检测系统的一实施例的方块示意图。
如图3所示，实时心跳检测系统10用以感测一手指特征而检测实时心跳。在一实施例中，手指特征例如但不限于可为一指纹特征。
实时心跳检测系统10包含：一指纹传感器11、一像素信息接收器12以及一计算器13。指纹传感器11包含一光源111以及一感测单元112。其中，在一实施例中，感测单元112例如但不限于可为一像素矩阵感测单元。光源投射光至手指33以产生一反射光l1(步骤st1)。感测单元112接收反射光l1，以产生至少一原始指纹影像f1(步骤st2)。
像素信息接收器12根据至少一原始指纹影像f1，以产生对应的多个原始波形信息w1(步骤st3)。
计算器13具有多个不同的带通滤波器131a(见图5)。在一实施例中，计算器13可自多个不同的带通滤波器131a中择一，以过滤原始波形信息w1(步骤st4)。且，计算器13根据过滤后的原始波形信息，计算一初始心跳hr0(步骤st5)。
值得注意的是，本发明其中之一的特征与优点在于：在初步获取初始心跳hr0之后，计算器13会进一步地检查步骤st5所计算出的初始心跳hr0的频率范围，由此，本发明能够决定哪一个带通滤波器为最适合的(步骤st6)。因此，本发明可以采用较为精确(频带较窄)的带通滤波器来精确过滤，以取得较精准的心跳信息。
在步骤st6之后，计算器13将会输出一最终心跳hr1(步骤st7)。
更具体地说，本发明的特征与优点包括：
第一、在输出最终心跳hr1之后，本发明的实时心跳检测系统10所采用的实时心跳检测方法会重复步骤st1～st7。于重复上述步骤st4时，计算器13可根据前一次的步骤st6(即计算器13会进一步地检查步骤st5所计算出的初始心跳hr0的频率范围，由此，本发明能够决定哪一个带通滤波器为最适合的)而自多个不同的带通滤波器131a中择一。
第二、请特别看图1，计算器13检查计算出的初始心跳hr0的频率范围，决定适合的带通滤波器的步骤(即步骤st6)与计算器13输出最终心跳hr1的步骤(即步骤st7)彼此之间至少部分同时进行。
第三、请特别看图6，本次的步骤st1～st3与前一次的步骤st6～st7至少部分同时进行。
值得注意的是，根据上述，由于本发明的步骤st6～步骤st7彼此之间至少部分同时进行，且，在本发明中，本次的步骤st1～st3与前一次的步骤st6～st7至少部分同时进行，因此，本发明能够切换不同的带通滤波器以得出最精确的检测结果，且多线程(multi-thread)并行式(parallelprocessing)的做法可以缩短流程的时间，以实时反映出目前以及长期稳定的心跳。
请参考图2并对照图4。图2为流程图，其示出本发明的实时心跳检测方法的一具体实施例。图4示出本发明的计算器的一实施例的方块示意图。
如图4所示，在一实施例中，计算器13例如但不限于可包括：一波形过滤单元131、一心跳计算单元132及一检查单元133。
波形过滤单元131用以根据多个原始波形信息w1，产生一周期信息p1(步骤st4)。心跳计算单元132用以根据周期信息p1，产生一初始心跳hr0(步骤st51)。检查单元133一方面用以检查初始心跳hr0落在哪一个频带，以决定适合的带通滤波器。此外，另一方面，检查单元133可以检查初始心跳hr0是否为一稳定值(步骤st61)。
请参考图2并对照图5及图7。图5示出本发明的计算器的一具体实施例的方块示意图。图7标出与心跳相关的对应的周期信息的产生方法。
如图5所示，在一实施例中，计算器13的波形过滤单元131例如但不限于可包括：一多段式带通滤波器131a及一低通滤波器131b。
本发明所指的多段式带通滤波器131a是具有多个不同的带通滤波器。多段式带通滤波器131a用以过滤多个原始波形信息w1中的噪声，以产生一前处理化波形信息t1(如图7所示；同时参考图2所示的步骤st41)。
值得注意的是，本发明的又一特征与优点在于：由于多段式带通滤波器131a具有多个不同的带通滤波器，因此计算器13的波形过滤单元131可根据前一次的步骤st6(即计算器13的波形过滤单元131会进一步地检查步骤st5所计算出的初始心跳hr0的频率范围，由此，本发明能够决定多段式带通滤波器131a中的哪一个带通滤波器为最适合的)而自多段式带通滤波器131a所具有的多个不同的带通滤波器中择一。如此一来，重复几次之后，前处理化波形信息t1的噪声会大幅减少。
