專利名稱：用于監(jiān)控眼睛運(yùn)動的生物傳感器、通信器、和控制器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及用于監(jiān)控人眼睛的運(yùn)動的裝置、系統(tǒng)和方法，例如，用于監(jiān)控疲勞、故意通信，和/或用于基于眼睛、眼瞼、和/或人的一只眼睛或雙眼的其他組件的運(yùn)動來控制裝置的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
已建議使用人眼睛的運(yùn)動來監(jiān)控?zé)o意識狀態(tài)，諸如人的覺醒或者瞌睡狀態(tài)。例如，美國專利第3,863,243號披露了一種裝置，其能夠發(fā)出警報來警告正使用該裝置的即將開始入睡的人。該裝置包括類似于一組鏡片的其上安裝有光纖和光電元件(photocell)的鏡框，其中，當(dāng)戴上該鏡框時，鏡片正對著用戶的眼睛。光電元件檢測由人眼睛反射出的光的強(qiáng)度，即，閉上眼睛時通過眼瞼或者睜開眼睛時通過眼表(eye surface)所反射的光的強(qiáng)度。計時器在正常眨眼和眼睛閉上期間的持續(xù)時間(即，表示人入睡的時間)之間進(jìn)行區(qū)分。當(dāng)經(jīng)過臨界時間時，發(fā)出警報來通知和/或叫醒用戶。
另一種裝置是MTI Research Inc.的Alterness Monitor，其可以被安裝在安全玻璃上，并且沿著關(guān)鍵位置處(在該位置處，除了眨眼期間外，射束不會被睫毛中斷)的眼瞼軸發(fā)出連續(xù)的紅外光束，從而使其具有測量眨眼頻率的能力。諸如美國專利第5,469,143號和第4,359,724號中所披露的那些其他裝置直接使用用戶的眼瞼或者眉毛來檢測眼睛的運(yùn)動并且當(dāng)檢測到瞌睡狀態(tài)時會啟動警報。這樣的裝置可以包括機(jī)械裝置，例如，機(jī)械臂、或者靠在眼瞼上的壓電膜。
已建議在車輛的儀表板、頂、或其他位置上安裝相機(jī)或其他裝置來監(jiān)控司機(jī)的意識。然而，這樣的裝置需要用戶眼睛保持持續(xù)與相機(jī)接觸。另外，如果用戶將其頭部向側(cè)面或者向下轉(zhuǎn)動、回轉(zhuǎn)、伸出車輛，如果用戶快速地來回移動，或者如果相機(jī)相對于人而移動，那么它們就不能監(jiān)控眼瞼的運(yùn)動。另外，這樣的相機(jī)可能會侵犯隱私和/或存在看穿眼鏡、太陽鏡、乃至隱形眼睛的問題，并且其在日光下不能有效操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于監(jiān)控對象的一個或多個眼睛、眼瞼、和/或瞳孔的運(yùn)動的設(shè)備、系統(tǒng)、和方法。通常，人類每分鐘至少眨眼大約5-30次，或者每天眨眼大約7,000-43,000次。每次無意識反射的眨眼持續(xù)大約200-300毫秒，總地平均下來是大約250毫秒，每天由于無意識眨眼而閉眼的時間總計大約1,750-10,800秒。當(dāng)發(fā)生疲勞或者困倦時，眨眼可能更長且更慢和/或眨眼率可能變化，和/或眼瞼可能由于小幅度的眼瞼眨動而開始逐漸下垂，例如，直到眼睛開始由于短期“微睡”(即，持續(xù)大約3-5秒或更長的睡眠狀況)而閉上，或者由于長時間的睡眠而閉上。另外，瞳孔可能收縮得更加緩慢，表現(xiàn)出大小的不穩(wěn)定波動、直徑逐漸收縮，和/或像困倦和疲勞前進(jìn)一樣對閃光表示出延遲反應(yīng)(即，延遲瞳孔反應(yīng)潛伏期)。另外，會出現(xiàn)瞌睡的其他視覺表現(xiàn)，諸如，當(dāng)在上或在下拍攝目標(biāo)的情況下，對(例如)刺激的緩慢或延遲的跳視眼睛跟蹤反應(yīng)(即，延遲的跳視反應(yīng)潛伏期)，和/或無論雙眼會合或發(fā)散、眼位偏移、或者內(nèi)隱斜與否都無法定向凝視。
