專利名稱：調(diào)息狀態(tài)的分析方法及運用該分析方法的互動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種呼吸分析方法，且特別是涉及調(diào)息狀態(tài)的分析方法及運 用此分析方法的互動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
呼吸是生命活動基本的呈現(xiàn)，在中國傳統(tǒng)中有所謂「氣」的概念，而r氣J 往往是通過調(diào)息來導(dǎo)引，因而與呼吸有密不可分的關(guān)系。近幾年由西方科學(xué) 的研究顯示可通過呼吸來調(diào)節(jié)自主神經(jīng)的平纟軒，并可利用生物反饋的方式來 調(diào)節(jié)個人的精神狀態(tài)。這樣的概念已經(jīng)使得呼吸不僅僅是達到氧氣交換的基 本生物本能，也可以就由呼吸來調(diào)節(jié)生理狀態(tài)。
呼吸的活動會反應(yīng)在許多生理方面的變化，最直接是胸腔的起伏等等。 而此部分的測量，最常搭配心電圖的電極，利用呼吸過程中電極間的阻抗變 化來監(jiān)測呼吸的波形。請參照圖1,主要是說明美國5, 682， 898關(guān)于「呼吸 率的測量裝置(Respiration Rate Measuring Apparatus)」的專利。此呼吸 率的測量裝置100包括一個脈波感測器(Pulse Wave Sensor) 10測量^f吏用者 的月永波，并將測量到的數(shù)據(jù)傳送到呼吸率測量電^各(Respiration-rate Measure Circuit) 14。而得到的測量結(jié)果則傳送到輸出裝置16。而又例如美 國5, 143, 078關(guān)于r呼吸率監(jiān)控裝置(Respiration Rate Monitor)」的專利， 主要是提到如何將貼在病人身上的感測器有效地排除心跳聲音(Heart Sounds)或是周圍的噪聲(Ambient Noise)。
上述傳統(tǒng)的呼吸率的測量裝置，都可以有效的測量受測者的脈動。另外， 傳統(tǒng)的技術(shù)也提出利用張力轉(zhuǎn)換器記錄胸腔起伏狀況的測量裝置。然而，這 些傳統(tǒng)的測量技術(shù)，都必須在身體上放置感測器，并且直接與人體接觸，久 了自然會有皮膚不適的現(xiàn)象，又由于都為有線的設(shè)備，在很多應(yīng)用上有其不 便之處。
另夕卜， 一般在呼吸的測量上，都著重在為每分鐘呼吸的次數(shù)，即呼吸率。 例如醫(yī)院中最常使用的生理監(jiān)視器，即是利用阻抗法記錄呼吸的波形后，分析每分鐘呼吸的次數(shù)，并加上一些其它的警示條件，例如過快或15秒內(nèi)無 呼吸，藉以反應(yīng)患者在入睡或昏迷時的無意識自主呼吸，此為自主神經(jīng)功能 異常所導(dǎo)致與一般人異同的呼吸，達到生理監(jiān)控的目的。如果要把呼吸的變化應(yīng)用在醫(yī)療之外的情境，則出發(fā)點就有根本上的差 異，最主要的部分是加入了個人意識的控制，或是稱之為調(diào)息狀態(tài)。在基本 的呼吸生理活動之外，加入了有意識地控制呼吸的行為，其包含暫停呼吸、 呼吸的深淺與呼吸的快慢不同等等。但一般的生理監(jiān)視器在于監(jiān)控被觀測者 不正常呼吸的狀況，對于正常的呼吸范圍，則是略過不記的。因而，目前并 沒有任何關(guān)于調(diào)息呼吸狀態(tài)明確的分析方法。而使用檢測呼吸的變化運用在 醫(yī)療之外的應(yīng)用方式則更少。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種調(diào)息狀態(tài)分析方法，利用測量一受測者的呼吸，可以即 時得知受測者的調(diào)息狀態(tài)，并加以應(yīng)用。本發(fā)明提供一種組合式調(diào)息狀態(tài)的分析方法，利用測量兩位受測者的呼 吸，可以綜合所得受測者的調(diào)息狀態(tài)，并加以應(yīng)用。本發(fā)明 一實施范例提供一種調(diào)息狀態(tài)的分析方法，此分析方法包括先用 感測器記錄受測者呼吸一段初始時間，得到初始呼吸信號，而后分析初始呼 吸信號，得到分析參數(shù)及判斷參數(shù)。接著，用感測器測量受測者的呼吸，得 到呼吸信號，并且分析呼吸信號及分析參數(shù)，得到呼吸速度及呼吸振幅。根 據(jù)呼吸速度、呼吸振幅及判斷參數(shù)可即時得到調(diào)息狀態(tài)，據(jù)以作為互動操作 的依據(jù)。本發(fā)明 一實施范例提供一種運用調(diào)息狀態(tài)分析的互動系統(tǒng)，包括調(diào)息狀 態(tài)分析模塊與控制機制。此調(diào)息狀態(tài)分析模塊使用測量受測者的呼吸，得到 呼吸信號，并根據(jù)取得的分析參數(shù)對所述呼吸信號進行分析，得到呼吸速度 及呼吸振幅。并且根據(jù)上述呼吸速度、呼吸振幅及預(yù)先設(shè)定的判斷參數(shù)，從 多個調(diào)息狀態(tài)中選擇對應(yīng)的其中一個。而控制機制接收此調(diào)息狀態(tài)，并據(jù)以 作為控制機制的控制信號，以進行互動系統(tǒng)的互動操作。