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TWI511092B - 用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法 - Google Patents

用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法 Download PDF

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TWI511092B
TWI511092B TW102110970A TW102110970A TWI511092B TW I511092 B TWI511092 B TW I511092B TW 102110970 A TW102110970 A TW 102110970A TW 102110970 A TW102110970 A TW 102110970A TW I511092 B TWI511092 B TW I511092B
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security monitoring
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Inventor
莊智元
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原相科技股份有限公司
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Publication date
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Description

用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法
本發明有關於一種監控裝置及監控方法，且特別是一種用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法。
隨著科技的發展，行動載具例如汽車、公車、機車、腳踏車等可提供行動上的便利性，例如可將人們快速地載至目的地，已儼然成為人們代步的交通工具。然行動載具經常會因駕駛者不當駕駛、打瞌睡或是身體不適而發生交通意外，造成駕駛者或乘客的傷亡。例如，當汽車的駕駛者於行車時因打瞌睡或心臟病發而無法正常駕駛，導致交通意外。
近年來，為了防止行動載具因駕駛者身體不適造成事故，開始於車內加裝生理檢測器，檢測駕駛者的體溫、血壓、脈搏及血糖等。例如，於駕駛者身上佈設量測心跳或血壓的感測電極，以監控駕駛者的生理狀態，並當駕駛者發生生理異常時，即時警示駕駛者或通知遠端的監控中心進行救護。
有鑑於此，本發明實施例提供一種用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法，可藉由主動偵測駕駛者的手是否放在載人行動載具的方向控制器上，有效地判斷行動載具的行動安全。
本發明實施例提供一種用於載人行動載具的安全監控裝置， 此安全監控裝置包括感測單元、處理單元以及警示單元。感測單元是配置於載人行動載具的方向控制部上。感測單元用以感測方向控制部是否被駕駛者觸碰，並對應產生感測信號。處理單元電性連接感測單元。處理單元根據感測信號判斷駕駛者的手是否放在該方向控制部上。警示單元電性連接該處理單元。警示單元用以產生安全警示信息。當處理單元根據感測信號判斷駕駛者的手並未放在方向控制部上時，處理單元輸出警示信號以驅動警示單元產生安全警示信息警示駕駛者。
本發明實施例另提供一種用於載人行動載具的安全監控方法，包括下列步驟。首先，透過設置於載人行動載具的方向控制部上的感測單元感測駕駛者的手是否放在方向控制部上。其次，若感測駕駛者的手並未放在方向控制部上，產生安全警示信息警示駕駛者。
綜上所述，本發明實施例提供一種用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法，此用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法可於載人行動載具移動時，藉由設置感測器，例如觸控感測器或開關元件於行動載具例如汽車或機車的方向控制器上，主動偵測駕駛者的手是否放在載人行動載具的方向控制器上，即時地判斷載人行動載具的移動安全，降低交通意外的發生。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
10、20‧‧‧安全監控裝置
101‧‧‧感測單元
103、43‧‧‧影像擷取單元
105‧‧‧處理單元
107‧‧‧警示單元
1071、45‧‧‧顯示單元
1073‧‧‧警示單元
1075‧‧‧蜂鳴器
109‧‧‧定位單元
111‧‧‧通訊單元
201‧‧‧生理信號擷取單元
12‧‧‧監控伺服器
14‧‧‧網路
C10‧‧‧光體積變化描述信號
T‧‧‧時間區間
TA、TB‧‧‧時間點
4、5‧‧‧方向盤
41a、41b、51‧‧‧觸控式開關
N、N+1、N+2、N+3‧‧‧週期數
S600~S660‧‧‧步驟流程
S700~S750‧‧‧步驟流程
S800~S860‧‧‧步驟流程
圖1是本發明實施例提供的安全監控系統的功能方塊示意圖。
圖2是本發明實施例提供的安全監控裝置的功能方塊示意圖。
圖3是本發明實施例提供的典型光體積變化描述信號的曲線示意圖。
圖4A是本發明實施例提供的安全監控裝置的應用於載人行 動載具的示意圖。
圖4B是本發明實施例提供的駕駛者手握方向控制部的示意圖。
圖5是本發明實施例提供的感測單元設置方式的應用示意圖。