在一個實(shí)施例中，提供了用于監(jiān)控眼瞼、瞳孔、和/或眼睛運(yùn)動的設(shè)備，其包括裝置，用于戴在用戶頭部上；光源，用于當(dāng)戴上裝置時將光導(dǎo)向人的眼睛；以及連接到裝置的第一和第二光纖束，第一束用于觀察戴上裝置的人的第一只眼睛，第二光纖束用于觀察戴上裝置的人的第二只眼睛。該設(shè)備還可以包括連接至第一和第二光纖束的相機(jī)，用于獲取第一和第二只眼睛的圖像。
任選地，該設(shè)備還可以包括第三光維束，其遠(yuǎn)離用戶定位，例如，用于觀察用戶頭部將轉(zhuǎn)向的區(qū)域。另外或者可選地，該設(shè)備可以具有一個或多個空間傳感器。相機(jī)可以連接至第一和第二光纖束，用于獲取第一和第二只眼睛的圖像，還可以連接至第三光纖束，用于獲取用戶頭部和/或眼睛所朝向的區(qū)域的圖像。空間傳感器可以允許同時測量或者跟蹤(例如)相對于用戶眼睛運(yùn)動的用戶頭部運(yùn)動。另外，連接至相機(jī)的發(fā)射器和/或傳感器陣列可以允許測量一只眼睛或雙眼的各種眼睛運(yùn)動參數(shù)，諸如眼瞼的速率、加速度和減速度、眨眼頻率、“PERCLOS”(眼瞼張開的時間的百分比)、瞼裂的垂直高度(即，眼瞼之間沒有覆蓋瞳孔的區(qū)域)，例如，與完全張開的眼睛有關(guān)的距離或者百分比等等。
在另一個實(shí)施例中，提供了一種整裝裝置，用于檢測人的眼瞼的運(yùn)動，該整裝裝置包括裝置，用于戴在人頭部上；發(fā)射器，位于裝置上，用于當(dāng)戴上裝置時將光導(dǎo)向人眼睛；以及相機(jī)，用于檢測來自發(fā)射器的光。傳感器產(chǎn)生指示人眼睛何時打開或者閉上的輸出信號，然后將在鏡框上的發(fā)送器連接至傳感器，用于將輸出信號無線發(fā)送至遠(yuǎn)程位置。鏡框還可以包括處理器，用于將輸出信號與預(yù)定臨界進(jìn)行比較，以檢測瞌睡導(dǎo)致的眼瞼運(yùn)動。與先前實(shí)施例類似，發(fā)射器和傳感器可以是用于發(fā)射并檢測紅外線的固態(tài)生物傳感器裝置，或者可選地是陣列，例如，在鏡框上預(yù)定配置的發(fā)射器和/或傳感器的一維或者二維陣列，例如，朝向一只眼睛或雙眼定位的一個以上發(fā)射器和/或傳感器的垂直、水平、對角線、或者其他線性或其他幾何陣列。具體地，發(fā)射器和/或傳感器陣列可以允許測量眼睛運(yùn)動參數(shù)，諸如在本文中所識別的那些眼睛運(yùn)動參數(shù)。
發(fā)射器和/或傳感器可以固定到鏡框上的多個點(diǎn)處，例如，在鏡片周圍和/或鼻梁中，或者可選地在沿著鏡框的任何位置處，包括在鏡框的護(hù)鼻部分、鏡框的鏡腿件的配件、和/或被安裝在眼鏡的鏡片上的表面的附近或者在它們的上面?？蛇x地，可以將發(fā)射器和/或傳感器安裝到眼鏡的鏡片中，以便它們能夠通過鏡片來操作。因而，可以將發(fā)射器和/或傳感器安裝在眼睛鏡框上，以便它們可以隨著佩戴者的頭部運(yùn)動而運(yùn)動，并且一直集中在任何體位的用戶眼睛上，無論該用戶是在車上、戶外還是任何其他環(huán)境下。
在另一個實(shí)施例中，提供了一種系統(tǒng)，用于監(jiān)控人眼睛的運(yùn)動。該系統(tǒng)包括裝置，用于戴在人頭部上；一個或多個發(fā)射器，位于該裝置上，用于當(dāng)戴上該裝置時，將光導(dǎo)向人眼睛；以及相機(jī)，例如，CCD或CMOS裝置。發(fā)射器可以用于將參考系朝向眼睛投射。相機(jī)可以朝向眼睛定位，用于監(jiān)控眼睛相對于參考系的運(yùn)動?？梢詫⑾鄼C(jī)設(shè)置在裝置上，或者可以設(shè)置在遠(yuǎn)離裝置的位置處，但是相對地要更加靠近用戶。