上述的互動系統(tǒng)中，在一實施范例中，還包括藝術(shù)作品重現(xiàn)模塊，連接 到控制機制，并根據(jù)所接收的調(diào)息狀態(tài)對應(yīng)產(chǎn)生的控制信號，控制藝術(shù)品重 現(xiàn)模塊產(chǎn)生對應(yīng)此調(diào)息狀態(tài)的動作。在一實施范例中，此藝術(shù)作品重現(xiàn)模塊為書法重現(xiàn)模塊，根據(jù)所述的控 制信號，書法重現(xiàn)^^莫塊產(chǎn)生書法的筆畫粗細、墨色深淺與筆畫含墨量大小的 效果。上述的互動系統(tǒng)中，在一實施范例中，還包括麻將操作模塊，連接到此 控制機制，并根據(jù)所接收的受測者的調(diào)息狀態(tài)所對應(yīng)產(chǎn)生的控制信號，控制 麻將操作模塊產(chǎn)生對應(yīng)調(diào)息狀態(tài)的動作。本發(fā)明實施例提供一種運用調(diào)息狀態(tài)分析的互動系統(tǒng)，包括調(diào)息狀態(tài)分 析模塊與控制機制。此調(diào)息狀態(tài)分析模塊使用測量一對受測者的呼吸，分別得到兩個呼吸信號，并根據(jù)取得的兩個分析參數(shù)分別對所述呼吸信號進行分 析，得到兩個呼吸速度及兩個呼吸振幅，并且根據(jù)這些呼吸速度、呼吸振幅 及預(yù)先設(shè)定的兩個判斷參數(shù)，從多個調(diào)息狀態(tài)中選擇對應(yīng)的其中兩個調(diào)息狀 態(tài)。此控制機制用以接收所述調(diào)息狀態(tài)，并加以組合后據(jù)以作為控制機制的 控制信號，以進行互動系統(tǒng)的互動操作。為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉若干實施范例， 并結(jié)合附圖詳細說明如下。


圖1為傳統(tǒng)呼吸率的測量裝置方塊示意圖。圖2A-2C為一種呼吸信號與測量呼吸信號的深淺與呼吸速度，其結(jié)果 示意圖。圖3A 3C為另一種呼吸信號與測量呼吸信號的深淺與呼吸速度，其結(jié) 果示意圖。圖4A-4B為兩種呼吸信號與本實施例所采用的超寬頻感測器(UWB)測量呼吸信號的深淺與呼吸速度，其結(jié)果示意圖。圖5A為根據(jù)本發(fā)明的組合式調(diào)息狀態(tài)的分析方法的流程圖實施例。圖5B為根據(jù)本發(fā)明的調(diào)息狀態(tài)分析圖實施例。圖6為說明根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用于書法重現(xiàn)的示意圖實施例。圖7為說明本發(fā)明的組合式調(diào)息狀態(tài)的分析方法的流程圖實施例。附圖符號說明100:呼吸率的測量裝置10:脈波感測器 14:呼吸率測量電路 16:輸出裝置S501-S508:調(diào)息狀態(tài)監(jiān)測方法的各步驟 PO到P9:調(diào)息狀態(tài)S710-S746:調(diào)息狀態(tài)監(jiān)測方法的各步驟具體實施方式
如果要把呼吸的變化應(yīng)用在醫(yī)療之外的情境，則出發(fā)點就有根本上的差 異，最主要的部分是加入了個人意識的控制，.或是稱之為調(diào)息狀態(tài)。在基本 的呼吸生理活動之外，加入了有意識地控制呼吸的行為，其包含暫停呼吸、 呼吸的深淺與呼吸的快慢不同等等。本發(fā)明提供一種將調(diào)息狀態(tài)運算法則運用到互動系統(tǒng)中，可利用非接觸 式也可利用接觸式的感測器測量受測者的呼吸，即時得知受測者的調(diào)息狀 態(tài)，并根據(jù)測量的結(jié)果，運用到互動系統(tǒng)中作為控制的依據(jù)。上述非接觸式的感測器在一實施例中可以是超寬頻感測器(UWB),而 此超寬頻感測器技術(shù)如申請人所提出名稱為「非接觸式心肺活動監(jiān)視裝置及 其信號的擷取方法」申請?zhí)枮?5146608的中華民國專利申請文件內(nèi)容中， 在此參照相關(guān)的數(shù)據(jù)，不再冗述。而上述的互動系統(tǒng)，運用范圍非常廣泛，以下將針對平面藝術(shù)作品的互 動顯示方式，做一范例的說明，但不以此為限制。藝術(shù)作品已經(jīng)深深值入了每個人的生活，例如臺北101的建筑藝術(shù)、捷 運畫廊、工研院的任意門乃至于網(wǎng)頁的設(shè)計、電視廣告、流行音樂甚至于小 學(xué)生的涂鴉、國中生的書法毛筆字等等，在在都是藝術(shù)的范疇。而目前高度 發(fā)展的高科技技術(shù)，似乎與藝術(shù)作品絲毫沒有任何關(guān)連。但是，若是將這兩 者結(jié)合在一起，又會激起什么樣的火花呢？每年秋天在奧地利林茲(Linz) 所舉辦的電子藝術(shù)節(jié)(ARSElectronica)便是工程人員跨足藝術(shù)界的搖籃， 每年有上千件由世界各地具有專業(yè)電子、工程等高科技技術(shù)背景的藝術(shù)愛好 者，將科技與藝術(shù)結(jié)合，讓藝術(shù)不僅僅只融入于生活，還通過不停發(fā)展的科 技，讓聞名遐邇的藝術(shù)家們，天馬行空的幻想、童話夢境般的愿望都可以轉(zhuǎn) 而實現(xiàn)在21世紀的現(xiàn)在。然而，欣賞藝術(shù)與藝術(shù)創(chuàng)作，又是另一個截然不同的領(lǐng)域了。