圖6是本發明實施例提供的用於載人行動載具的安全監控方法的流程示意圖。
圖7是本發明實施例提供的偵測與分析駕駛者的生理特徵方法的流程示意圖。
圖8是本發明實施例提供的駕駛者身分辨識方法的流程示意圖。
圖9是本發明實施例提供的光學感測器感測到發光源的光源感測信號的波形示意圖。
在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種例示實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。
〔安全監控系統之實施例〕
請參照圖1，圖1繪示本發明實施例提供的安全監控系統的功能方塊示意圖。安全監控系統包括安全監控裝置10以及監控伺服器12，且安全監控裝置10可透過網路14連結監控伺服器12。所述安全監控裝置10是用於載人行動載具，例如汽車、公車、機車、腳踏車等交通工具，且可以是整合設置於載人行動載具內。監控伺服器12則可設置於遠端的監控中心(例如救護中心)，並經由網路14監控載人行動載具的行車安全。
所述安全監控裝置10可用以偵測載人行動載具的方向控制部是否被駕駛者觸碰。亦即，偵測駕駛者的手是否放在方向控制部上或是否握住方向控制部。本發明領域具通常知識者應知，放在 方向控制部上或是握住方向控制部在本文中皆具相同意義，故可交替使用。所述方向控制部可例如為汽車的方向盤(Steering wheel)、機車或腳踏車的把手等。安全監控裝置10並可於偵測到駕駛者的手未觸碰在載人行動載具的方向控制部上時，即時地產生警示信息警示駕駛者。
簡言之，安全監控裝置10可透過感測駕駛者的手是否放在方向控制部，來判斷載人行動載具的駕駛者目前是否正常駕駛載人行動載具，藉以監控載人行動載具的行車安全。所述安全監控裝置10同時還可於持續偵測到駛者的手未放在載人行動載具的方向控制部上時，通知監控伺服器12的管理者進行載人行動載具行車安全與駕駛者的生理狀態分析。
更進一步地說，安全監控裝置10包括感測單元101、影像擷取單元103、處理單元105、警示單元107、定位單元109以及通訊單元111。感測單元101、影像擷取單元103、警示單元107、定位單元109以及通訊單元111分別電性連接處理單元105。
感測單元101配置於載人行動載具的方向控制部上。感測單元101用以感測載人行動載具的駕駛者是否放在方向控制部上，並根據感測結果產生感測信號。感測單元101可以是由按壓式開關或觸控式開關的其中之一或其組合來實現，以感應駕駛者的手目前是否放在方向控制部上。
於一實施方式中，感測單元101可為按壓式開關，且所述按壓式開關設置於方向控制部上。據此，感測單元101可透過感測駕駛者按壓方向控制部來感測駕駛者的手是否放在方向控制部上。於另一實施方式中，感測單元101可為觸控式開關，且所述觸控式開關是設置於方向控制部上。從而，感測單元101可以是透過觸控感應來感測駕駛者的手是否放在方向控制部上。此外，感測單元101還可以是由觸控感測器，例如為電容式觸控感測器、電阻式觸控感測器、光學式觸控感測器以及超音波式觸控感測器 等地其中之一來實現。
值得注意的是，因駕駛者的手並不一定放在方向控制部上對應感測單元101設置的位置，故感測單元101較佳可包括多個按壓式開關或觸控式開關，以等間距或等角度方式佈設於方向控制部上，以準確地且有效地感測方向控制部是否被駕駛者觸碰。
感測單元101可例如是根據方向控制部的感測結果輸出高、低位準的感測信號至處理單元105以供處理單元105判斷方向控制部是否被觸碰。以感測單元101為按壓式開關為例，當感測單元101判斷駕駛者的手已放在方向控制部上(亦即，方向控制部上的按壓式開關被按壓或觸動)時，感測單元101可輸出具高電壓位準的感測信號至處理單元105；而當感測單元101判斷駕駛者的手未放在方向控制部上(亦即，方向控制部上的按壓式開關未被按壓)時，感測單元101可輸出具低電壓位準的感測信號至處理單元105。從而，處理單元105可根據感測單元101輸出的感測信號的電壓位準判斷駕駛者的手是否放在方向控制部上。
影像擷取單元103用以擷取該載人行動載具的駕駛者的臉部影像，並對應輸出至少一張影像資料至處理單元105。影像擷取單元103可依據環境變化設定最佳化影像擷取參數，來擷取駕駛者的臉部影像，以產生影像資料。影像擷取單元103可以是設置於載人行動載具內，且面向載人行動載具的駕駛者的位置。
舉例來說，以載人行動載具為汽車為例，影像擷取單元103可是設置於駕駛座前方的車體上，但本實施例並不以此為限。影像擷取單元103可例如是網路攝影機(web camera or PC video camera)或數位攝影機(video recorder)等影像擷取器，但本實施例並不以此為限。
處理單元105用以根據感測信號判斷方向控制部是否被駕駛者觸碰。換言之，處理單元105可根據感測信號判斷駕駛者的手是否放在方向控制部上。警示單元107用以產生一安全警示信息， 警示駕駛者，以期使駕駛者將手放在方向控制部上。另外，處理單元105可持續驅動警示單元107警示駕駛者直至感測單元101的感測信號指示駕駛者的手已放在方向控制部。警示單元107進一步包括顯示單元1071、警示燈1073與蜂鳴器1075。
簡單來說，當處理單元105根據感測信號判斷駕駛者的手並未放在方向控制部上，處理單元105隨即輸出警示信號以驅動警示單元107產生安全警示信息警示駕駛者。具體地說，處理單元105可驅動警示單元107的顯示單元1071顯示一安全警示信息，例如「請將手放在方向控制部上」。處理單元105亦可驅動警示單元107的警示燈1073運作，例如開啟或閃爍燈號以警示駕駛者。此外，處理單元105還可同時驅動蜂鳴器1075產生警示音效，提醒駕駛者。例如若駕駛者於駕駛載人行動載具時，因打瞌睡而無意識的放開方向控制部時，可因蜂鳴器1075所產生的警示音效快速回神，正常駕駛載人行動載具。處理單元105隨後可於根據感測信號判斷駕駛者的手已放在方向控制部上或是已握住方向控制部輸出解除警示信號至警示單元107停止產生安全警示信息。
