电子装置的控制系统及其方法
【专利摘要】本发明提供一种电子装置的控制方法，应用于一电子装置中，所述电子装置至少包括一显示模块、一操作系统与一应用程序。本发明电子装置的控制方法包括：接收一脑波信号；运算所述脑波信号以产生一特征脑波，当所述特征脑波超过一预定临界值，产生一控制信号；以及根据所述控制信号，控制所述电子装置的一操作，其中所述操作系选自于由所述显示模块的影像卷动、所述显示模块的影像放大/缩小、所述操作系统的锁定/解锁、所述应用程序的选择及其组合所组成组群的一种操作。
【专利说明】电子装置的控制系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明系有关于一种电子装置的控制系统及其方法，且特别是有关于一种利用脑 波对于电子装置进行控制之系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 科技的发展往往源自于人类的需求，在电子产品上的发展也不例外，电子产品的 开发除了朝向体积小、重量轻、功能多、效能高的方向发展之外，在使用者的界面上，近年来 也有诸多的发展。早期电子产品的输入方式，都是以键盘，指向器（pointer)，比如鼠标、数 位板、触控笔等为主，都需要一个周边的输入装置来达成。近年来为了方便使用者操作，许 多新的输入界面陆续被广泛的使用。举例来说，电容式的触控面板，可以直接利用手指进 行输入；语音输入装置，利用声音进行输入；体感控制输入，利用身体的动作或手势进行输 入，等等。上述新的输入界面广泛地应用于我们日常生活的电子产品中，诸如智能手机、智 能电视、电视游乐器等等。
[0003] 因此，如何提供更便利的使用者界面，以方便使用者对于电子装置进行输入及控 制，一直都是此【技术领域】持续研发的重要课题。
【发明内容】
[0004] 本发明的观点之一就是提供一种电子装置的控制系统及其方法，可以利用脑波对 于电子装置进行输入或控制。
[0005] 本发明提供了一种电子装置的控制方法，应用于一电子装置，所述电子装置至少 包括一显示模块、一操作系统与一应用程序，所述电子装置的控制方法包括：接收一脑波信 号；运算所述脑波信号以产生一特征脑波，当所述特征脑波超过一预定临界值，产生一控制 信号；以及根据所述控制信号，控制所述电子装置的一操作，其中所述操作为选自于由所述 显示模块的影像卷动、所述显示模块的影像放大/缩小、所述操作系统的锁定/解锁、所述 应用程序的选择及其组合所组成组群中的一种操作。
[0006] 优选的，所述特征脑波为选自于由专注度特征脑波、稳定度特征脑波、眨眼特征脑 波及其组合所组成族群中的一种特征脑波。
[0007] 优选的，所述脑波信号由α波、β波、Y波、δ波及Θ波至少其中之一所组成。
[0008] 本发明另提供了一种电子装置控制系统，用以控制一电子装置，所述电子装置至 少包含一显示模块、一储存媒体以及一控制模块，所述储存媒体储存一操作系统与一应用 程序，所述控制模块电性连接所述显示模块与所述储存媒体，所述电子装置控制系统包含： 一脑波接收模块，接收一使用者之一脑波信号；以及一脑波分析模块，电性连接所述脑波接 收模块，自所述脑波接收模块接收所述脑波信号，运算所述脑波信号以产生一特征脑波，当 所述特征脑波超过一预定临界值，输出一控制信号至所述控制模块，使所述控制模块依据 所述控制信号，操作所述操作系统、所述应用程序或所述显示模块。
[0009] 优选的，所述特征脑波为选自于由专注度特征脑波、稳定度特征脑波、眨眼特征脑 波及其组合所组成族群中的一种特征脑波。
[0010] 优选的，所述脑波信号包括：α波、β波、Y波、δ波、Θ波或其组合。
[0011] 优选的，所述脑波分析模块整合于所述电子装置中。
[0012] 优选的，操作所述操作系统包括锁定/解锁所述操作系统。