想要使一 般市井小民、普羅大眾都可以通過發(fā)達的高科技來實現(xiàn)藝術(shù)的創(chuàng)作與發(fā)想， 利用「科技」達到「人」與「藝術(shù)」互動的作品，似乎相當困難。本此初衷， 本申請的發(fā)明人提出這樣的架構(gòu)，讓最容易表現(xiàn)互動的科技與藝術(shù)相結(jié)合。以人為本，利用每個人都離不開的元素『呼吸』，將此兩種不同的領(lǐng)域r科 技J與r藝術(shù)J加以結(jié)合，讓每個人在欣賞藝術(shù)的同時，能夠參與其創(chuàng)作的 過程，讓人深深受到藝術(shù)作品的感動。以下將以每個人的『呼吸』與中華文化傳統(tǒng)的「書法」加以結(jié)合，以實 現(xiàn)本發(fā)明所提出將調(diào)息狀態(tài)運算法則運用到互動系統(tǒng)中的目標?！汉粑?，此為人類每分每秒不可缺少的日常運動，也是每個人天生具 備的本能，以呼吸作為創(chuàng)作的題材，不僅可以達到人人皆有，人人皆會的基 本主張，并且也可以通過呼吸中「氣」的概念，搭配中華文化特有的「書法J 藝術(shù)，將五千年的中華文化與現(xiàn)今相結(jié)合，通過國際舞臺，讓世界各地的人， 都可以經(jīng)由本創(chuàng)意作品，更為熟稔中華文化。r氣」的觀念，大至宇宙小如齊子，中國文化、藝術(shù)都存在于這樣的思 維體系中，例如中國的中醫(yī)、氣功、拳法、書法、山水畫…等，人體的呼吸， 宇宙萬物的存在，都由「氣」化育而生，由「陰」、「陽」兩極的相生相息 而生?！戈枴棺詮姴幌ⅲ羞M的力量。「陰」，厚德載物，承載的力量。 以陰陽的觀念設(shè)計觀賞者的體驗互動，例如由一人利用呼吸決定書法書寫的 行進(陽)，另一人就是決定書寫的墨色濃淡(陰)，來共同完成整個書法 名帖的「再現(xiàn)」，這樣的再現(xiàn)，不只是文物的還魂，與現(xiàn)代人的相遇，更是 r我」-現(xiàn)代的觀者，用自己生命的律動與藝術(shù)家的生命律動的私密對話與 體驗。此作品希望承載了 「知識、文化的密度J與「藝術(shù)的涵養(yǎng)」，運用科學(xué) 儀器，將固有文物再現(xiàn)其珍藏的不只是藝術(shù)的型式，更是創(chuàng)作者的精氣神。 加上心理學(xué)、醫(yī)學(xué)的角度重新演繹，如同臺灣故宮博物館(National Palace Museum)時尚新主張「 Old is New (歷久彌新)」的》見念，讓現(xiàn)4戈人都能經(jīng) 由此發(fā)明，跨越時空與國籍貼近書法家與名作。中國人的藝術(shù)觀常說「人如其文」、「人如其畫」，作品，也就是作者 人格、人品的具體表現(xiàn)，每個書法家的作品，背后都有其人格特質(zhì)、各自的 性情，書法的線條，外國人喻為r線條的雄辯」，視覺上是很單純的，所以r行氣」在藝術(shù)形式的呈現(xiàn)上、體驗上，采用簡單而強烈的書法線條，是相 得益彰的。每個作品的「行氣」，即運用了中國文化中大小宇宙(天、人) 的相對觀念，借著利用科學(xué)儀器的輔助呈現(xiàn)視覺影像。本發(fā)明所提出的將調(diào)息狀態(tài)運算法則運用到互動系統(tǒng)中，將藝術(shù)作品拉 開了兩個層次，包括通過感測器的檢測，把個人內(nèi)在的虛的世界反映到實的 世界中，通過書法成為能為視覺所見的藝術(shù)形式。其次，通過非接觸式的感 測器的檢測呼吸(氣)以及書法行徑方式的變化，建立觀賞者與書法家或是 過去流傳的名帖間的私密的、獨特的生命連結(jié)與體驗。此種讓參與此創(chuàng)意作品的互動者，不只是用科技的物眼來觀照自己的小 宇宙，還能借著書法律動的體驗，淺嘗中國人「人如其文」、「人如其畫J 的況p未。上述感測器若是非接觸式的感測器，在一實施方式中可以是超寬頻感測器(UWB),在此不再冗述。而這樣的互動系統(tǒng)，預(yù)期可以達到的功效包括通過前瞻科技與藝術(shù)作品 極致文化的結(jié)合表現(xiàn)，創(chuàng)作杰出的科技藝術(shù)作品。另外，通過科技與藝術(shù)的 創(chuàng)意，創(chuàng)造文物與現(xiàn)代人的新對話關(guān)系，提供觀眾高互動性、全感官式的高 記憶度觀看經(jīng)驗。另外，通過科技力的r物眼」，使得古文化的典藏與再現(xiàn)， 展現(xiàn)新的感動與內(nèi)涵。以及通過科技實現(xiàn)人人可以創(chuàng)作、人人都能體驗的新 世代藝術(shù)口號。本發(fā)明所提出的運用調(diào)息狀態(tài)運算法則的互動系統(tǒng)，加入了個人意識的 控制。也就是說在基本的呼吸生理活動之外，加入了有意識地控制呼吸的行 為，并且期待可以由外在的測量顯示出來，如此才能與其它的應(yīng)用結(jié)合在一 起。上述可以檢測有意識的控制呼吸，可分為多種不同的類別，包含暫停呼 吸、呼吸的深淺與呼吸的快慢等等。而這些類別與傳統(tǒng)所提出一般的生理監(jiān) 視器的訴求完全不同。 一般的生理監(jiān)視器在于監(jiān)控被觀測者不正常呼吸的狀 況，對于正常的呼吸范圍，則是略過不記的，反觀應(yīng)用本發(fā)明的調(diào)息狀態(tài)運 算法則，不僅可以計算出每分鐘呼吸率，還可以利用其可以感測心臟跳動此 高分辨率的特性，分析人體在呼吸時，胸腔的變化，通過計算出不同于呼吸 率的呼吸參數(shù)，再結(jié)合后續(xù)軟件的輸出。