值得一提的是，處理單元105亦可以是於感測單元101判斷駕駛者的手並未放方向控制部後一預定時間(例如2秒鐘)內仍未恢復將手放在方向控制部時，輸出警示信號驅動警示單元107產生安全警示信息警示駕駛者。處理單元105還可於每隔一段時間(例如每5秒鐘)，主動驅動感測單元101感測駕駛者的手是否觸碰載人行動載具的方向控制部，以隨時監控載人行動載具的安全。
接著，處理單元105另可透過分析影像擷取單元103輸出對應駕駛者的臉部影像的影像資料，獲取對應駕駛者的心率變化的心跳資料，並據以判斷駕駛者的生理狀態。詳細地說，處理單元105可驅動影像擷取單元103定時的擷取駕駛者的臉部影像。處理單元105可透過對影像資料進行影像處理，分析影像資料中的至少一顏色(例如紅、綠、藍三原色)的亮度資料，產生對應駕駛者的 心率變化的心跳資料。
上述影像處理方式可包括彩色分割(color-based segmentation)、灰階轉換、濾波處理、影像二值化(image binarization)、邊緣擷取、特徵擷取、影像壓縮及影像切割等影像處理技術。於實務上，本發明領域具通常知識者應可依照影像辨識的方式，選用適合的影像處理技術作為處理單元105的影像處理方式。
處理單元105可根據心跳資料判斷駕駛者的心跳是否介於一預設範圍。處理單元105並於判斷駕駛者的心跳超出預設範圍時，驅動警示單元107對應產生一生理狀態警示信息，例如透過警示單元107的顯示單元1071顯示一心跳異常信息，通知駕駛者盡快停止駕駛載人行動載具。所述預設範圍可例如為一般正常心跳範圍或是依據駕駛者個人生理狀態的所建立的正常心跳範圍。
值得一提的是，本發明領域具通常知識者熟知，每個人的心跳變化曲線因具規律性且是獨一無二而具辨識性，因此處理單元105可藉由分析心跳資料，辨識駕駛者的身分。具體地說，處理單元105可比較駕駛者目前的心跳資料與一預設心跳資料來辨識駕駛者的身份。所述預設心跳資料可以是處理單元105預先記錄載人行動載具的擁有者的心跳資料。
當處理單元105判斷該筆心跳資料與預設心跳資料並不相符(即表示目前的駕駛者並非載人行動載具的擁有者)時，處理單元105會傳送控制信號至載人行動載具，以禁止駕駛者駕駛載人行動載具。反之，當處理單元105判斷該筆心跳資料與預設心跳資料相符(即表示目前的駕駛者為載人行動載具的擁有者)時，處理單元105即會讓駕駛者啟動並駕駛該載人行動載具。
簡單來說，於載人行動載具的駕駛者啟動或發動載人行動載具之前，處理單元105可主動驅動影像擷取單元103擷取載人行動載具的駕駛者臉部影像的影像資料，以獲取對應載人行動載具 的駕駛者的心跳資料。處理單元105隨後透過分析載人行動載具的駕駛者的心跳資料，辨識目前駕駛者的身份。處理單元105並根據分析結果判斷是否讓駕駛者啟動載人行動載具。
據此，本實施例之安全監控裝置10除具有即時判斷載人行動載具的行車安全之外，另可辨識載人行動載具駕駛者的身份。藉此可防止載人行動載具被盜用或是被偷，提高載人行動載具的防盜安全性。
附帶一提的是，處理單元105還可根據透過對影像資料進行影像處理與分析，判斷駕駛者是否位於正確的駕駛位置。當處理單元105判斷駕駛者位於副駕駛座或是其他座位時，處理單元105亦會輸出控制信號至載人行動載具，以禁止該駕駛者駕駛載人行動載具。
此外，安全監控裝置10另包括定位單元109以及通訊單元111。定位單元109用以產生對應載人行動載具目前位置的一定位信號，其中定位信號可例如為載人行動載具的經緯度資料。定位單元109可以是透過衛星定位或無線基地台以定位載人行動載具目前的位置。通訊單元111用以透過網路14連結遠端的監控伺服器12，將感測信號、心跳資料及定位信號以有線或無線方式傳送至監控伺服器12。通訊單元111亦可與具通訊功能的可攜式電子裝置(例如，手機、個人數位助理(PDA)或平板電腦(Tablet)連結，以讓駕駛者透過可攜式電子裝置與監控中心進行緊急通訊，例如透過電話訊向監控中心的管理者求救。
當處理單元105可於一段時間內持續根據感測信號判斷駕駛者的手並未放在方向控制部上(亦即，方向控制部未被觸碰)時，驅動通訊單元111將感測信號及定位信號傳送至監控伺服器12，以供監控伺服器12的管理者即時對載人行動載具進行監控，或是提供即時救援。
舉例來說，若處理單元105根據感測信號判斷駕駛者的手於 一段時間之內持續未放在方向控制部上時，即表示駕駛者可能發生異常(例如駕駛者打瞌睡或是身體不適)，處理單元105隨即可將感測信號及定位信號透過通訊單元111傳送至監控伺服器12。處理單元105亦會於判斷駕駛者的心跳資料超出預設範圍(即駕駛者的生理發生異常)時，將心跳資料與定位信號傳送至監控伺服器12，以供監控伺服器12派遣救護人員救護載人行動載具的駕駛者，使駕駛者於第一時間獲得救助。藉此以降低意外發生的機率，提高載人行動載具的行車安全。
值得注意的是，所述預設範圍數值、預設心跳資料與處理單元105根據影像資料產生的心跳資料可以是儲存於安全監控裝置10的一儲存單元(未繪示)。所述儲存單元於此實施例中可以是利用快閃記憶體晶片、唯讀記憶體晶片或隨機存取記憶體晶片等揮發性或非揮發性記憶晶片來實現，但本實施例並不以此為限。所述處理單元105可以是中央處理單元(central processing unit，CPU)或是微控制器(microcontroller)或嵌入式控制器(embedded controller)等處理晶片設置於安全監控裝置10，但本實施例並不以此為限。