[0013] 优选的，操作所述显示模块包括卷动或放大/缩小所述显示模块的一影像。
[0014] 优选的，操作所述应用程序包括致动/关闭所述应用程序其中之一。
[0015] 通过本发明的电子装置的控制系统及其方法，可以利用专注度特征脑波、稳定度 特征脑波、眨眼特征脑波对于电子装置进行输入或操作，而无须透过任何动作，手势或语 音，可以更方便使用者进行输入或操控。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明一实施例所述的一种电子装置的控制方法的流程图；
[0017] 图2为本发明一实施例所述的一种电子装置控制系统之方块图；
[0018] 图3为本发明另一实施例所述的一种电子装置控制系统之方块图。
[0019] 丰要符号说明
[0020] 100 :电子装置的控制方法
[0021] 110、111、112、114、116、118、120、122 :步骤
[0022] 200、300 :电子装置控制系统
[0023] 210 :脑波接收模块
[0024] 212 :脑波分析模块
[0025] 214、314:电子装置
[0026] 216:电子装置
[0027] 218 :显示模块
[0028] 220 :储存媒体
[0029] 222 :操作系统
[0030] 224 :应用程序
【具体实施方式】
[0031] 为了让本发明的优点、精神与特征可以更容易且明确地被了解，后续将以实施例 并参照附图进行详述与讨论。值得注意的是，这些实施例仅为本发明代表性的实施例，其中 所举例的特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本发明或对应的实施例。
[0032] 大脑的电位活动反映着人的生理和心理状态,可通过测量大脑皮层上的电位活动 来观察记录，大脑皮质的电流是发生在细胞外的电流，是由细胞群与其他细胞群之间的电 位差所形成。然而这些电位活动的变化非常微弱，所以需通过放大器处理后，再以波形呈 现，上述之电位变化即为脑电波，又称为脑电图（Electroencephalography,简称EEG)，是 大脑重要的生理参数。许多研究证实，可透过脑部各电极点的电位活动测量来检验其生心 理运作的历程，包括思想、情绪、欲望等，皆为脑细胞之电位差反应所呈现出来，透过脑电图 (EEG)具有高度的时间解析度，且能够立即纪录与直接呈现脑部运作的历程，是一种常见且 非侵入式的专注力（attention)或稳定度（mediation)的检测方式。依据脑电图仪与临床 生理学会国际联盟的分类将脑波的频率由低至高细分为：δ波（0. 5?4Hz)、Θ波（4? 7Ηζ)、α 波（8 ?13Ηζ)、β 波（14 ?30Ηζ)，γ 波（30Hz ?100+Ηζ)，α 波代表一个人最清 醒、安静、稳定且专注的状态；β波代表情绪涉入工作状态，是处于紧张、焦虑或兴奋、不安 等高度思维时的脑波；Θ波（4?7Hz)代表人在一种轻眠、打盹的状态，正常成人在清醒状 态下很少出现Θ波；S波代表人的睡眠状态，正常成人在清醒状态下没有δ波； γ波则与 意识感知有关。
[0033] 许多研究发现脑波特征的变化与专注力集中程度息息相关，α波、β波、Θ波的 振幅、频率的变化都可直接呈现不同的专注程度。Prinzel et al. (2001)发现α波减少 及Θ波的增加与工作负荷度及专注度有明显的关系；其它研究指出当受测者专心于心算 的测验时，其α波的振幅比平时较为减少，且Θ波及低频β波的增加，对于专注力的集 中、记忆力的增加有明显的提升效果（Mecklinger et al.l992;Kilmesch et al.1993)。 Sauseng et al.2007提到Θ波除了与专注度、情绪经验、维持及内化的注意力有关外，也与 持续性注意力及资源的分配、本体感觉讯息处理过程、任务复杂性有所关联。α波振幅会因 感官刺激、自主动作及认知活动的降低而降低，而α波振幅的降低且频率的提升则表示脑 部处于激发（专注）状态（Pfurtscheller&Klimeschl992)。
