TWI544365B - 電子裝置的控制系統及其方法 - Google Patents

Description

電子裝置的控制系統及其方法

本發明係有關於一種電子裝置的控制系統及其方法，且特別是有關於一種利用腦波對於電子裝置進行控制之系統及其方法。

科技的發展往往源自於人類的需求，在電子產品上的發展也不例外，電子產品的開發除了朝向體積越小，重量越輕，功能越多，效能越高的方向發展之外，在使用者的介面上，近年來也有諸多的發展。早期電子產品的輸入方式，都是以鍵盤，指向器(pointer)，比如滑鼠，數位板，觸控筆等為主，都需要一個周邊的輸入裝置來達成。近年來為了便利使用者操作，許多新的輸入介面陸續被廣泛的使用。舉例來說，電容式的觸控面板，可以直接利用手指進行輸入；語音輸入裝置，利用聲音進行輸入；體感控制輸入，利用身體的動作或手勢進行輸入，等等。這些廣泛地應用於我們日常生活的電子產品中，諸如智慧型手機，智慧型電視，電視遊樂器等等。

因此，如何提供更便利的使用者介面，可以方便使用者對於電子裝置進行輸入及控制，一直都是此技術領域持續研發的重要課題。

本發明的觀點之一就是提供一種電子裝置的控制系統及其 方法，可以利用腦波對於電子裝置進行輸入或控制。

根據本發明上述及其他觀點，提供一種電子裝置的控制方法，應用於一電子裝置中，該電子裝置至少包括一顯示模組、一作業系統與一應用程式。本發明電子裝置的控制方法包括：接收一腦波訊號；運算該腦波訊號以產生一特徵腦波，當該特徵腦波超過一預定臨界值，產生一控制訊號；以及根據該控制訊號，控制該電子裝置的一操作，其中該操作係選自於由該顯示模組的影像捲動、該顯示模組的影像放大/縮小、該作業系統的鎖定/解鎖、該應用程式的選擇及其組合所組成組群的一種操作。

在本發明的一個或多個實施例中，特徵腦波係由α波，β波，γ波，δ波及θ波至少其中之一所組成。電子裝置包括電腦，智慧型行動電話，智慧型電視等。

根據本發明上述及其他觀點，提供一種電子裝置控制系統，用以控制一電子裝置，該電子裝置至少包含一顯示模組、一儲存媒體以及一控制模組，該儲存媒體儲存一作業系統與一應用程式，該控制模組電性連接該顯示模組與該儲存媒體。本發明電子裝置控制系統包含一腦波接收模組以及一腦波分析模組。腦波接收模組接收一使用者之一腦波訊號。腦波分析模組電性連接該腦波接收模組，自該腦波接收模組接收該腦波訊號，運算該腦波訊號以產生一特徵腦波，當該特徵腦波超過一預定臨界值，輸出一控制訊號至該控制模組，使該控制模組依據該控制訊號，操作該作業系統、該應用程式或該顯示模組。

在本發明的一個或多個實施例中，特徵腦波包括專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波及其組合。腦波訊號包括：α波，β 波，γ波，δ波，θ波或其組合。

在本發明的一個或多個實施例中，腦波分析模組可以整合於電子裝置中或與腦波接收模組整合。操作作業系統包括鎖定/解鎖作業系統。操作顯示模組包括捲動顯示模組的一影像，或放大/縮小顯示模組的一影像。操作應用程式包括致動/關閉應用程式的其中之一。

藉由本發明的電子裝置的控制系統及其方法，可以利用專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波對於電子裝置進行輸入或操作，而無須透過任何動作，手勢或語音，可以更方便使用者進行輸入或操控。

100‧‧‧電子裝置的控制方法

110、111、112、114、116、118、120、122‧‧‧步驟

200、300‧‧‧電子裝置控制系統

210‧‧‧腦波接收模組

212‧‧‧腦波分析模組

214、314‧‧‧電子裝置

216‧‧‧電子裝置

218‧‧‧顯示模組

220‧‧‧儲存媒體

222‧‧‧作業系統

224‧‧‧應用程式

圖一繪示依照本發明一實施例的一種電子裝置的控制方法的流程圖。

圖二繪示依照本發明一實施例的一種電子裝置控制系統之方塊圖。

圖三繪示依照本發明另一實施例的一種電子裝置控制系統之方塊圖。

關於本發明的優點，精神與特徵，將以實施例並參照所附圖式，進行詳細說明與討論。值得注意的是，為了讓本發明能更容易理解，後附的圖式僅為示意圖，相關尺寸並非以實際比例繪示。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這 些實施例僅為本發明代表性的實施例，其中所舉例的特定方法，裝置，條件，材質等並非用以限定本發明或對應的實施例。