在一實施例中，可利用超寬頻感測器(UWB)測量胸腔的變化，計算出因胸腔變化所得到的波形，再進而分析出針對本創(chuàng)意作品所需要的振幅(呼 吸深淺)、速度(呼吸波瞬時斜率)、頻率(每分鐘呼吸次數(shù))，再配合選用的藝術(shù)表達形式『書法』，進而達到利用呼吸完成與人的互動的藝術(shù)創(chuàng)作。而關(guān)于呼吸的深淺方面，雖然每個人的呼吸狀況差異，可以直接定義成 一個呼吸周期的高點與低點的差距，不過在實際運用時會因為每個人呼吸率 不盡相同，發(fā)生數(shù)據(jù)更新無法達到即時有效的現(xiàn)象。另外則是， 一般而言，成人呼吸約每分鐘15次，表示一個周期為4秒，要取得呼吸信號的波峰波 谷會有兩秒的誤差。因此，在呼吸深淺的計算上是采用一段時間內(nèi)信號的范 圍，也就是一段時間內(nèi)信號最大與最小值的差，至于此"一段時間"的定義 根據(jù)不同的應(yīng)用而決定，例如3秒或1秒內(nèi)的信號范圍都適用，甚至也可以 同時采用達到更多樣的變化。依據(jù)前面所述，當人在有意識的控制呼吸時，會期望由這些動作反應(yīng)在 于測量到的信號，并進而可做對應(yīng)的互動。因此在一段時間內(nèi)信號的范圍的 定義下，較深的呼吸可以馬上反應(yīng)，較淺的呼吸會依設(shè)定的時間長短而有延 遲的現(xiàn)象，不過已經(jīng)比采用呼吸周期的高點與低點的差改善許多。在呼吸的速度方面， 一般的認知有兩個方面的觀點， 一種是呼吸頻率， 一種則是呼吸過程中呼吸動作的瞬間反應(yīng)即為呼吸斜率。呼吸頻率就是一般 所記錄的每分鐘呼吸次數(shù)，而呼吸過程中呼吸動作的瞬間反應(yīng)則可以輕易的 從呼吸波形的斜率展示出來。因此實際應(yīng)用時必須包含這兩部分，故本實施 例實際使用呼吸速度為呼吸頻率加上呼吸斜率。為了反應(yīng)有意識的控制呼吸速度，也就是說快速呼吸與緩慢呼吸要能被 檢測出來。在有意識地快速呼吸時，斜率的變化不大，但頻率會變快，而呼 吸緩慢時，斜率會馬上反應(yīng)，但頻率則會有好幾秒的延遲，因此基本輸出為 斜率，而當頻率大于每分鐘15次時表示有意識地快速呼吸，則必需將頻率 乘上一權(quán)重后加上斜率輸出；反之，當暫停呼吸時，呼吸波的頻率降至零， 且由于沒有呼吸的動作，胸腔變化斜率也趨近為零，故當暫停呼吸時，也可 快速且準確的呈現(xiàn)。請參照圖2A-2C，當呼吸信號如圖2A所示時，此實施例所采用的超寬 頻感測器(冊B)測量呼吸信號的深淺與呼吸速度，其結(jié)果分別為圖2B與圖 2C。圖2B中，計算出的呼吸深淺時，可以清楚的看出當使用例如3秒的信以有效的將不同改變的呼吸狀態(tài)區(qū)分出來(深呼吸與閉氣)。當UWB感測到胸腔變化所反應(yīng)的輸入波形為圖2A時，所計算出的呼吸頻率 為圖2C,如圖示的每分鐘呼吸次數(shù)，可以看出由呼吸慢速切換至快速呼吸。 另外，請參照圖3A-3C，若是呼吸信號如圖3A所示時，此實施例所采 用的超寬頻感測器(冊B)測量呼吸信號的深淺與呼吸速度，其結(jié)果分別為圖 3B與圖3C。圖3B中，計算出的呼吸深淺時，可以清楚的看出當使用例如3 秒的信號范圍時，可以有效的將不同改變的呼吸狀態(tài)區(qū)分出來(深呼吸與閉 氣)。而當UWB感測到胸腔變化所反應(yīng)的輸入波形為圖3A時，所計算出的 呼吸頻率為圖3C,如圖示的每分鐘呼吸次數(shù)，可以看出由呼吸快速切換至慢 速呼吸》上述單純使用呼吸頻率的計算會導(dǎo)致反應(yīng)不即時，應(yīng)用在此實施例時， 會導(dǎo)致互動的效果大幅降低。然而，若是改用胸腔變化波形的斜率加上呼吸 頻率來做適當?shù)恼{(diào)變后，可以大幅提升即時性達到互動的效果。圖4A與圖 4B便是在本實施例中，當UWB測量到胸腔變化波形為圖2A與圖3A時，所得 到的呼吸速度的輸出，例如圖4A顯示呼吸由慢速切換至快速，而圖4B則顯 示呼吸由快速切換至慢速，X軸所顯示的是時間(秒)，而Y軸顯示的是呼吸 深度(mV)。不但即時反映了被觀測者的呼吸變化也提供了一種新的計算法 則。此實施例中，利用超寬頻感測器(冊B)測量胸腔的變化，計算出因胸 腔變化所得到的波形，再進而分析出針對本實施例所需要的振幅(呼吸深 淺)、速度(呼吸波瞬時斜率)、頻率(每分鐘呼吸次數(shù))，再配合選用的 藝術(shù)表達形式『書法』，進而達到利用呼吸完成與人的互動的藝術(shù)創(chuàng)作的實 施例，而詳細流程圖則如圖5所示。在正式測量受測者的調(diào)息狀態(tài)之前，先記錄此受測者的呼吸一段時間， 例如25-35秒，在此以30秒為例，得到初始呼吸信號，分析這個初始呼吸 信號可以得到初始呼吸振幅AO、初始呼吸頻率FO及初始呼吸斜率SO。分析 這些數(shù)據(jù)可以得到分析參數(shù)及判斷參數(shù)供之后的測量使用。分析參數(shù)包括自然呼吸頻率Fn及加權(quán)系數(shù)k。將自然呼吸頻率Fn為初 始呼吸頻率FO的平均值，加權(quán)系數(shù)k通常為2。判斷參數(shù)包括呼吸振幅上界Ai、呼吸振幅下界Aj、呼吸速度上界Vi及 呼吸速度下界Vj。其中，呼吸振幅上界Ai及呼吸振幅下界Aj分別為初始呼吸振幅AO由大至小的例如前四分之一及后四分之一的平均值。