低通滤波器131b用以将前处理化波形信息t1取其平均值，以产生一平均化波形信息t2(如图7所示；同时参考图2所示的步骤st42)。
接着，波形过滤单元131便可根据前处理化波形信息t1与平均化波形信息t2彼此相切的部分，产生对应的周期信息p1(如图2所示的步骤st43；同时参考图5)。
请参考图2并对照图4及图5。值得注意的是，本发明的又一特征与优点在于：检查单元133一方面用以检查初始心跳hr0落在哪一个频带，以决定适合的带通滤波器。此外，另一方面，检查单元133可以检查初始心跳hr0是否为一稳定值(步骤st61)。
当初始心跳是为稳定值时，便根据此稳定值决定合适的带通滤波器(步骤st62)，检查单元133会输出一频带切换信号sb至像素信息接收器12。于重复步骤st4时，便根据前一次的步骤st6(步骤st62)，而自多个不同的带通滤波器中择一。
此外，较佳地，可对初始心跳hr0进行低通滤波(步骤st63)。
当初始心跳不为稳定值时，则步骤st61直接进行至步骤st63。之后，检查单元133就会输出最终心跳hr1(步骤st7)。
当然，最值得注意的是：上述的“当初始心跳是为稳定值时，便根据此稳定值决定合适的带通滤波器(步骤st62)，检查单元133会输出一频带切换信号sb至像素信息接收器12；于重复步骤st4时，便根据前一次的步骤st6(步骤st62)，而自多个不同的带通滤波器中择一”与上述的“对初始心跳hr0进行低通滤波(步骤st63)，之后，检查单元133就会输出最终心跳hr1(步骤st7)”彼此之间为至少部分同时进行，由此本发明能够通过在适当的时间点切换不同的带通滤波器，以多线程(multi-thread)并行式的做法，反映出实时以及长期稳定的心跳。
至于本发明如何通过在适当的时间点切换不同的带通滤波器，以多线程(multi-thread)并行式的做法，反映出实时以及长期稳定的心跳，请参考图6、图8及图9。图8示出不同的带通滤波器各自具有不同的频带，其各自对应不同的心跳频率区间。图9为一波德图，其举例示出在某个频带时，频率响应增益的分贝值对频率的变化关系图。
如图8所示，不同的个人，各自具有的心跳频率区间都不相同。因此，本发明的优点在于：将各自不同的心跳频率区间对应各自不同的频带。这里所谓的频带指的是上述的多段式带通滤波器131a所具有的多个不同的带通滤波器，其中，各自不同的带通滤波器具有各自不同的频带。如图8所示，举例而言，当某人的心跳频率区间小于60hz，则其所对应的频带为a。当某人的心跳频率区间介于80hz～100hz，则其所对应的频带为c。值得注意的是，在一实施例中，图8所示的频带a～e，彼此之间可以是相互重叠的。在另一实施例中，图8所示的频带a～e，彼此之间也可以是完全不相互重叠的。当然，各带通滤波器所对应的心跳频率区间不限于此实施例的安排方式，而可以任意变化。
举例来说，在第一次过滤多个原始波形信息w1中的噪声时，所选用的带通滤波器的频带例如但不限于可为：36～180。而这36～180的频带范围比上述的频带a～e的范围都要来得大。接下来，一旦本发明的实时心跳检测方法开始不断地重复步骤st1～st7(见图1)，且初始心跳为一稳定值时，本发明便可将“36～180的频带范围”切换成其他的频带(也可参见图6)。例如，假设某人的心跳频率区间介于80hz～100hz，则在此情况下，在步骤st4便可例如但不限于自多个不同的带通滤波器中选择频带为c的那一个带通滤波器(也可参见图6)。
本发明使用较精确的多个带通滤波器，且动态地在不同的带通滤波器间切换，可以因应不同人的不同心跳特征，也可以因应同一个人的不同活动状态，来得出最精确的心跳信息。
以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅是为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化。但凡此类，都可根据本发明的教示类推而得。此外，所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，例如但不限于将两实施例并用。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。此外，本发明的任一实施型态不必需实现所有的目的或优点，因此，权利要求的任一项也不应以此为限。