专利名称：使用光学信号判断人体状态与动作的系统以及判断人体状态的方法
技术领域：
大体上，本发明涉及一种判断人体状态的技术，更具体来说，涉及一种利用光学信号判断人体状态与动作的系统和一种判断人体状态的方法，它能判断出在人体的至少一区域的状态的变化、人体的姿势以及人体的活动状态。
背景技术：
所谓用于判断人体状态的移动侦测测技术包括一种用于基于利用一些记号感测人体信号来判断人体状态的技术，以及一种用于利用一些相机拍摄人体动作来判断人体状态的技术。利用记号的技术具有直接贴附标记于皮肤上的不便，并具有仅仅简单判断人体动作而无法判断施加于该人体区域的力量程度的缺点，以及无法判断该人体区域的三维立体 (3D)变化的缺点。利用相机技术因为使用贵的相机而具有高成本的缺点，以及无法判断人体区域的3D变化的缺点，就像利用记号的技术一样。此外，这两项技术难以应用于工业场所以及应用在紧急及危险环境中，例如火灾和紧急情况的场景。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于判断人体状态的系统，其能贴附在人体的至少一个区域，且接着简单并快速地判断人体的至少一个区域的状态、人体的姿势及人体的活动状态的变化，且能进一步应用于工业场所或危险环境，以及一种用于判断人体状态的方法。为了实现上述目的，一种使用光学信号判断人体状态与动作的系统包括一光学信号发送模块、一光学信号传输模块以及一人体状态分析模块。该光学信号发送模块可产生并输出光学信号。该光学信号传输模块包含至少一可穿戴于人体一区域上并具有至少一切口部分的光学信号传输路径。该人体状态分析模块可通过计算该至少一光学信号传输路径的光透射率(LTR)，判断人体状态的变化，该光透射率(LTR)依据该至少一光学信号传输路径的至少一切口部分的间隙而变化。在此，该至少一光学信号传输路径的该至少一切口部分的该间隙基于该人体区域的周围的变化而变化。一种用于判断人体状态的系统可利用用于判断人体状态的传感器以及用于判断人体状态的装置来实施，且该传感器及该装置是彼此分开的。用于判断人体状态的传感器可包含一光学信号发送模块，被配置以产生和输出光学信号，一光学信号传输模块，被配置以具有至少一个可穿戴于人体的一区域上并具有至少一切口部分的光学信号传输路径，以及一数据发送模块，被配置以发送基于自光学信号传输模块输出的光学信号而产生的数据至外部。在此，至少一光学信号传输路径的该至少一切口部分的该间隙基于该人体区域的周围的变化而变化。用于判断人体状态的装置可基于从用于判断人体状态的传感器接收的已处理数
4据来判断人体状态。用于判断人体状态的装置可包含一接收模块，用于从用于从判断人体状态的传感器接收已处理的信号，以及一运算模块，用于基于该已接收和已处理的数据计算至少一光学信号传输路径的光透射率LTR并基于该所计算的光透率LTR用于判断人体状态的变化。为了实现上述目的，一种判断人体状态的方法包括产生并输出一光学信号，利用至少一可穿戴于人体的一区域上并具有至少一切口部分的光学信号传输路径传输该光学信号，以及计算该至少一光学信号传输路径的一光透射率，该光透射率依据该至少一光学信号传输路径的该至少一切口部分的间隙而变化，并且基于所计算的该光透射率判断该人体状态的变化。在此，至少一光学信号转换路径的该至少一切口部分的该间隙基于该人体区域的周围的变化而变化。根据本发明实施例，判断人体状态的方法可通过执行存储在计算机可读记录媒体内用来进行判断人体状态的方法的计算机程序来实施。如上所述，与现有技术相比，根据本发明使用光学信号用于判断人体状态与动作的系统以及判断人体状态的方法，具有简单及快速判断人体区域的状态、人体的姿势以及人体移动状态的优点。此外，当使用无线通讯网络时，根据本发明使用光学信号用于判断人体状态及动作的系统以及判断人体状态的方法，具有即使超过一远距离也能简单及快速判断人体区域的状态、人体的姿势以及人体移动状态的优点。
图1为根据本发明一实施例使用光学信号判断人体状态和动作的系统的方块图；图2为显示图1光学信号传输模块结构的示意图；图3为说明光学信号传输模块的光学信号传输特征的示意图；图4为光学信号传输模块的光透射率LTR的图；图5为显示与衣服整合的人体状态分析模块；图6为图1中人体状态分析模块的方块图；图7为根据本发明一实施例说明判断人体状态的方法的流程图；以及图8为图7中判断人体状态变化过程的流程图。