呼吸速度上界Vi及呼吸速度下界Vj分別為初始呼吸速度VO由大至小的例如前四分之 一及后四分之一 的平均值。承上述，其中，初始呼吸速度VO的計算方式為得到受測者的分析參數(shù)及判斷參數(shù)后，開始測量受試的呼吸狀態(tài)。請參照圖5A,其為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的調(diào)息狀態(tài)的分析方法的流 程圖，其分析方法的說明如下。首先，在步驟S501中，利用感則器測量受 測者的呼吸，得到其呼吸信號，然后利用濾波器過濾不必要噪聲(步驟S502), 接著，分析此呼吸信號可以得到呼吸斜率、呼吸振幅及呼吸頻率(步驟S503)。，接著判斷此呼吸頻率是否大于自然呼吸頻率Fn(步驟S5G4)，若呼吸頻 率比較大則進入步驟S505,令呼吸速度V-S+kF。若否則進入步驟S506,此 時呼吸速度V-S。接下來，利用上述判斷參數(shù)即時得知受測者的呼吸為何種 調(diào)息狀態(tài)(步驟S507)。圖5B為根據(jù)本發(fā)明實施例的調(diào)息狀態(tài)分析圖，利用所量到的呼吸振幅 A及所計算出來的呼吸速度V，依上述判斷參數(shù)可分為例如九類的調(diào)息狀態(tài) P0到P8。例如說，當呼吸速度V小于呼吸速度下界Vj且呼吸振幅A大于呼 吸振幅上界Ai可對應(yīng)到調(diào)息狀態(tài)P8。另外，還包括為當受測者暫停呼吸時 的第九類調(diào)息狀態(tài)P9。最后，依應(yīng)用的類別做出相對應(yīng)的反應(yīng)(步驟S108)。請參照圖6,其為 根據(jù)本實施例應(yīng)用于書法的重現(xiàn)示意圖。以圖5所說明的不同的調(diào)息狀態(tài)所 對應(yīng)的書法的筆畫粗細、墨色深淺與筆畫含墨量大小的效果，例如，調(diào)息狀 態(tài)PO即代表下筆所寫出來的字具有漲暈開且墨色淺的特色；調(diào)息狀態(tài)P2即 代表干刷且墨色深的特色；調(diào)息狀態(tài)P8即代表書法漲墨暈開且墨色深的特 色；調(diào)息狀態(tài)P9即代表書法漲墨暈開且墨色淺的特色。此外，調(diào)息狀態(tài)P4將上迷的說明以流程圖示呈現(xiàn)，則請參照圖7所示。首先，利用超寬頻感測器(冊B)測量胸腔的變化(步驟S710)，得到呼 吸信號。而此呼吸信號則經(jīng)過濾波處理(步驟S712)后，將結(jié)果傳送給不同的 計算模塊，包括計算設(shè)定時間內(nèi)范圍信號的振幅A(步驟S714)、計算波形瞬間的斜率S (步驟S716)、以及計算呼吸的頻率F(步驟S718)。根據(jù)前述，運用在此實施例中，若是僅計算呼吸頻率，會導(dǎo)致反應(yīng)不即 時，而且會導(dǎo)致互動的效果大幅降低。然而，若是改用胸腔變化波形的斜率 加上呼吸頻率來做適當?shù)恼{(diào)變后，可以大幅提升即時性達到互動的效果。因 此，先判斷呼吸的頻率F是否大于每分鐘15次(步驟S724)，若是，則呼吸 速度設(shè)定為S+2F(步驟S730),若不是，則呼吸速度等于S,也就是波形的瞬 間斜率(步驟S722)。另外判斷是否暫停呼吸(步驟S720),若是，則呼吸振 幅A-(HS,也就是都是零(步驟S726),并認定目前的調(diào)息狀態(tài)為書法漲墨暈 開且墨色淺，且進行此表現(xiàn)方式(步驟S738)。但若并非暫停呼吸，則呼吸振 幅i殳定為A。接著，判斷呼吸振幅A是否大于上界(步驟S732),若是，則認定目前 的調(diào)息狀態(tài)為書法漲墨暈開且墨色深，且進行此表現(xiàn)方式(步驟S740)。若呼 吸振幅A不大于上界，則將此信息傳出。另外，當呼吸速度確定后，不論是 S或是S+2F,都判斷呼吸速度是否大于上界，若是，則認定此調(diào)息狀態(tài)為書 法干刷且墨色淺，且進行此表現(xiàn)方式(步驟S746)。若是呼吸速度不大于上界，那么則同時判斷呼吸振幅A與呼吸速度是否 都小于下界，若呼吸振幅A小于下界，那么認定目前的調(diào)息狀態(tài)為書法漲墨 暈開且墨色深，且進行此表現(xiàn)方式(步驟S740)。若呼吸速度小于下界，那么 認定目前的調(diào)息狀態(tài)為書法干刷且墨色淺，且進行此表現(xiàn)方式(步驟S746)。 若呼吸振幅A不于下界，或是呼吸速度不小于下界，那么認定調(diào)息狀態(tài)為書 法書寫速度與墨色濃淡根據(jù)數(shù)值做比例式的調(diào)變(步驟S742)。上述的上界或是下界，在選擇實施例中，可以以平均值的前四分之一或 后四分之一作為上下界限，但不以此為限。另外，上述呼吸的頻率是否大于 每分鐘15次的數(shù)字，是經(jīng)過實驗計算而得的數(shù)值，但并非以此為限，可適 用的范圍可以調(diào)整。而這些控制方式，都是采用主動式控制機制，可隨受測 人的性別、年齡或是各種不同的特性加以調(diào)整。上述的調(diào)息狀態(tài)，可根據(jù)不同的設(shè)計而調(diào)整，類別的數(shù)量并不受限。