大腦的電位活動反映著人的生心理狀態，可藉由量測大腦皮層上的電位活動來觀察記錄，大腦皮質的電流是發生在細胞外的電流，是由細胞群與其他細胞群之間的電位差所形成。然而這些電位活動的變化非常微弱，所以需藉由放大器處理後，在以波形呈現，上述之電位變化即為腦電波，又稱為腦電圖(Electroencephalography，簡稱EEG)，是大腦重要的生理參數。許多研究證實，可透過腦部各電極點的電位活動測量來檢驗其生心理運作的歷程，包括思想、情緒、慾望等，皆為腦細胞之電位差反應所呈現出來，透過腦電圖(EEG)具有高度的時間解析度，且能夠立即紀錄與直接呈現腦部運作歷程，是一種常見且非侵入式的專注力(attention)或穩定度(mediation)的檢測方式。依據腦電圖儀與臨床生理學會國際聯盟的分類將腦波的頻率由低至高細分為：δ波(0.5~4Hz)、θ波(4~7Hz)、α波(8~13Hz)、β波(14~30Hz)，γ波(30Hz~100+Hz)，α波代表一個人最清醒、安靜、穩定且專注的狀態；β波代表情緒涉入工作狀態，是處於緊張、焦慮或興奮、不安等高度思維時的腦波；θ波(4~7Hz)代表人在一種輕眠、打盹的狀態，正常成人在覺醒狀態下很少出現θ波；δ波代表人的睡眠狀態，正常成人在清醒狀態下沒有δ波；γ波則與意識感知有關。

許多研究發現腦波特徵的變化與專注力集中程度息息相關，α波、β波、θ波的振幅、頻率的變化都可直接呈現不同的專注力程度。Prinzel et al.(2001)發現α波減少及θ波的增加對工作負荷及專心有明顯的相關；其它研究指出當受測者專心於心算的測驗時，其α波的振 幅比平時較為減少，且當θ波及低頻β波的增加，對於專注力集中、記憶力增加有明顯的提升效果(Mecklinger et al.1992；Kilmesch et al.1993)。Sauseng et al.2007提到θ波除了與專注、情緒經驗、維持及內化的注意力有關外，也與持續性注意力及資源的分配、本體感覺訊息處理過程、任務複雜性有所關聯。α波振幅會因感官刺激、自主動作及認知活動而降低，而α波振幅的降低且頻率提升則表示腦部處於激發(專注)狀態(Pfurtscheller & Klimesch 1992)。

目前市面上已有一些產品可以進行腦波的偵測與採集。舉例來說，NeuroSky近年來致力於發展輕量化的腦機介面(Brain Computer Interface；BCI)裝置，MindWave為其發展之腦波耳機，藉由單一乾式電極傳感器，置於前額葉處，採集大腦產生之生物訊號，其參考電極和電路接地系統連接於左耳垂，採樣頻率為512Hz。其獨家技術ThinkGearTM晶片整合了對原始腦電訊號進行採集、濾波、放大、轉換、分析等數位訊號處理功能，通過eSenseTM演算法將個人之心理狀態以數字化作一個呈現的方式，並且可區分為專注度(Attention)與穩定度(Mediation)，該精神狀態以0到100表示。

此外，由於偵測腦波的方法都是在前額葉處，而眼睛十分靠近偵測點，且角膜或眼皮肌肉運動時會帶微量電荷，所以往往在腦波採集中，會同時採集到因為眨眼所造成的波形。目前業界是將其視為一種腦波之干擾波，但已經可以用一些方法將其擷取出來，或是過濾出來。然而，目前並沒有針對這部分的波形進行應用。