於本實施中，影像擷取單元103整合於安全監控裝置10，但於實務上影像擷取單元103亦可以是外接於安全監控裝置10，並可透過有線或無線方式連接安全監控裝置10。影像擷取單元103可透過通用序列匯流排(USB)傳輸介面、序列資料(RS-232)傳輸介面、PS/2傳輸介面、藍芽傳輸介面、無線區域網路傳輸介面或乙太網路傳輸介面等連接安全監控裝置10，將具駕駛者臉部影像的影像資料傳送至安全監控裝置10。特別說明的是，上述影像擷取單元103的傳輸介面僅用以說明本實施例所述影像擷取單元103與安全監控裝置10的連接方式，但本實施例並不以此為限。
要說明的是，圖1僅為本發明實施例提供的安全監控系統的系統架構之功能方塊示意圖，並非用以限定本發明。本發明亦不 限定上述感測單元101、影像擷取單元103、處理單元105、警示單元107、定位單元109以及通訊單元111的種類、實體架構及/或實施方式。
〔安全監控裝置之實施例〕
上述安全監控裝置10亦可於偵測駕駛者的手是否放在方向控制部，同時偵測載人行動載具的駕駛者的生理資訊，以供駕駛者隨時監控自身的生理狀態。請參照圖2，圖2繪示本發明實施例提供的安全監控裝置的功能方塊示意圖。
安全監控裝置20是設置於載人行動載具內，且是用於載人行動載具行駛時判斷駕駛者的手是否放在載人行動載具的方向控制部上。安全監控裝置20並於判斷出方向控制部未被駕駛者觸碰時，產生警示信息警示駕駛者。安全監控裝置20另透過通訊單元111經由網路(未繪示)與遠端的監控中心(例如救護中心)的監控伺服器(未繪示)連結，以供遠端的監控中心的管理者，監控載人行動載具的行車安全。
圖2之安全監控裝置20與圖1之安全監控裝置10的差別在於安全監控裝置20另包括生理信號擷取單元201。所述生理信號擷取單元201電性連接安全監控裝置20的處理單元105。所述生理信號擷取單元201於本實施例中是設置於方向控制部上，且生理信號擷取單元201是用以偵測對應駕駛者生理特徵的至少一生理信號，以供處理單元105分析駕駛者的生理狀態。也就是說，安全監控裝置20除了可透過影像擷取單元103產生對應駕駛者臉部影像的影像資料分析駕駛者的心跳曲線之外，同時還可透過生理信號擷取單元201監控駕駛者的自身的生理狀態變化。
於本實施例中，生理信號擷取單元201可以為光體積變化描述儀(Photoplethysmogram，PPG)，而生理信號擷取單元201所輸出的信號為光體積變化描述信號，又稱為PPG信號。所述光體積變化描述儀是利用光學感應方式量測末稍血管(如小動脈)於心臟 搏動時血管的管徑變化。
進一步地說，因血管內的血流量會因心臟的搏動而產生週期性的變化，光體積變化描述儀即是利用血管內血液吸收光線的強度來感測血液體積變化。也就是，PPG信號是光體積變化描述儀利用光感測元件感測血液體積變化對應產生，因此PPG信號的振幅會與人體血液變化成正比。同時，PPG信號週期亦會對應心臟搏動的週期。
詳細地說，生理信號擷取單元201可包括一光源發射器(未繪式)，例如紅外線(Infrared)發光二極體或紅光發光二極體以及一光源感測元件(未繪式)，例如光電二極體(photodiode)或光電晶體。所述光源發射器與光源感測元件可設置於方向控制部上。所述光源發射器與光源感測元件可與感測單元101分別設置於方向控制部上，或者光源感測元件亦可用以感測駕駛者手是否放在方向控制部上。
於本實施例中，生理信號擷取單元201為反射式光體積變化描述儀，光源發射器與光源感測元件可對應的設置於同一側，例如為方向控制部的上側或下側，其中光源發射器與光源感測元件之間的間距可依據手掌的寬度，小於1公分。於實務上，本發明領域具通常知識者亦可視實際設計需求，自行設置光源發射器與光源感測元件之間的間距，只要可使光源感測元件感應接收光源發射器的光源，以量測駕駛者的末梢血管變化即可。據此，當駕駛者手握方向控制部時，生理信號擷取單元201可藉由駕駛者的手指按壓光源發射器與光源感測元件，感測駕駛者的末梢血管變化。
接著，處理單元105可根據生理信號擷取單元201輸出的PPG信號，分析駕駛者(即受測者)的心率變化。請參照圖3，圖3繪示本發明實施例提供的典型PPG信號的曲線示意圖。曲線C10代表PPG信號，其中PPG信號如前述對應心臟搏動之週期性信號。於 曲線C10的每一周期中的上半周期對應於心臟收縮時的量測波形，而下半周期對應於心臟舒張時的量測波形。處理單元105可透過對曲線C10進行演算，獲取駕駛者的心跳次數與心率變化。
如圖3所示，曲線C10於每一周期中最大峰值是發生於心臟收縮時，因此處理單元105可透過於一段時間內(例如每分鐘)計數最大峰值(如時間點TA、TB)的發生次數獲得於該段時間內駕駛者的心跳次數。而曲線C10中峰值區間(peak to peak interval)，例如時間TA至時間TB的區間，則代表每一次心跳發生的時間間隔(beat to beat interval)。據此，處理單元105可透過分析曲線C10中峰值區間，獲取駕駛者的心率變化，分析駕駛者的生理狀態。
此外，處理單元105另可根據曲線C10計算每一周期的峰值區間(peak to peak interval)，以獲取每一次心臟搏動的區間變化。處理單元105隨後可利用功率頻譜(PSD)的演算分析駕駛者的神經系統運作狀態。例如於功率頻譜中，低頻域中獲取交感與副交感神經共同調控指標；而於高頻域中，獲取副交感神經的運作狀態。因由PPG信號推知與分析駕駛者心率變化與交感神經狀態為習知技藝，本發明技術領域具通常知識者應可推知PPG信號的分析與演算方式，故不在贅述。據此，處理單元105可透過生理信號擷取單元201有效地並確切地分析駕駛者的生理狀態。
附帶一提的是，處理單元105亦可將生理信號擷取單元201偵測到的生理信號利用通訊單元111傳送至遠端的監控伺服器進行處裡與分析工作，以供監控中心的管理者直接分析駕駛者的生理狀態。如此，可降低安全監控裝置20的運算處理資源，同時也可加快生理信號分析與生理數據轉換過程。