來自發(fā)射器的光可以射向戴著裝置的用戶的眼睛，以照亮用戶的眼睛，同時將參考系投射到眼睛之上。發(fā)射器可以將光“不可見地”投射向用戶，即，投射在正常視覺的暗視(夜視)或者適光(明視)范圍之外，例如，在紅外光范圍內(nèi)，從而使照明和/或參考系基本上不會干擾用戶視覺。相機(jī)可以成像由發(fā)射器所產(chǎn)生的光，例如，在紅外線范圍內(nèi)的光，從而檢測所投射的光作為光點(diǎn)、光帶或其他“反光”。眼睛相對于參考系的運(yùn)動可以使用相機(jī)來監(jiān)控。可以監(jiān)控(例如)相對于投射到眼睛上的參考系的由相機(jī)所監(jiān)控的運(yùn)動的圖形輸出。例如，來自發(fā)射器的紅外線可以從視網(wǎng)膜反射出來，在白光情況下反射出來的為“紅光反射”、在紅外光情況下反射出來的為白色或者暗黑色瞳孔(包括使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的減色方法的暗瞳孔的圖像)。
例如，使用這些方法中的一個或多個的處理器可以檢測眼睛瞳孔的運(yùn)動，例如，測量相對于參考系的運(yùn)動。這個運(yùn)動可以被圖形顯示，從而示出眼睛的瞳孔相對于參考系的運(yùn)動。任選地，來自一個或多個傳感器的輸出信號可以與視頻信號相關(guān)聯(lián)，該視頻信號由監(jiān)控眼睛相對于參考系的運(yùn)動的相機(jī)產(chǎn)生，例如，以確定人的瞌睡等級、或者與關(guān)于意識的心理或神經(jīng)-生理認(rèn)知、情感、和/或警惕性相關(guān)的狀態(tài)。
在另一個實(shí)施例中，提供了一種方法，用于使用戴在用戶頭部上的裝置來控制計算裝置或者其他電子或電子-機(jī)械裝置(例如廣播、電視、輪椅、電話、警報系統(tǒng)、聽覺、視覺或觸覺警報系統(tǒng)，等等)。該裝置可以包括一個或多個組件，與本文中所述的其他實(shí)施例相類似，組件包括具有聚焦在用戶的至少一個眼睛上的至少一個物鏡的相機(jī)。計算裝置可以包括顯示器，該顯示器包括顯示器上所顯示的指針。顯示器可以包括抬頭或低頭顯示器，連接至戴在用戶頭部上的裝置，或者連接用戶頭部或者放在用戶頭部上；臺式計算機(jī)監(jiān)控器，放在用戶前面，將圖像數(shù)字投射在屏幕上(例如，像在駕駛或者飛行模擬器中一樣)，等等。用戶眼睛的運(yùn)動可以使用相機(jī)來監(jiān)控，并且眼睛的運(yùn)動可以與顯示器上的指針相關(guān)聯(lián)，以使得指針能夠跟隨眼睛的運(yùn)動，例如，與計算機(jī)鼠標(biāo)類似。任選地，相機(jī)可以監(jiān)控用戶眼睛的預(yù)定眼睛活動，例如，預(yù)定時間長度的眨眼，這可能相當(dāng)于用于執(zhí)行由顯示器上的指針?biāo)R別的一個或多個命令的指令，例如，與計算機(jī)鼠標(biāo)的“雙擊”相類似。
通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將更加了解本發(fā)明的其他方面和特征。


圖1是在醫(yī)院中戴著用于基于患者眼睛和/或眼瞼的運(yùn)動來監(jiān)控患者的設(shè)備的實(shí)施例的患者的透視圖；圖2是包括檢測裝置和處理箱的圖1實(shí)施例的放大透視圖；圖3是用于發(fā)送對應(yīng)于一系列眼瞼運(yùn)動的輸出信號的電路的示例性實(shí)施例的示意圖；圖4是用于響應(yīng)于與一系列眼瞼運(yùn)動對應(yīng)的輸出信號來控制裝備的電路的示例性實(shí)施例的示意圖；圖5是用于檢測眼瞼運(yùn)動的電路的示例性實(shí)施例的示意圖；圖6A-圖6C是用于朝向張開眼睛的表面發(fā)射光以及檢測從張開眼睛的表面反射的光的裝置的可選實(shí)施例的截面圖和正面圖；圖7A-7C分別是圖6A-6C中用于朝向閉上的眼瞼發(fā)出光以及檢測從閉上的眼瞼反射的光的裝置的截面圖和正面圖；圖8是用于基于用戶眼睛和/或眼瞼的運(yùn)動來監(jiān)控用戶的系統(tǒng)的另一個實(shí)施例的透視圖和框圖；圖9是用于基于用戶眼睛和/或眼瞼的運(yùn)動來監(jiān)控用戶的系統(tǒng)的另一個實(shí)施例的組分的框圖；圖10A是用于基于用戶眼睛和/或眼瞼的運(yùn)動來監(jiān)控用戶的系統(tǒng)的又一個實(shí)施例的透視圖；圖10B是圖10A所示的系統(tǒng)的一部分的示意性詳圖；