[0034] 目前市面上已有一些产品可以进行脑波的侦测与采集。举例来说，NeuroSky近 年来致力于发展轻量化的脑机界面（Brain Computer Interface ;BCI)装置，MindWave为 其开发的脑波耳机，通过单一干式电极传感器，置于前额叶处，采集大脑产生的生物信号， 其参考电极和电路接地系统连接于左耳垂，采样频率为512Hz。其独家技术ThinkGearTM 芯片整合了对原始脑电信号进行采集、滤波、放大、转换、分析等数位信号处理功能，通 过eSenseTM算法将个人之心理状态以数字化作一个呈现的方式，并且可区分为专注度 (Attention)与稳定度（Mediation)，所述精神状态以0到100表示。
[0035] 此外，由于侦测脑波的方法都是在前额叶处，而眼睛十分靠近侦测点，且角膜或眼 皮肌肉运动时会带微量电荷，所以往往在脑波采集中，会同时采集到因为眨眼所造成的波 形。目前业界将其视为一种脑波的干扰波，已经可以用一些方法将其撷取出来，或是过滤出 来，然而，目前并没有针对这部分的波形进行应用。
[0036] 请先参照图1，其为依照本发明一实施例的一种电子装置的控制方法的流程图。本 发明的电子装置的控制方法100包括下列步骤：首先步骤110为接收一脑波信号，可以透过 脑电图（EEG)的装置侦测使用者的脑波信号，例如上述的脑波耳机。而脑电图中的脑波信 号包括 S 波（〇· 5 ?4Ηζ)、Θ 波（4 ?7Ηζ)、α 波（8 ?13Ηζ)、β 波（14 ?30Ηζ)，γ 波 (30Hz?100+Hz)。步骤111，将这些脑波信号经过特定的分析与运算，可以取得一特征脑 波，如上所述，比如是专注度特征脑波、稳定度特征脑波、眨眼特征脑波或其组合。然而本发 明不限于上述的特征脑波，任何可以侦测获得，且可以通过学习或训练强化的特征脑波，都 可以应用于本发明的控制系统中。步骤112,在本发明的某些实施例中，会预设这些特征脑 波分别的临界值，当所测得的特征脑波超过预定临界值，即会产生特定的控制信号（步骤 114)。也就是说，当使用者专注度超过一定的程度，稳定度超过一定程度或是以特定方式眨 眼时，会使得所测得之特征脑波超过预定临界值，即产生控制信号（如步骤114)，而这些特 征脑波超过预定临界值时，可以分别产生对应不同的控制信号。
[0037] 如步骤116所示，控制信号传输至电子装置，并依据控制信号，控制电子装置。举 例而言，当专注度特征脑波超过预定临界值时，可以产生对应显示模块的控制信号，而当眨 眼特征脑波超过预定临界值时，可以产生对应应用程序的控制信号。电子装置的种类包括 电脑（包含个人电脑、笔记本电脑、平板电脑等）、智能型行动电话、智能型电视等。电子装 置至少包括一处理器、一显不模块、一储存媒体、及一输入/输出模块等，而储存媒体，比如 是硬盘、固态硬盘、光盘或内存等，可以用来储存操作系统，及各种应用程序或档案。电子装 置可以依据控制信号内容，对其硬件或软件进行操作。举例而言，如步骤118所示，可以根 据控制信号操作显示模块，比如显示模块中影像的卷动（scrolling)，或者显示模块中影像 的放大/缩小（scaling)等。如步骤120所示，也可以根据控制信号操作操作系统，比如操 作系统的锁定/解锁，操作系统休眠/关机等等。如步骤122所示，更可以根据控制信号操 作应用程序或档案，比如应用程序或档案的选择/开启/关闭等等。然而，本发明并不限于 上述电子装置的操作，电子装置的各种硬件、固件、软件的操作，都可以利用本发明的方法 进行控制。