實務上，生理信號擷取單元201亦可包含複數發光源，以便發射光線至駕駛者的皮膚組織內，並以光學感測器收集皮膚組織接收到光線之後反射/發射出來的光線。而後，根據血管對不同波長光線的能量吸收程度，如可以依照光學感測器針對不同波長光 線所收集到的能量比例，來計算出血氧濃度。另外，也可針對單一波長光線的能量吸收變化來推導出脈搏等等的生理資訊。
本發明的重點之一也在處理雜訊以獲得較佳信號的方法。詳細地說，藉由同時接收不同波長光線後，再依照時間或能量分佈區域進行比較的方法。或者，讓發光源發出廣範圍波長的光線，但是在光學感測器上佈置不同的濾波器，以獲得針對不同波長光線的響應。如此，便可以在同時獲得影像、PPG信號、指紋以及心跳信號等等不同的生理資訊之後，進一步推導出例如自律神經心跳率變異分析(Heart Rate Variability，HRV)等壓力指數。
本發明可以透過設置對不同波長光線具有不同反應的感測單元陣列，以讓不同的感測單元區域接收不同波長的穿透或反射訊號。如此可以同時發射兩組光源(例如波長為660與940nm的光源)，並透過不同的感測單元區域，同時量測兩組光源的信號。目前市面上針對血氧濃度的量測是使用單一感光單元以分時的方式量測兩不同波長光源的信號，例如先發射660nm光源再發射940nm光源，如此一來便無法同時分析人體組織對於兩組光源的響應。
而生理信號擷取單元201在其他實施例中亦可放置於手腳等不同部位，並藉由在手腳等不同部位量測生理信號，例如PPG信號，亦可針對不同身體部位的生理信號進行分析，進而獲得可能產生血管阻塞的風險評估結果。對於長途飛行的使用者而言，具有提醒的功能。另外，針對滑鼠使用者，可以在滑鼠握持位置或按鍵位置設置生理信號擷取單元201。接著，藉由一段時間來累積生理信號並進行分析，便可獲得與滑鼠使用者疲勞程度相關的數據。若滑鼠使用者長時間或多天連續過勞程度嚴重，則可透過改變滑鼠行為提醒滑鼠使用者休息。例如：使游標閃爍、使游標圖示變化，或停止滑鼠輸出座標資訊，亦或停止滑鼠輸出等，以讓使滑鼠用者短暫休息或再次進行PPG信號量測。
於實務上，生理信號擷取單元201還可包括用於量測溫度、血壓、血糖、呼吸、腦波或眼球運動的生理檢測裝置。生理信號擷取單元201可依據實際架構，設置於載人行動載具的其他可監控駕駛的位置，本實施例並不限制。生理信號擷取單元201亦可以是外接於安全監控裝置20，並透過有線或無線方式將偵測的生理信號傳送至安全監控裝置20的處理單元105，以供處理單元105進行分析。或者安全監控裝置20亦可以將生理信號擷取單元201傳送生理信號直接利用通訊單元111經網路傳送至監控伺服器，以由監控伺服器的管理者直接判斷與分析駕駛者的生理狀態變化，即時監控駕駛者的健康與行車安全。
安全監控裝置20的其它架構與安全監控裝置10相同，本發明領域具有通常知識者應可推知由上述說明推知安全監控裝置20的運作方式，故在此不再贅述。
〔安全監控裝置之應用實施例〕
請參考圖4A與圖4B，圖4A繪示本發明實施例提供的安全監控裝置應用於載人行動載具的示意圖。圖4B繪示本發明實施例提供的駕駛者手握方向控制部的示意圖。
載人行動載具於本實施例是中是以汽車為例來做說明，前述安全監控裝置可設置於汽車內部。具體地說，安全監控裝置的感測單元於本實施中包括兩個觸控式開關41a、41b，且觸控式開關41a、41b分別設置於汽車的方向盤4上，以感測駕駛者的手是否放在方向盤4上或是否握住方向盤4。影像擷取單元43(例如網路攝影機)則是架設於汽車的擋風玻璃上，且面向駕駛者的位置，以擷取駕駛者的臉部影像。
簡單來說，安全監控裝置的處理單元(未繪示於圖4A與圖4B)可於汽車啟動前根據影像擷取單元43擷取對應駕駛者的臉部影像的影像資料，獲取駕駛者的心跳資料，辨識駕駛者的身份。安全監控裝置的處理單元會於駕駛者的身份不相符時，傳送控制信號 汽車的啟動系統，以禁止駕駛者駕駛汽車。接著，處理單元會於駕駛者駕駛汽車時，驅動觸控式開關41a、41b感測駕駛者手並是否放在方向盤4。
處理單元並於觸控式開關41a、41b同時感應或是在一段時間內連續感應駕駛者手並未放在方向盤4時，驅動警示單元(例如利用顯示單元45顯示安全警示信息警示駕駛者、啟動蜂鳴器產生警示音效或開啟警示燈等)。處理單元可於觸控式開關41a、41b感測到駕駛者的手放在方向盤4或握住方向盤(如圖4B所示)時，停止警示單元的運作(例如清除顯示單元45的顯示安全警示信息、停止蜂鳴器產生警示音效或關閉警示燈等)。
安全監控裝置的處理單元另可於持續根據觸控式開關41a、41b感測輸出的感測信號判斷駕駛者手並未放在方向盤4時，傳送感測信號與汽車的定位信號至遠端的監控伺服器(未繪示於圖4A與圖4B)，通知遠端的監控伺服器的管理者，採取對應措施，例如聯絡駕駛者或是派遣救護人員到場瞭解駕駛者的情況等。
再者，處理單元可驅動影像擷取單元43於載人行動載具行駛時定時擷取駕駛者的臉部影像，以根據影像擷取單元43輸出的影像資料分析駕駛者的心跳，藉以供駕駛者隨時檢視自身的生理狀態。
據此，安全監控裝置可降低駕駛者因身體不適無法正常駕駛汽車或不當駕駛汽車而發生交通意外的機率。
如前述，感測單元可包括多個觸控式開關，以準確感測駕駛者的手是否放在方向盤4上或是否握住方向盤4。請參照圖5，圖5繪示本發明實施例提供的感測單元設置方式應用示意圖。如圖5所示，感測單元可包括多個觸控式開關51，以用以感測駕駛者以不同角度或方式掌握方向盤5。該些觸控式開關51可以是以等間距方式佈設於方向盤5，然該些觸控式開關51也可是以等角度方式佈設於方向盤5。另外，前述實施所述生理信號擷取單元亦可與 感測單元同時設置於方向盤5，以於偵測駕駛者的手是否放在方向盤5是否握住方向盤5時，同時偵測駕駛者的心率變化。