另 夕卜，上述的調(diào)息狀態(tài)檢測方法，可采用組合方式，利用測量兩受測者的呼吸， 可以綜合所得受測者的調(diào)息狀態(tài)，并加以應(yīng)用，若以上述實施例中所選用的 藝術(shù)表達形式『書法』來說明，其所需要的振幅(呼吸深淺)、速度(呼吸 波瞬時斜率)與頻率(每分鐘呼吸次數(shù))，可以產(chǎn)生兩種控制信號，例如其中一人針對書法漲墨暈開程度或調(diào)整，另外一人針對墨色的深淺或是書寫速 度調(diào)整等等，不同的變化將可加深兩人互動的效果。上述的調(diào)息狀態(tài)檢測，在另外一種實施例中，可用于交互式的麻將游戲 或其它娛樂活動的控制。例如在未聽牌前，游戲規(guī)則配合調(diào)息狀態(tài)檢測如下所述1、 可以換牌若拿到的牌不滿意時，可以大口的呼吸，當呼吸的振幅 超過設(shè)定的閾值，便可重新摸牌。2、 可以搶吃牌當玩家欲吃牌時，遭對手碰牌?？梢砸勒战M合技的概 念(如閉氣5秒再快速呼吸5秒)進行搶吃牌，而不會遭對手采用"碰"的選 擇。3、 可以令對手暫停一次或馬上輪玩家摸牌在游戲過程當中，隨機出 現(xiàn)呼吸的小考題，如要玩家挑戰(zhàn)5秒內(nèi)快速呼吸10次等，若成功達成，便 可以執(zhí)行特定指令，如對手暫停一次或馬上輪玩家摸牌，以增快聽牌速度。4、 回轉(zhuǎn)玩麻將時常常會發(fā)現(xiàn)下家的牌比較好吃，又按于麻將規(guī)則無 法進行任何選擇，本游戲可以引進回轉(zhuǎn)的概念，通過特定的呼吸方式來互動， 達成目標(如十秒完成一次呼吸)。而在聽牌之后，由于聽牌后的等待常常是玩家最沒興趣的地方，故可以 針對此多作一些廣告或變化，例如1、 可以看牌當聽牌時，玩家可以挑戰(zhàn)閉氣1分鐘后，接下來的時間 便可以觀看對手所持有的牌，以免放槍。例如閉氣l分半，則有30秒的時 間可以看對手持有的牌。2、 可以集氣加分聽牌后，當對手在打牌時，玩家也不一定要閑著， 可以進行集氣加分大考驗，在規(guī)定的時間內(nèi)，不停的呼吸，呼吸次數(shù)越多， 集的氣越多，當胡牌或自摸時有多重的積分。3、 天助自助來自摸聽牌后，可以隨機出現(xiàn)挑戰(zhàn)題(天助)，當完成 呼吸的考驗后，如忽快忽慢的呼吸，或是類似太鼓達人搬，提示何時要深呼 吸、何時要閉氣，若都順利完成，便會摸到自摸牌。本發(fā)明并不限制應(yīng)用于此，設(shè)計者可視實際需要，采用其它不同種類的 應(yīng)用，例如運用在測謊器上。只要將調(diào)息狀態(tài)運算法則運用到互動系統(tǒng)中， 利用非接觸式的感測器測量受測者的呼吸，即時得知受測者的調(diào)息狀態(tài)，并 根據(jù)測量的結(jié)果，運用到互動系統(tǒng)中作為控制的依據(jù)。雖然本發(fā)明已以實施范例披露如上，但其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，當可作若千的更改與修 飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以本發(fā)明的權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)息狀態(tài)分析方法，包括；感測方式感測受測者呼吸，并持續(xù)一段初始時間，得到初始呼吸信號分析該初始呼吸信號，得到分析參數(shù)及判斷參數(shù)；測量該受測者的呼吸，得到呼吸信號；根據(jù)該分析參數(shù)對該呼吸信號進行分析，得到呼吸速度及呼吸振幅；以及根據(jù)該呼吸速度、該呼吸振幅及該判斷參數(shù)得到對應(yīng)的調(diào)息狀態(tài)，并據(jù)以作為控制機制的控制信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中測量該受測者的呼吸得 到該呼吸信號的方式為非接觸式感測方式。
3. 如權(quán)利要求2所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該非接觸式感測方式采 用超寬頻感測器測量。
4. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該初始時間為一段預(yù)定 時間。
5. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該段預(yù)定時間的大小為 25到35秒之間。。
6. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該初始呼吸信號包括初 始呼吸頻率、初始呼吸振幅及初始呼吸斜率。
7. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該分析參數(shù)包括加權(quán)系 數(shù)及自然呼吸頻率，其中，該自然呼吸頻率為該初始呼吸頻率的平均值。
8. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該判斷參數(shù)包括呼吸振 幅上界、呼吸振幅下界、呼吸速度上界及呼吸速度下界，其中該上界大于該 下界。
9. 如權(quán)利要求8所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該呼吸振幅上界及該呼 吸振幅下界分別為該初始呼吸振幅在一段預(yù)定時間內(nèi)由大至小的前四分之 一及后四分之一的平均值，該呼吸速度上界及該呼吸速度下界分別為一初始 呼吸速度在該段預(yù)定時間內(nèi)由大至小的前四分之一及后四分之一的平均值。