[0038] 值得一提的是，本发明的电子装置控制方法，可以将特征脑波与电子装置的操作 做任意的对应或组合。举例而言，当使用者专注电子装置到达一定程度，使得专注度特征脑 波超过预定临界值时，可以产生控制信号，以进行显示模块的影像卷动。而当使用者在一特 定时间内连续眨眼特定次数，使得眨眼特征脑波超过预定临界值时，可以产生另一控制信 号，以进行应用程序之选择。或者，当使用者冥想达到一定程度使得稳定度特征脑波超过预 定临界值，且同时在一特定时间内连续眨眼特定次数，使得眨眼特征脑波超过预定临界值 时，可以产生另一控制信号，以进行操作系统的锁定。然而本发明电子装置控制方法，并不 限于上述的控制对应及组合方式，熟习此技艺者可以依照需求，将特征脑波与电子装置的 控制作适当的对应与组合。
[0039] 接着，请参照图2,图2为依照本发明一实施例的一种电子装置控制系统之方块 图。本发明电子装置控制系统200,用以控制一电子装置214,本发明电子装置控制系统200 包括：一脑波接收模块210以及一脑波分析模块212。脑波接收模块210适于配戴于使用 者之头部，用以接收使用者之脑波信号，诸如S波（0.5?4Ηζ)、Θ波（4?7Ηζ)、α波 (8?13Ηζ)、β波（14?30Ηζ)，γ波（30Hz?100+Ηζ)。脑波分析模块212电性连接脑 波接收模块210,自脑波接收模块210接收脑波信号，运算脑波信号以产生一特征脑波，诸 如专注度特征脑波、稳定度特征脑波、眨眼特征脑波或其组合。当特征脑波超过一预定临界 值，输出一控制信号。电子装置214至少包括一控制模块216、一显不模块218以及一储存 媒体220。储存媒体220比如是硬盘、固态硬盘、光盘、或内存等，用来储存至少一操作系统 222以及至少一应用程序224或档案。控制模块216例如是处理器（processor)，电性连接 脑波分析模块212,并接收控制信号，且电性连接显示模块218与储存媒体220,并依据控制 信号，操作操作系统222,操作应用程序224,或操作显示模块218。如上所述，这些操作包 括：显示模块中影像的卷动（scrolling)，或者显示模块中影像的放大/缩小（scaling)，操 作系统的锁定/解锁，操作系统休眠/关机，应用程序或档案的选择/开启/关闭等等。然 而，本发明并不限于上述电子装置的操作，电子装置的各种硬件、固件、软件的操作，都可以 利用本发明的系统进行控制。
[0040] 在本发明的一个或多个实施例中，特征脑波包括专注度特征脑波、稳定度特征脑 波、眨眼特征脑波及其组合。而特征脑波与电子装置操作的控制，可以做任意的对应与组 合，如上所述。在本实施例中，脑波接收模块210与脑波分析模块212可以整合于一装置 中，比如NeuroSky所发展轻量化的脑机界面（Brain Computer Interface ;BCI)装置， MindWave脑波耳机。
[0041] 请参照图3,图3绘示依照本发明另一实施例的一种电子装置控制系统之方块图。 图3中与图2相同标号表示相同或类似的组件，可参照图2之说明，在此不再赘述。图3与 图2的主要不同在于，本实施例的电子装置控制系统300中，脑波分析模块212整合于电子 装置314中。在实务上，脑波分析模块212对于脑波信号需要较多较复杂的运算，以产生特 征脑波，如果就耗电量或运算效能的考虑，可以将脑波分析模块212整合于电子装置314， 而由控制模块216 (处理器）进行运算。值得一提的是，图2中脑波分析模块212与控制模 块216间的连接，或者图3中脑波接收模块210与脑波分析模块212的连接，可以是有线或 者是无线的电性连接，其中无线的方式，可以包括蓝芽、射频传输、WiFi、3G或LTE。