值得注意的是，本實施例是以感測單元為觸控式開關來做說明，但感測單元亦可以是由按壓式開關、電容式觸控感測器、電阻式觸控感測器、光學式觸控感測器以及超音波式觸控感測器的其中之一來實現。感測單元的實際架構與佈設方式可依據實際應用需求來調整。換言之，圖4A與圖4B僅用以描述一種安全監控裝置應用於汽車的示意圖，並非用以限定本發明。圖5僅用以描述感測單元佈設於方向盤4的示意圖，並非用以限定本發明。
〔安全監控方法之實施例〕
由上述的實施例，本發明可以歸納出一種用於載人行動載具，例如汽車、公車、機車、腳踏車等交通工具的安全監控方法，適用於上述實施例所述之安全監控裝置。請參照圖6，並同時參照圖1，圖6繪示本發明實施例提供的用於載人行動載具的安全監控方法的流程示意圖。
首先，於步驟S600中，感測載人行動載具的方向控制部是否駕駛者觸碰。進一步地說，處理單元105可驅動設置於載人行動載具的方向控制部上的感測單元101感測駕駛者的手是否放在載人行動載具的方向控制部上或是否握住載人行動載具的方向控制部。
若處理單元105根據感測單元101產生的感測信號判斷駕駛者的手並未放觸碰載人行動載具的方向控制部時，執行步驟S610。反之，若處理單元105根據感測單元101產生的感測信號判斷駕駛者的手已觸碰方向控制部時，則回到步驟S600。
於步驟S610中，產生一安全警示信息警示駕駛者。安全監控裝置的處理單元105可驅動警示單元107的顯示單元1071顯示警示信息、開啟或閃爍警示燈1073、啟動蜂鳴器1075產生警示音效或其組合來提醒駕駛者，以期使駕駛者正常駕駛載人行動載具。
於步驟S620中，判斷駕駛者的手是否於一段時間內，仍未觸碰方向控制部。當處理單元105於一段時間內連續根據感測單元101的感測信號，判斷駕駛者的手仍觸碰方向控制部時，執行步驟S630。反之，當處理單元105於該段時間內根據感測單元101的感測信號判斷駕駛者的手已觸碰方向控制部時，回到步驟S600。
於步驟S630中，傳送對應載人行動載具位置的定位信號與感測信號至遠端的監控伺服器。處理單元105可驅動定位單元109產生對應載人行動載具的定位信號。所述定位信號可例如為載人行動載具的經緯度資料。隨後，處理單元105透過通訊單元111經網路傳送對應載人行動載具位置的定位信號與感測信號至遠端的監控伺服器。
隨後，於步驟S640中，偵測駕駛者的生理特徵以產生至少一生理信號。所述生理信號可包括心跳信號、脈搏信號以及血氧信號的至少其中之一。舉例來說，處理單元105可驅動影像擷取單元或是圖2的生理信號擷取單元201以接觸或非接觸方式偵測並擷取駕駛者的心跳、脈搏與血氧濃度等生理特徵，以對應產生生理信號。
接著，於步驟S650中，處理單元105可根據生理信號判斷駕駛者的生理狀態。若處理單元105根據生理信號判斷駕駛者的生理狀態發生異常例如駕駛者的心跳超出一預設範圍、血氧濃度低於一血氧濃度標準值(例如低於90%)或是駕駛者的體溫低於一預設溫度值等，處理單元105可驅動警示單元107，對應產生生理狀態警示信息，警示駕駛者。
而後，於步驟S660中，傳送描述駕駛者生理特徵的生理信號至遠端的監控伺服器，以供監控伺服器的管理者分析駕駛者目前的生理狀態。監控伺服器的管理者進而可根據生理信號判斷是否需派遣救護人員救護載人行動載具的駕駛者，以使駕駛者於第一時間獲得救助。藉此以降低意外發生的機率，提高載人行動載具 的行車安全。
本發明另提供一種利用影像擷取單元以非侵入與非接觸方式偵測駕駛者的生理特徵以擷取生理信號的方法。請參照圖7並同時參照圖1，圖7繪示本發明實施例提供的偵測與分析駕駛者的生理特徵方法的流程示意圖。
於步驟S700，處理單元105驅動影像擷取單元103擷取駕駛者的臉部影像，以產生至少一張影像資料。其次，於步驟S710中，處理單元105根據影像資料分析像資料中至少一顏色的亮度資料。換言之，處理單元105可對影像資料進行影像處理以分析影像資料中各原色(例如紅、綠、藍)的亮度資料。其後，於步驟S720中，處理單元105可透過分析影像資料中各原色的亮度資料，對應產生駕駛者目前的心跳資料。
接著，於步驟S730中，處理單元105根據心跳資料判斷駕駛者的心跳是否介於一預設範圍。所述心跳的預設範圍可例如為一般正常心跳範圍或是依據駕駛者個人生理狀態的所建立的正常心跳範圍。若處理單元105根據心跳資料判斷駕駛者的心跳超出預設範圍時，執行步驟S740。反之，若處理單元105根據心跳資料判斷駕駛者的心跳並未超出預設範圍時，回到步驟S700。
於步驟S740中，處理單元105驅動警示單元107對應產生一生理狀態警示信息。例如透過警示單元107的顯示單元1071顯示一心跳異常信息，以通知駕駛者，盡快停止駕駛載人行動載具。
隨後，於步驟S750中，處理單元105可將駕駛者的心跳資料生理狀態警示信息傳送至遠端的監控伺服器。
此外，處理單元105另可驅動生理信號擷取單元(未繪示於圖1)，例如光體積變化描述儀、心電圖、溫度計、血糖計等偵測駕駛者的生理特徵，以對應產生心跳信號、脈搏信號、溫度信號以及血氧信號，供駕駛者檢測自身的生理狀態。
附帶一提的是，當處理單元105利用圖2之生理信號擷取單 元201執行圖6步驟S640偵測駕駛者的生理特徵，如心跳、脈搏、血氧濃度時，處理單元105也可同時利用影像擷取單元103執行圖7所述的生理特徵擷取方法，以影像分析方式獲取駕駛者的心跳資料。處理單元105分析並比較生理信號擷取單元201與影像擷取單元103的生理特徵偵測結果，更準確地分析駕駛者的生理狀態。
除此之外，本發明另提供一種利用心跳來辨識駕駛者身分的方法。請參照圖8並同時參照圖1，圖8繪示本發明實施例提供的駕駛者身分辨識方法的流程示意圖。圖8所述的駕駛者身分辨識方法是執行於駕駛者啟動載人行動載具之前，以判斷是否讓目前的使用者駕駛載人行動載具。
於步驟S800，處理單元105驅動影像擷取單元103擷取駕駛者的臉部影像，以產生至少一張影像資料。其次，於步驟S810中，處理單元105根據影像資料分析像資料中至少一顏色的亮度資料。其後，於步驟S820中，處理單元105透過分析影像資料中各原色的亮度資料，對應產生駕駛者目前的心跳資料。