10. 如權(quán)利要求9所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中，該初始呼吸速度的 計算方法為p0 + , ,F0 2F" 其中，SO為該初始呼吸殺+率，F(xiàn)O為該初始呼吸頻率。
11. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中取得該呼吸速度是根 據(jù)該呼吸信號所計算得到的呼吸頻率與波形瞬間斜率而決定。
12. 如權(quán)利要求11所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該呼吸速度的計算方法為其中，V為該呼吸速度，S為該波形瞬間斜率，F(xiàn)為該呼吸頻率，k為 力口權(quán)系數(shù)，F(xiàn)n為自然呼吸頻率。
13. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，得到該調(diào)息狀態(tài)的步驟包括檢查該呼吸速度及該呼吸振幅是否在預(yù)定范圍內(nèi)；以及 若該呼吸速度及呼吸振幅在預(yù)定范圍內(nèi)，該受測者處于該調(diào)息狀態(tài)。
14. 如權(quán)利要求n所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，該預(yù)定范圍為利用該判斷 參數(shù)所得。
15. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)息狀態(tài)分析方法，其中該控制機制應(yīng)用在藝術(shù)作品重現(xiàn)。
16. —種運用調(diào)息狀態(tài)分析的互動系統(tǒng)，包括調(diào)息狀態(tài)分析模塊，用以測量受測者的呼吸，得到呼吸信號，并根據(jù)取 得的分析參數(shù)對該呼吸信號進行分析，得到呼吸速度及呼吸振幅，并且根據(jù) 該呼吸速度、該呼吸振幅及預(yù)先設(shè)定的判斷參數(shù)，從多個調(diào)息狀態(tài)中選擇對應(yīng)的其中一個；以及控制機制，用以接收該調(diào)息狀態(tài)，并據(jù)以作為該控制機制的控制信號， 以進行該互動系統(tǒng)的互動操作。
17. 如權(quán)利要求16所述的互動系統(tǒng)，其中該分析參數(shù)與該判斷參數(shù)是先 行感測受測者呼吸并持續(xù)一段初始時間，得到初始呼吸信號，而分析該初始 呼吸信號，得到該分析參數(shù)及該判斷參數(shù)。
18. 如權(quán)利要求17所述的互動系統(tǒng)，其中該初始呼吸信號包括初始呼吸 頻率、初始呼吸振幅及初始呼吸斜率。
19. 如權(quán)利要求16所述的互動系統(tǒng)，其中測量受測者的呼吸而得到該呼吸信號為采用非接觸式感測方式進行測量。
20. 如權(quán)利要求19所述的互動系統(tǒng)，其中該非接觸式感測方式采用超寬 頻感測器進行。
21. 如權(quán)利要求16所述的互動系統(tǒng)，其中該分析參^t包括加權(quán)系數(shù)及自 然呼吸頻率，其中，該自然呼吸頻率為該初始呼吸頻率的平均值。
22. 如權(quán)利要求16所述的互動系統(tǒng)，其中該判斷參數(shù)包括呼吸振幅上界、 呼吸振幅下界、呼吸速度上界及呼吸速度下界，其中該上界大于該下界。
23. 如權(quán)利要求22所述的互動系統(tǒng)，其中該呼吸振幅上界及該呼吸振幅 下界分別為該初始呼吸振幅在一"R預(yù)定時間內(nèi)由大至小的前四分之一及后 四分之一的平均值，該呼吸速度上界及該呼吸速度下界分別為一初始呼吸速 度在該預(yù)定時間內(nèi)由大至小的前四分之一及后四分之一的平均值。
24. 如權(quán)利要求23所述的互動系統(tǒng)，其中，該初始呼吸速度的計算方法為f ， < F"p0 +綱，F(xiàn)0 2F" 其中，SO為該初始呼吸斜率，F(xiàn)0為該初始呼吸頻率。
25. 如權(quán)利要求16所述的互動系統(tǒng)，其中取得該呼吸速度根據(jù)該呼吸信 號所計算得到的呼吸頻率與波形瞬間斜率而決定。
26. 如權(quán)利要求25所述的互動系統(tǒng)，其中該呼吸速度的計算方法為其中，V為該呼吸速度，S為該波形瞬間斜率，F(xiàn)為該呼吸頻率，k為 加^L系數(shù)，F(xiàn)n為自然呼吸頻率。
27. 如權(quán)利要求26所述的互動系統(tǒng)，其中還包括藝術(shù)作品重現(xiàn)模塊，連 接到該控制機制，并根據(jù)所接收的該調(diào)息狀態(tài)產(chǎn)生的該控制信號，控制該藝 術(shù)品重現(xiàn)模塊產(chǎn)生對應(yīng)該調(diào)息狀態(tài)的動作。
28. 如權(quán)利要求27所述的互動系統(tǒng)，其中該藝術(shù)作品重現(xiàn)模塊為書法重 現(xiàn)模塊，根據(jù)該控制信號，該書法重現(xiàn)模塊產(chǎn)生書法的筆畫粗細、墨色深淺 與筆畫含墨量大小的效果。
29. 如權(quán)利要求26所述的互動系統(tǒng)，其中還包括麻將操作模塊，連接到該控制機制，并根據(jù)所接收的該調(diào)息狀態(tài)產(chǎn)生的該控制信號，控制該麻將操 作模塊產(chǎn)生對應(yīng)該調(diào)息狀態(tài)的動作。