請先參照圖一，其繪示依照本發明一實施例的一種電子裝置 的控制方法的流程圖。本發明的電子裝置的控制方法100包括下列步驟：首先步驟110為接收一腦波訊號，可以透過腦電圖(EEG)的裝置偵測使用者的腦波訊號，例如上述的腦波耳機。而腦電圖中的腦波訊號包括δ波(0.5~4Hz)、θ波(4~7Hz)、α波(8~13Hz)、β波(14~30Hz)，γ波(30Hz~100+Hz)。步驟111，將這些腦波訊號經過特定的分析與運算，可以取得一特徵腦波，如上所述，比如是專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波或其組合。然而本發明不限於上述的特徵腦波，任何可以偵測獲得，且可以經由學習或訓練強化的特徵腦波，都可以應用於本發明的控制系統中。步驟112，在本發明的某些實施例中，會預設這些特徵腦波分別的臨界值，當所測得的特徵腦波超過預定臨界值，即會產生特定的控制訊號(步驟114)。也就是說，當使用者專注度超過一定的程度，穩定度超過一定程度或是以特定方式眨眼時，會使得所測得之特徵腦波超過預定臨界值，即產生控制訊號(如步驟114)，而這些特徵腦波超過預定臨界值時，可以分別產生對應不同的控制訊號。

如步驟116所示，控制訊號傳輸至電子裝置，並依據控制訊號，控制電子裝置。舉例而言，當專注度特徵腦波超過預定臨界值時，可以產生對應顯示模組的控制訊號，而當眨眼特徵腦波超過預定臨界值時，可以產生對應應用程式的控制訊號。電子裝置的種類包括電腦(包含個人電腦，筆記型電腦，平板電腦等)，智慧型行動電話，智慧型電視等。電子裝置至少包括一處理器，一顯示模組，一儲存媒體，及一輸入/輸出模組等，而儲存媒體，比如是硬碟，固態硬碟，光碟，或記憶體等，可以用來儲存作業系統，及各種應用程式或檔案。電子裝置可以依據控制訊號內容，對 於其硬體或軟體進行操作。舉例而言，如步驟118所示，可以根據控制訊號操作顯示模組，比如顯示模組中影像的捲動(scrolling)，或者顯示模組中影像的放大/縮小(scaling)等。如步驟120所示，也可以根據控制訊號操作作業系統，比如作業系統的鎖定/解鎖，作業系統休眠/關機等等。如步驟122所示，更可以根據控制訊號操作應用程式或檔案，比如應用程式或檔案的選擇/開啟/關閉等等。然而，本發明並不限於上述電子裝置的操作，電子裝置的各種硬體，韌體，軟體的操作，都可以利用本發明的方法進行控制。

值得一提的是，本發明的電子裝置控制方法，可以將特徵腦波與電子裝置的操作做任意的對應或組合。舉例而言，當使用者專注電子裝置到達一定程度，使得專注度特徵腦波超過預定臨界值時，可以產生控制訊號，以進行顯示模組的影像捲動。而當使用者在一特定時間內連續眨眼特定次數，使得眨眼特徵腦波超過預定臨界值時，可以產生另一控制訊號，以進行應用程式之選擇。或者，當使用者冥想達到一定程度使得穩定度特徵腦波超過預定臨界值，且同時在一特定時間內連續眨眼特定次數，使得眨眼特徵腦波超過預定臨界值時，可以產生另一控制訊號，以進行作業系統的鎖定。然而本發明電子裝置控制方法，並不限於上述的控制對應及組合方式，熟習此技藝者可以依照需求，將特徵腦波與電子裝置的控制作適當的對應與組合。

接著，請參照圖二，圖二繪示依照本發明一實施例的一種電子裝置控制系統之方塊圖。本發明電子裝置控制系統200，用以控制一電子裝置214，本發明電子裝置控制系統200包括：一腦波接收模組210以及一腦波分析模組212。腦波接收模組210適於配戴於使用者之頭部，用以接收使 用者之腦波訊號，諸如δ波(0.5~4Hz)、θ波(4~7Hz)、α波(8~13Hz)、β波(14~30Hz)，γ波(30Hz~100+Hz)。腦波分析模組212電性連接腦波接收模組210，自腦波接收模組210接收腦波訊號，運算腦波訊號以產生一特徵腦波，諸如專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波或其組合。當特徵腦波超過一預定臨界值，輸出一控制訊號。電子裝置214至少包括一控制模組216、一顯示模組以及一儲存媒體220。儲存媒體220比如是硬碟，固態硬碟，光碟，或記憶體等，用來儲存至少一作業系統222以及至少一應用程式224或檔案。控制模組216例如是處理器(processor)，電性連接腦波分析模組212，並接收控制訊號，且電性連接顯示模組218與儲存媒體220，並依據控制訊號，操作作業系統222，操作應用程式224，或操作顯示模組218。如上所述，這些操作包括：顯示模組中影像的捲動(scrolling)，或者顯示模組中影像的放大/縮小(scaling)，作業系統的鎖定/解鎖，作業系統休眠/關機，應用程式或檔案的選擇/開啟/關閉等等。然而，本發明並不限於上述電子裝置的操作，電子裝置的各種硬體，韌體，軟體的操作，都可以利用本發明的系統進行控制。