接著，於步驟S830中，處理單元105比較駕駛者目前的心跳資料與一預設心跳資料。所述預設心跳資料可以是處理單元105預先記錄載人行動載具的擁有者的心跳資料。處理單元105隨後於步驟S840中，根據比較結果判斷駕駛者目前的心跳資料是否符合預設心跳資料。若處理單元105判斷駕駛者目前的心跳資不符合預設心跳資料(即表示目前的駕駛者並非載人行動載具的擁有者)時，執行步驟S850。反之，若處理單元105判斷駕駛者目前的心跳資符合預設心跳資料(即表示目前的駕駛者為載人行動載具的擁有者)時，則執行步驟S860。
於步驟S850，處理單元105會傳送控制信號至載人行動載具，以禁止駕駛者駕駛載人行動載具。而於步驟S860中，處理單元105會讓駕駛者啟動並駕駛載人行動載具。
附帶一提的是，處理單元105亦可透過影像擷取單元103輸出至少一張影像資料，分析判斷駕駛者是否目前位於正確的駕駛位置。處理單元105並可判斷駕駛者目前並未位於正確的駕駛位置時傳送控制信號至載人行動載具，以禁止駕駛者駕駛載人行動載具。
當上述生理信號擷取單元(未繪示於圖1)是在具有環境光的狀況下使用時，則需要考慮環境光造成的干擾。典型的環境光干擾為燈管的閃爍頻率，雖然人眼會因為視覺暫留的效應而無法察覺燈管的閃爍，但是會對生理信號擷取單元擷取生理信號時造成干擾。
具體的實施例為當生理信號擷取單元的光源發射器(未繪示於圖1)與光學感測器(未繪示於圖1)位於一個開放的容置空間內，而使光學感測器可以感測到環境光源的變化。以下為一解決方法，即利用電源同相位信號相減，以360度為一週期，將相鄰兩週期中同相位信號相扣除，且在其中一週期執行不打光措施，只偵測環境光，如此一來便可將環境光造成的閃爍雜訊扣除。如圖9所示，其繪示本發明實施例提供的光學感測器感測到發光源的光源感測信號的波形示意圖，且所述發光源為一LED光源。於第N週期與第N+1週期時，LED光源發光；而在第N+2週期與第N+3週期時，LED光源不發光。因此，藉由將第N週期的光源感測信號減去第N+2週期的光源感測信號，便可將環境光造成的閃爍雜訊扣除。同理，將第N+1週期的光源感測信號減去第N+3週期的光源感測信號，也可以將環境光造成的閃爍雜訊扣除。
圖6之安全監控方法、圖7之生理特徵偵測方法與圖8之駕駛者身分辨識方法分別可以韌體設計方式寫入於安全監控裝置10的處理單元105，以執行載人行動載具的安全監控運作。所述處理單元105可以是中央處理單元(central processing unit，CPU)或是微控制器(microcontroller)或嵌入式控制器(embedded controller)等 處理晶片設置於安全監控裝置10，但本實施例並不以此為限。圖6之安全監控方法、圖7之生理特徵偵測方法與圖8之駕駛者身分辨識方法分別僅用以說明安全監控裝置的一種運作方式，並非用以限定本發明。圖9僅為一示意圖，用以描述生理信號擷取單元的光學感測器於運作時所感測的一種光源感測信號型態，故並非用以限定本發明。
另外，藉由前述生理信號擷取單元，亦可由其他的偵測結果來進行駕駛者辨識，例如藉由影像分析載人行動載具的駕駛者的靜脈分佈等等。前述生理信號擷取單元亦可藉由完成駕駛者的身分辨識，而使安全監控裝置能夠配合駕駛者的生理狀態，以及依照不同駕駛者的身份，選擇適當、個人化的設置。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明實施例所提供的一種用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法，此用於載人行動載具的安全監控裝置及安全監控方法可於載人行動載具移動時，藉由設置感測器，主動偵測駕駛者的手是否放在載人行動載具的方向控制器上，以即時地判斷載人行動載具的移動安全，並降低交通意外的發生。另外，本發明實施例還提供一種利用分析駕駛者臉部影像亮度資料來獲取駕駛者心跳曲線變化的非侵入式生理特徵檢測方法，並依據所擷取的心跳曲線變化，快速辨識載人行動載具的駕駛者的身分，藉以增加載人行動載具的防盜安全性。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
10‧‧‧安全監控裝置
101‧‧‧感測單元
103‧‧‧影像擷取單元
105‧‧‧處理單元
107‧‧‧警示單元
1071‧‧‧顯示單元
1073‧‧‧警示單元
1075‧‧‧蜂鳴器
109‧‧‧定位單元
111‧‧‧通訊單元
12‧‧‧監控伺服器
14‧‧‧網路

Claims (22)

  1. 一種用於載人行動載具的安全監控裝置，包括：一感測單元，配置於該載人行動載具的一方向控制部上，該感測單元用以感測該方向控制部是否被一駕駛者觸碰，並產生一感測信號；一處理單元，電性連接該感測單元，根據該感測信號判斷該駕駛者的手是否放在該方向控制部上；以及一警示單元，電性連接該處理單元，用以產生一安全警示信息；當該處理單元根據該感測信號判斷該駕駛者的手並未放在該方向控制部上，該處理單元輸出一警示信號以驅動該警示單元產生該安全警示信息警示該駕駛者，其中該感測單元包括一電容式觸控感測器、一電阻式觸控感測器、一光學式觸控感測器以及一超音波式觸控感測器的其中之一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的安全監控裝置，其中該感測單元受控於判斷該駕駛者的手並未放在該方向控制部後一預定時間內仍未恢復將手放在該方向控制部時，使該處理單元輸出該警示信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的安全監控裝置，更包括：一影像擷取單元，電性連接該處理單元，用以擷取該駕駛者的臉部影像，並對應輸出至少一張影像資料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的安全監控裝置，其中該處理單元 透過分析該影像資料中至少一顏色的亮度資料，以獲取對應該駕駛者心率變化的一心跳資料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的安全監控裝置，其中該處理單元根據該心跳資料判斷該駕駛者的心跳是否介於一預設範圍，且當該處理單元判斷該駕駛者的心跳超出該預設範圍時，該處理單元驅動該警示單元對應產生一生理狀態警示信息。