具体实施例方式根据本发明一实施例，判断人体状态的方法亦可以计算机可读码形式在计算机可读记录媒体中来实施。根据本发明实施例，判断人体状态的方法可通过执行存储在计算机可读记录媒体上用来判断人体状态的方法的计算机程序来实施。为了充分理解本发明就本发明的操作优点，以及藉由实施本发明而达到的目标， 参考附图以图解本发明的较佳实施例和附图内容。本说明书中，组件“发送”数据或“发送”信号至另一组件的情况是指前组件可直接发送数据或信号至后组件，或者可经至少另一组件来发送数据或信号至后组件。以下将通过参考附图并描述本发明的最佳实施例以详细阐述本发明。每附图中相同组件采用相同数字标记。图1是根据本发明一实施例，一种使用光学信号判断人体状态和动作的系统10的方块图。参考图1，用来判断人体状态的系统10包含一光学信号发送模块100、一光学信号传输模块200、一人体状态分析模块300以及一用户接口 400。光学信号发送模块100可产生并输出光学信号。虽图1无显示，光学信号发送模块100可包括一光学信号产生器及一光学信号发射器。光学信号发送模块100可利用用于产生特殊波长的光学信号的发光二极管LEDs来实施。然而，本发明的该范围不限于其中。光学信号传输模块200可穿戴于人体的一区域上，且可提供有具有至少一切口部分的至少一光学信号传输路径。图2为显示图1所示的具有光学信号传输路径的光学信号传输模块200的结构示意图。如图2中示意所示，光学信号传输路径包括一信号传输路径主体210，一个或更多用于支持光纤的连接器220a和220b，以及一弹性构件230。至少一光学信号传输路径的至少一切口部分的间隙依据穿戴有光学信号传输路径的人体任一区域的周围变化而变化。光学信号传输路径可使用具有至少一切口部分的光纤来实施。然而，本发明的该范围不限于其中。光学信号传输路径主体210，功能用以支持用于支持光纤及弹性构件230的连接器220a和220b，且形成光学信号传输路径的框架。此外，提供光学信号传输路径主体210 用以能够穿戴在人体的至少一区域上。例如，光学信号传输路径主体210可穿戴于以下区域的其中一个上，如手臂、腰部、大腿内侧以及人体的小腿部。因此，光学信号传输路径主体 210较佳是以橡皮筋形成。当光学信号传输路径以图5所示的方式制造，光学信号发送模块100可使用光学信号传输路径主体210作为橡皮筋而穿在人体的必要区域。相反地，当光学信号传输模块200与衣服等整合提供时，光学信号传输路径主体210作为橡皮筋可缝到衣服等上。一对用于支持光纤的连接器220a和220b提供在光学信号传输路径主体210内， 并支持光纤201，以便至少一切口部分的间隙依据人体周围的变化而变化。如图2的情况， 光纤201在一单一位置被切割，并因此用于支持光纤的该对连接器220a和220b也提供在该单一位置。然而，本发明的该范围不仅限于此。例如，光纤201可有两个或更多个的切口部分。弹性构件230耦合至该对用于支持至少一光纤的连接器220a及220b，且接着用于支持光纤的连接器220a及220b在两者互相靠近的方向中弹性地偏置。因此，当光学信号传输模块200穿戴在任一区域像是人体的腿时，首先，如图2 (a)所示如，切口光纤201的两自由端均互相接近或互相接触。图2(b)所示，当进行走动或跑动时，由于人体周围的变化， 切口光纤201的两自由端均变得更宽。当动作停止时，如图2 (a)所示，切口光纤201的两自由端均藉由弹性构件230互相接近或互相接触。经光纤201的两自由端传输的光学信号的量藉由重复机制而改变。光学信号传输路径的光学信号发送模块100与人体状态分析模块300之间的连接单元240较佳是由硬质材料制成，能在外部保护光纤201以确保光学信号发送模块100与人体状态分析模块300稳定的连接。在此，如图2所示，连接单元240可用于固定并连接光纤201的末端，并且也可作为其中用于传输光学信号的传感器被附接的一部分。因此，连接单元240不限制于附图的形状。依据本发明实施例，根据机械原理经光学信号传输模块200来传送的光学信号的变化，也就是光透射率(LTR)，用于判断人体状态的系统10可判断穿戴有光学信号传输模块200的人体区域的状态变化。图3为说明光学信号传输模块的光学信号传输特征的示意图，以及图4为光学信号传输模块的光透射率LTR的图。