在本發明的一個或多個實施例中，特徵腦波包括專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波及其組合。而特徵腦波與電子裝置操作的控制，可以做任意的對應與組合，如上所述。在本實施例中，腦波接收模組210與腦波分析模組212可以整合於一裝置中，比如NeuroSky所發展輕量化的腦機介面(Brain Computer Interface；BCI)裝置，MindWave腦波耳機。

請參照圖三，圖三繪示依照本發明另一實施例的一種電子裝 置控制系統之方塊圖。圖三中與圖二相同標號表示相同或類似的元件，可參照圖二之說明，在此不再贅述。圖三與圖二的主要不同在於，本實施例的電子裝置控制系統300中，腦波分析模組212整合於電子裝置314中。在實務上，腦波分析模組212對於腦波訊號需要較多較複雜的運算，以產生特徵腦波，如果就耗電量或運算效能的考量，可以將腦波分析模組212整合於電子裝置314，而由控制模組216(處理器)進行運算。值得一提的是，圖二中腦波分析模組212與控制模組216間的連接，或者圖三中腦波接收模組210與腦波分析模組212的連接，可以是有線或者是無線的電性連接，其中無線的方式，可以包括藍芽，射頻傳輸，WiFi,3G或LTE。

綜上所述，藉由本發明的電子裝置的控制系統及其方法，可以利用專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波及其任意組合等特徵腦波，對於電子裝置進行輸入或操作，包括顯示模組中影像的捲動，或者顯示模組中影像的放大/縮小，作業系統的鎖定/解鎖，作業系統休眠/關機，應用程式或檔案的選擇/開啟/關閉等等。使用者無須透過任何動作，手勢或語音，利用意念就可以更方便地讓使用者進行輸入或操控。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電子裝置的控制方法

110、111、112、114、116、118、120、122‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種電子裝置的控制方法，應用於一電子裝置，該電子裝置至少包括一顯示模組、一作業系統與一應用程式，該電子裝置的控制方法包括：接收一腦波訊號；運算該腦波訊號以產生一特徵腦波，當該特徵腦波超過一預定臨界值，產生一控制訊號；以及根據該控制訊號，控制該電子裝置的一操作，其中該操作係選自於由該顯示模組的影像捲動、該顯示模組的影像放大/縮小、該作業系統的鎖定/解鎖、該應用程式的選擇及其組合所組成組群中的一種操作；其中該特徵腦波係選自於由專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波及其組合所組成族群中的一種特徵腦波。
2. 如請求項1所述之電子裝置的控制方法，其中該腦波訊號係由α波，β波，γ波，δ波及θ波至少其中之一所組成。
3. 一種電子裝置控制系統，用以控制一電子裝置，該電子裝置至少包含一顯示模組、一儲存媒體以及一控制模組，該儲存媒體儲存一作業系統與一應用程式，該控制模組電性連接該顯示模組與該儲存媒體，該電子裝置控制系統包含：一腦波接收模組，接收一使用者之一腦波訊號；以及一腦波分析模組，電性連接該腦波接收模組，自該腦波接收模組接收該腦波訊號，運算該腦波訊號以產生一特徵腦波，當該特徵腦波超過一預定臨界值，輸出一控制訊號至該控制模組，使該控制模組依據該控制訊號，操作該作業系統、該應用程式或該顯示模組； 其中該特徵腦波係選自於由專注度特徵腦波、穩定度特徵腦波、眨眼特徵腦波及其組合所組成族群中的一種特徵腦波。
4. 如請求項3所述之電子裝置控制系統，其中該腦波訊號包括：α波，β波，γ波，δ波，θ波或其組合。
5. 如請求項3所述之電子裝置控制系統，其中該腦波分析模組係整合於該電子裝置中。
6. 如請求項3所述之電子裝置控制系統，其中操作該作業系統包括鎖定/解鎖該作業系統。
7. 如請求項3所述之電子裝置控制系統，其中操作該顯示模組包括捲動或放大/縮小該顯示模組的一影像。
8. 如請求項3所述之電子裝置控制系統，其中操作該應用程式包括致動/關閉該應用程式其中之一。