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的安全監控裝置，其中在該載人行動載具啟動前，該處理單元比較該心跳資料與一預設心跳資料以辨識該駕駛者的身份；若該處理單元判斷該心跳資料與該預設心跳資料並不相符時，該處理單元傳送一控制信號至該載人行動載具，以禁止該駕駛者駕駛該載人行動載具。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的安全監控裝置，其中該影像資料係用以判斷該駕駛者是否位於正確的駕駛位置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的安全監控裝置，更包括；一生理信號擷取單元，設置於該方向控制部上，該生理信號擷取單元用以偵測該駕駛者的至少一生理信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的安全監控裝置，其中該生理信號擷取單元為一光體積變化描述儀(Photoplethysmogram，PPG)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的安全監控裝置，更包括：一定位單元，電性連接該處理單元，用以產生對應該載人行動載具位置的一定位信號；以及一通訊單元，電性連接該處理單元，用以透過一網路連結 遠端的一監控伺服器，以將該感測信號及該定位信號傳送至該監控伺服器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的安全監控裝置，其中當該處理單元於一段時間內持續根據該感測信號判斷該駕駛者的手並未放在該方向控制部上時，該處理單元控制該通訊單元將該感測信號及該定位信號傳送至該監控伺服器。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的安全監控裝置，其中該感測單元包括一生理信號擷取單元，用以偵測該駕駛者的至少一生理信號，該生理信號至少包含該駕駛者的心跳資料。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的安全監控裝置，其中該心跳資料係用以辨識該駕駛者的身份。
  14. 一種用於載人行動載具的安全監控方法，包括：透過設置於該載人行動載具的一方向控制部上的一感測單元感測一駕駛者的手是否放在該方向控制部上；以及若感測該駕駛者的手並未放在該方向控制部上，產生一安全警示信息警示該駕駛者；其中該感測單元包括一電容式觸控感測器、一電阻式觸控感測器、一光學式觸控感測器以及一超音波式觸控感測器的其中之一。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的安全監控方法，更包括：驅動該感測單元於判斷該駕駛者的手並未放在該方向控制部後一預定時間內，是否仍未恢復將手放在該方向控制部。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的安全監控方法，其中在產生該安全警示信息警示該駕駛者的該步驟之後包括：偵測該駕駛者的生理特徵以產生至少一生理信號；以及根據該生理信號判斷該駕駛者的生理狀態；其中該生理信號包括一心跳信號、一脈搏信號以及一血氧信號的至少其中之一。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的安全監控方法，其中偵測該駕駛者的該生理信號的該步驟中包括：擷取該駕駛者的臉部影像，以產生至少一張影像資料；以及分析該影像資料中至少一顏色的亮度資料，以對應產生一心跳資料。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的安全監控方法，其中在產生該心跳資料的該步驟後，包括：根據該心跳資料判斷該駕駛者的心跳是否介於一預設範圍；以及若判斷該駕駛者的心跳超出該預設範圍時，對應產生一生理狀態警示信息。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的安全監控方法，其中在該駕駛者啟動該載人行動載具的該步驟之前包括：比較該心跳資料與一預設心跳資料，以辨識該駕駛者的身份；以及 若判斷該心跳資料與該預設心跳資料並不符合，傳送一控制信號至該載人行動載具，以禁止該駕駛者駕駛該載人行動載具。
  20. 如申請專利範圍第14項所述的安全監控方法，其中在產生該安全警示信息警示該駕駛者的該步驟之後包括：若持續於一段時間內感測該駕駛者的手仍未放在該方向控制部上，經由一網路傳送對應該載人行動載具位置的一定位信號至一監控伺服器。
  21. 如申請專利範圍第14項所述的安全監控方法，更包括：偵測該駕駛者的至少一生理信號，該生理信號至少包含該駕駛者的心跳資料。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的安全監控方法，更包含根據該心跳資料辨識該駕駛者的身份。
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