参考图3，可知光透射率LTR是从光学信号接收器接收光学信号与从光学信号发射器输出的光学信号的比率，其随着穿戴光学信号传输模块200 的人体区域的周围的增加而逐渐减小。参考图4，可知光学信号传输模块200的光透射率 LTR的变化取决于人体区域周围的变化，即，穿戴光学信号传输模块200的人体区域的状态的变化。图5显示与衣服整合用来分析人体状态的系统10。在图5中，每个白线条指示用于穿戴在人体区域上的光学信号传输路径。光学信号发送模块100及人体状态分析模块 300可包含在衣服中的腰带部分。在图5中，当只有使用在右臂上部部分的光学信号传输路径UAr、在右臂下部部分的光学信号传输路径LAr、在右腿上部部分的光学信号传输路径ULr以及在右腿下部部分的光学信号传输路径LLr的光透射率LTR时，可判断人体的基本状态。以下描述一个简单例子，用于判断人体状态的系统10，利用用于固定姿势及周期性活动状态的光学信号传输路径的光透射率LTR来判断人体状态。首先，将描述在安全地躺下状态中设定各个光学信号传输路径的光透射率LTR至一最初参考值且接着判断人体的固定姿势的过程。例如，基于穿戴于人体腰部的光学信号传输路径的光透射率LTR可判断坐姿，以及基于穿戴于人体腿部的上部及下部部分和腰部的光学信号传输路径的光透射率LTR可判断站姿。需考虑藉由获取如图5所示穿戴于九个区域的所有光学信号转换路径的光透射率LTR而判断走动或跑动状态也就是周期性移动状态。走动状态及跑动状态具有不同光透射率LTR及不同的变化周期。图6为图1中人体状态分析模块300的方块图。人体状态分析模块300藉由取决于至少一光学信号传输路径200的至少一切口部分的间隙计算至少一光学信号传输模块的光透射率LTR以判断人体状态的变化。参考图6，人体状态分析模块300可包含一光学信号接收器310、一放大器320、一模拟/数字转换器(ADC) 330、一数据处理模块；340、一发送模块350、一接收模块360以及一运算模块370。光学信号接收器310可接收从光学信号传输模块200的光学信号传输路径输出的光学信号，将所接收的光学信号转换为电子信号，以及输出电子信号。光学信号接收器310 可使用驱动以响应所接收光学信号的光电二极管来实施。然而，本发明的该范围不仅限于此。放大器320可放大从光学信号接收器输出的信号，以及输出被放大的信号。模拟 /数字转换器330可将放大器320的输出信号转换为数字信号，并输出数字信号。数据处理模块340可处理从模拟/数字转换器330输出的数字信号，且输出已处理的信号。由数据处理模块340执行的数据处理可包括为了减少数据处理量在特定采样率中执行取样一数字信号的过程。由数据处理模块340执行的数据处理进一步包括执行将模拟/数字转换器330的数字信号转换为特定通讯标准形式的信号的过程。这仅是例证，且本发明的该范围不仅限于其中。发送模块350可发送已处理的信号至外部。发送模块350可利用无线通讯网络来发送已处理的信号至外部。无线通讯网络可以使Zigbee通讯网络、蓝牙通讯网络、WiBro通讯网络或无线互联网，但本发明的该范围不受限于此。接收模块360可接收来自发送模块350的数据，并输出所接受的数据。运算模块 370基于所接收的数据可计算光学信号传输路径的光透射率LTR，并且基于所计算的光透射率LTR判断穿戴光学信号转换路径的人体部位的状态变化。如上文描述，当穿戴超过一个光学信号传输路径于人体许多区域时，运算模块370可判断穿戴光学信号传输路径的人体每个区域状态、人体的姿势及人体活动状态的变化。人体状态分析模块300可使用单一装置来实施，且如图5所示，穿戴于人体腰带部分。如此，将运算模块370连接数据处理模块340的发送模块350及接收模块360在人体状态分析模块300中可以是不必要的组件。然而，光学信号接收器310、放大器320、模拟/数字转换器330、数据处理模块340 以及发送模块可被实施作为用于感测人体状态而贴附于人体的分离装置，且接收模块360 及运算模块370可被实施作为用于判断人体状态而与人体分离的分离装置。在此，用于发送人体状态的装置及用于判断人体状态的装置可藉由无线通讯网路上的发送模块350及接收模块360互相连接。然后，当依据本发明实施例使用用于判断人体状态的系统10时， 一观察者可位在远离人体处以监控人体状态。