[0042] 综上所述，通过本发明的电子装置的控制系统及其方法，可以利用专注度特征脑 波、稳定度特征脑波、眨眼特征脑波及其任意组合等特征脑波，对于电子装置进行输入或操 作，包括显示模块中影像的卷动，或者显示模块中影像的放大/缩小，操作系统的锁定/解 锁，操作系统休眠/关机，应用程序或档案的选择/开启/关闭等等。使用者无须透过任何 动作，手势或语音，利用意念就可以更方便地让使用者进行输入或操控。
[〇〇43] 通过以上较佳具体实施例之详述，希望能更加清楚描述本发明之特征与精神，而 并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明之范畴加以限制。相反地，其目的是希望 能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请之专利范围的范畴内。虽然本发明已 以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本创作之精 神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本发明之保护范围应以权利要求为准。
【权利要求】
1. 一种电子装置的控制方法，应用于一电子装置，其特征在于，所述电子装置至少包括 一显示模块、一操作系统与一应用程序，所述电子装置的控制方法包括： 接收一脑波信号； 运算所述脑波信号以产生一特征脑波，当所述特征脑波超过一预定临界值，产生一控 制信号；以及 根据所述控制信号，控制所述电子装置的一操作，其中所述操作为选自于由所述显示 模块的影像卷动、所述显示模块的影像放大/缩小、所述操作系统的锁定/解锁、所述应用 程序的选择及其组合所组成组群中的一种操作。
2. 如权利要求1所述之电子装置的控制方法，其特征在于，所述特征脑波为选自于由 专注度特征脑波、稳定度特征脑波、眨眼特征脑波及其组合所组成族群中的一种特征脑波。
3. 如权利要求1所述之电子装置的控制方法，其特征在于，所述脑波信号由α波、β 波、Υ波、δ波及Θ波至少其中之一所组成。
4. 一种电子装置控制系统，用以控制一电子装置，其特征在于，所述电子装置至少包含 一显示模块、一储存媒体以及一控制模块，所述储存媒体储存一操作系统与一应用程序，所 述控制模块电性连接所述显示模块与所述储存媒体，所述电子装置控制系统包含： 一脑波接收模块，接收一使用者之一脑波信号；以及 一脑波分析模块，电性连接所述脑波接收模块，自所述脑波接收模块接收所述脑波信 号，运算所述脑波信号以产生一特征脑波，当所述特征脑波超过一预定临界值，输出一控制 信号至所述控制模块，使所述控制模块依据所述控制信号，操作所述操作系统、所述应用程 序或所述显示模块。
5. 如权利要求4所述之电子装置控制系统，其特征在于，所述特征脑波为选自于由专 注度特征脑波、稳定度特征脑波、眨眼特征脑波及其组合所组成族群中的一种特征脑波。
6. 如权利要求4所述之电子装置控制系统，其特征在于，所述脑波信号包括：α波、β 波、Υ波、S波、Θ波或其组合。
7. 如权利要求4所述之电子装置控制系统，其特征在于，所述脑波分析模块整合于所 述电子装置中。
8. 如权利要求4所述之电子装置控制系统，其特征在于，操作所述操作系统包括锁定/ 解锁所述操作系统。
9. 如权利要求4所述之电子装置控制系统，其特征在于，操作所述显示模块包括卷动 或放大/缩小所述显示模块的一影像。
10. 如权利要求4所述之电子装置控制系统，其特征在于，操作所述应用程序包括致动 /关闭所述应用程序其中之一。
【文档编号】G06F3/01GK104102348SQ201410338964
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】张汝南, 高笙庭, 萧明仁, 曾郁翔, 茆裕源 申请人:英华达（上海）科技有限公司, 英华达(上海)电子有限公司, 英华达(南昌)科技有限公司, 英华达股份有限公司