30. —種運用調(diào)息狀態(tài)分析的互動系統(tǒng)，包括調(diào)息狀態(tài)分析模塊，用以測量一對受測者的呼吸，分別得到兩個呼吸信 號，并根據(jù)取得的兩個分析參數(shù)分別對所述呼吸信號進行分析，得到兩個呼 吸速度及兩個呼吸振幅，并且根據(jù)所述呼吸速度、所述呼吸振幅及預(yù)先設(shè)定 的兩個判斷參數(shù)，從多個調(diào)息狀態(tài)中選擇對應(yīng)的其中兩個所述調(diào)息狀態(tài)；以 及控制機制，用以接收所述調(diào)息狀態(tài)，并加以組合后據(jù)以作為該控制機制 的控制信號，以進行該互動系統(tǒng)的互動操作。
31. 如權(quán)利要求30所述的互動系統(tǒng)，其中該分析參數(shù)與該判斷參數(shù)以該 感測方式，分別先行感測所述兩個受測者呼吸并持續(xù)一段初始時間，得到兩 個初始呼吸信號，而分析所述初始呼吸信號，得到所述分析參數(shù)及所述判斷 參數(shù)。
32. 如權(quán)利要求31所述的互動系統(tǒng)，其中該初始呼吸信號包括初始呼吸 頻率、初始呼吸振幅及初始呼吸斜率。
33. 如權(quán)利要求31所述的互動系統(tǒng)，其中該分析參數(shù)包括加權(quán)系數(shù)及自 然呼吸頻率，其中，該自然呼吸頻率為該初始呼吸在一預(yù)定時間內(nèi)頻率的平 均值。
34. 如權(quán)利要求30所述的互動系統(tǒng)，其中測量該對受測者的呼吸而得到 該呼吸信號為采用非接觸式感測方式進行測量。
35. 如權(quán)利要求34所述的互動系統(tǒng)，其中該非接觸式感測方式采用超寬 頻感測器進行。
36. 如權(quán)利要求30所述的互動系統(tǒng)，其中該判斷參數(shù)包括呼吸振幅上 界、呼吸振幅下界、呼吸速度上界及呼吸速度下界，其中該上界大于該下界。
37. 如權(quán)利要求36所述的互動系統(tǒng)，其中該呼吸振幅上界及該呼吸振幅 下界分別為該初始呼吸^振幅在一^:預(yù)定時間內(nèi)由大至小的前四分之一及后 四分之一的平均值。該呼吸速度上界及該呼吸速度下界分別為一初始呼吸速 度在該段預(yù)定時間內(nèi)由大至小的前四分之一及后四分之一的平均值。
38. 如權(quán)利要求37所述的互動系統(tǒng)，其中，該初始呼吸速度的計算方法為<formula>formula see original document page 6</formula>其中，SO為該初始呼吸斜率，F(xiàn)O為該初始呼吸頻率。
39. 如權(quán)利要求30所述的互動系統(tǒng)，其中取得該呼吸速度根據(jù)該呼吸信 號所計算得到的呼吸頻率與波形瞬間斜率而決定。
40. 如權(quán)利要求39所述的互動系統(tǒng)，其中該呼吸速度的計算方法為 <formula>formula see original document page 6</formula>其中，V為該呼吸速度，S為該呼吸斜率，F(xiàn)為該呼吸頻率，k為加權(quán) 系數(shù)，F(xiàn)n為自然呼吸頻率。
41. 如權(quán)利要求30所述的互動系統(tǒng)，其中還包括藝術(shù)作品重現(xiàn)模塊，連 接到該控制機制，并根據(jù)所接收的所述兩位受測者的所述調(diào)息狀態(tài)組合后產(chǎn) 生的該控制信號，控制該藝術(shù)品重現(xiàn)模塊產(chǎn)生對應(yīng)所述調(diào)息狀態(tài)的動作。
42. 如權(quán)利要求41所述的互動系統(tǒng)，其中該藝術(shù)作品重現(xiàn)模塊為書法重 現(xiàn)模塊，根據(jù)該控制信號，該書法重現(xiàn)模塊產(chǎn)生書法的筆畫粗細、墨色深淺 與筆畫含墨量大小的效果。
43. 如權(quán)利要求30所述的互動系統(tǒng)，其中還包括麻將操作模塊，連接到 該控制機制，并根據(jù)所接收的所述兩位受測者或其中一位的所述調(diào)息狀態(tài)組 合后產(chǎn)生的該控制信號，控制該麻將操作模塊產(chǎn)生對應(yīng)該調(diào)息狀態(tài)的動作。
全文摘要
在此提出一種調(diào)息(respiration)狀態(tài)的分析方法及運用該分析方法的互動系統(tǒng)。此分析方法包括先用感測器記錄受測者呼吸一段初始時間，得到初始呼吸信號。接著分析初始呼吸信號，得到分析參數(shù)及判斷參數(shù)，并用感測器動態(tài)測量受測者的呼吸，得到呼吸信號，并根據(jù)呼吸信號及分析參數(shù)，得到呼吸速度及呼吸振幅。而后根據(jù)呼吸速度、呼吸振幅及判斷參數(shù)可即時得到調(diào)息狀態(tài)，據(jù)以作為互動操作的依據(jù)。
文檔編號A61B5/00GK101564299SQ200810095479
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者吳淑敏, 張匡儀, 林倉亙, 胡仕人, 陶德和 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院