不像用于判断人体状态的现有技术，基于根据本发明实施例用来判断人体状态的系统10的特征，用于判断人体状态的系统10可应用至工业场所。此外，依据本发明实施例用于判断人体状态的系统10的优点在可用于危险与紧急环境中，像是火灾场景、事故场景、水下的环境及外层空间。虽图1没显示，连接至人体状态分析模块300的用户接口 400可包括至少多种操控装置中的其中之一，用于操控用来判断人体状态的系统10、一显示装置，基于用于判断人体状态的系统10的操作状态用来显示各种数据类型，包括取决于计算出的光透射率LTR的人体状态、以及各种显示装置，用于显示用来判断人体状态的系统10的操作状态。图7是依据本发明实施例，说明判断人体状态的方法的流程图。依据本发明实施例判断人体状态方法的过程，参考上文描述的附图，将进行详细的描述。当在步骤S70中光学信号传输模块100产生并输出光学信号，在步骤S80中光学信号传输模块200经至少一光学信号传输路径将光学信号发送模块100的光学信号传送至人体状态分析模块300。在步骤S90中人体状态分析模块300可计算至少一光学信号传输路径的光透射率LTR以及基于所计算的光透射率LTR判断人体状态的变化。图8为图7中判断人体状态变化过程的流程图。依据本发明实施例判断人体状态变化的过程，参考上文描述的附图，将进行详细的描述。在步骤S91中，当从光学信号传输路径接收光学信号时，光学信号转换为电子信号且接着使用光学信号接收器310输出电子信号，在步骤S92中，放大器320放大并输出光学信号接收器310的输出信号。在步骤S93中模拟/数字转换器330将放大器320的输出信号转换为数字信号并输出数字信号。在步骤S94中，数据处理模块340处理数字信号且接着输出已处理信号以及发送模块350发送已处理数据。接收模块360接收已处理数据，并输出所接受数据。在步骤S95 中，运算模块370基于已接收已处理的数据而计算至少一光学信号传输路径的光透射率LTR并且基于所算出的光透射率LTR判断人体状态的变化。依据本发明实施例判断人体状态的方法可以计算机可读码形式在计算机可读记录媒体中实施。据本发明实施例，判断人体状态的方法可藉由执行存储在计算机可读记录媒体上用于判断人体状态的方法的计算机程序来实施。计算机可读记录媒体包括记录装置的所有类型，其中存储由计算机系统可读的数据。举例来说，计算机可读记录媒体包括只读存储器(ROM)、随机存取内存(RAM)、光驱 (⑶-ROM)、磁带、软盘以及光学数据存储装置。此外，计算机可读记录媒体可分布在与网络互连的计算机系统中，且计算机可读码可以分布式的方式存储并且执行。此外，根据本发明实施例，用来实施判断人体状态的方法的功能程序、代码以及代码段，可藉由具有熟悉涉及本发明技术领域的程序人员而轻易得知。虽然结合附图所示的本发明的实施例描述本发明，其仅为说明性。本领域的普通技术人员可从上述说明书中领会各种改进以及等效实施例。因此，本发明的准确的技术保护范围由下文的权利要求范围所决定。
权利要求
1.一种使用光学信号判断人体状态与动作的系统，包括 一光学信号发送模块，被配置以产生并输出该光学信号；一光学信号传输模块，被配置以包括至少一可穿戴于人体的区域上并具有至少一切口部分的光学信号传输路径；以及一人体状态分析模块，被配置以通过计算该至少一光学信号传输路径的一光透射率 (LTR)判断人体状态的变化，该光透射率(LTR)依据该至少一光学信号传输路径的至少一切口部分的间隙而变化，其特征在于，该至少一光学信号传输路径的该至少一切口部分的该间隙依据该人体区域的周围的变化而变化。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该至少一光学信号传输路径包括具有至少一切口部分的光纤，该光纤的该至少一切口部分的该间隙依据该人体区域的该周围的变0 化而变化。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该人体状态分析模块包括一光学信号接收器，用于接收从该至少一光学信号传输路径输出的该光学信号，将所接收的该光学信号转换为一电子信号，且输出该电子信号；一放大器，用于放大并输出从该光学信号接收器输出的该信号； 一模拟/数字转换器(ADC)，用于从该放大器输出的该信号转换为一数字信号并输出该数字信号；以及一运算模块，用于基于自该模拟/数字转换器输出的该数字信号计算该至少一光学信号传输路径的该光透射率，并且用于基于该所计算的光透射率判断该人体状态的变化。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该人体状态分析模块进一步包括在该模拟/ 数字转换器与该运算模块之间连接的一接口模块。
5.一种使用光学信号判断人体状态与动作的方法，该方法包括 产生并输出该光学信号；利用至少一可穿戴于人体的一区域上并具有至少一切口部分的光学信号传输路径传输该光学信号；以及计算该至少一光学信号传输路径的一光透射率，该光透射率(LTR)依据该至少一光学信号传输路径的该至少一切口部分的间隙而变化，并且基于该所计算的光透射率判断该人体状态的变化；其特征在于，该至少一光学信号传输路径的该至少一切口部分的该间隙依据该人体区域的周围的变化而变化。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该至少一光学信号传输路径包括具有至少一切口部分的光纤，该光纤的该至少一切口部分的该间隙依据该人体区域的该周围的变化而变化。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该分析人体状态的变化包括接收从该至少一光学信号传输路径输出的该光学信号，将该所接收的光学信号转换为一电子信号，并使用一光学信号接收器输出该电子信号； 放大并输出从该光学信号接收器输出的该信号； 将该所放大并输出的信号转换为一数字信号，并输出该数字信号；以及基于该输出的数字信号计算该至少一光学信号传输路径的该光透射率，并且基于该所计算的光透射率判断该人体状态的变化。
8.一种使用光学信号判断人体状态与动作的方法，该方包括产生并输出该光学信号；利用至少一可穿戴于人体的一区域上并具有至少一切口部分的光学信号传输路径传输该光学信号；以及将基于自该至少一光学信号传输路径输出的该光学信号而产生的数据发送至外部；其特征在于，该至少一光学信号传输路径的该至少一切口部分的该间隙依据该人体区域的周围的变化而变化。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该至少一光学信号传输路径包括具有至少一切口部分的光纤，该光纤的该至少一切口部分的该间隙依据该人体区域的该周围的变化而变化。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将基于自该至少一光学信号传输路径输出的该光学信号而产生的数据发送至外部包括将从该至少一光学信号传输路径所接收的该光学信号转换为一电子信号，并利用一光学信号接收器输出该电子信号；放大并输出自该光学信号接收器输出的该信号；将该所放大并输出的信号转换为一数字信号，并输出该数字信号；处理并输出该数字信号；以及发送该所处理的数据至外部。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括接收该已处理的数据，以及基于该所接受及处理的数据判断该人体状态。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，基于该所接受及处理的数据判断该人体状态包括接收从该光学信号传输路径输出的该已处理的数据；以及基于该已接收及处理的数据计算该至少一光学信号传输路径的光透射率，并且基于该所计算的光透射率判断该人体状态的变化。
全文摘要
本发明揭露一种使用光学信号判断人体状态与动作的系统。该判断人体状态的系统包括光学信号发送模块，被配置以产生并输出光学信号；光学信号传输模块，其可贴附至人体的一区域上并包括包含至少一切口部分的光学信号传输路径；以及人体状态分析模块，被配置以通过基于在至少一光学信号传输路径的至少一切口部分的间隙计算至少一光学信号传输路径上变化的光学传输率，判断人体状态的变化。在此，在至少一光学传输路径的至少一切口部分的间隙可依据人体区域的周围的变化而变化。
文档编号A61B5/1455GK102355851SQ200980158116
公开日2012年2月15日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者朴晚圭 申请人:福恩悌株式会社