圖10C是可以設(shè)置在諸如圖10A中的眼睛鏡框的鼻梁上的發(fā)射器和傳感器的示例性陣列的詳圖；圖10D是圖10C中所示的用于發(fā)射光和檢測從眼睛反射的光的發(fā)射器和傳感器的陣列的截面圖；圖11A是用于基于眼瞼運(yùn)動從遠(yuǎn)程位置來選擇性地控制多個裝置的系統(tǒng)的示意圖；圖11B是可以由圖11A中所示的系統(tǒng)來控制的附加裝置的示意圖；圖12A是示出了當(dāng)眼睛在打開與閉上狀態(tài)之間變化時，如圖10A-10D中所示的傳感器陣列的啟動與由該陣列監(jiān)控的眼睛之間關(guān)系的表格；圖12B是示出了由如圖10A-10D中所示的傳感器陣列所提供的數(shù)據(jù)流的圖表，該圖表示出了作為時間函數(shù)的眼睛視野的百分比(“PERCLOS”)；圖12C是正由包括諸如圖10A-10D所示的裝置的系統(tǒng)監(jiān)控的人的多個生理參數(shù)(包括PERCLOS)的圖形顯示；圖12D是示出了當(dāng)眼睛在打開與閉上狀態(tài)之間變化時，在二維傳感器陣列的啟動與正被監(jiān)控的眼睛之間關(guān)系的表格；圖13是用于基于用戶眼睛和/或眼瞼運(yùn)動來監(jiān)控用戶的另一個系統(tǒng)的透視圖；圖14是圖13所示的鏡框上的相機(jī)的詳圖；
圖15A-15I是可以使用圖13所示的系統(tǒng)來監(jiān)控的多個參數(shù)的圖形顯示；圖16是從圖13所示的鏡框上的相機(jī)輸出的視頻的詳圖；圖17是示出了用于處理來自五元傳感器陣列的信號的電路的示例性實(shí)施例的示意圖；圖18A和圖18B示出了插入飛行員頭盔中用于監(jiān)控眼睛運(yùn)動的設(shè)備的另一個實(shí)施例；圖19是可以包括在圖18A和圖18B所示的設(shè)備中的相機(jī)的示意圖；圖20A和圖20B是示出了從分別示出了用戶眼睛打開和閉上的多個相機(jī)機(jī)同時輸出的圖形圖像；圖21A-21C是示出了被創(chuàng)建以識別瞳孔周長從而方便監(jiān)控眼睛運(yùn)動的橢圓形圖形的圖形顯示；圖22是示出了用于警惕性測試戴著用于監(jiān)控用戶眼睛運(yùn)動的設(shè)備的用戶的方法的流程圖；圖23是示出了用于基于眼睛運(yùn)動來控制計算裝置的方法的流程圖；以及圖24A和圖24B分別是用于經(jīng)皮發(fā)射光到眼睛以及檢測從眼睛瞳孔出來的發(fā)射光的設(shè)備的正面圖和側(cè)面圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，圖1示出了在病床12上的戴著檢測裝置30的患者10，其中，該檢測裝置用于檢測患者10的眼睛和/或眼瞼運(yùn)動。檢測裝置30可以包括本文所述的任意生物傳感器裝置，其可以用于監(jiān)控(例如)用于有意傳達(dá)信息的眼睛的故意運(yùn)動、用于監(jiān)控?zé)o意的眼睛運(yùn)動(例如，瞌睡或其他狀態(tài))、和/或用于控制一個或多個電子裝置(未示出)。檢測裝置30可以連接至用于將檢測到的眼睛和/或眼瞼運(yùn)動轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流、可懂消息、和/或轉(zhuǎn)換成其他信息的處理箱130，其可以(例如)使用視頻顯示器50來與醫(yī)療護(hù)理提供者40通信。
參考圖2、圖6A、和圖7A，示出的設(shè)備或系統(tǒng)14的示例性實(shí)施例包括可連接至常用的一對眼鏡20的可瞄準(zhǔn)且可聚焦的檢測裝置30。眼鏡20包括連接至鏡框22的一對鏡片21，鏡框22包括在鏡片21之間延伸的架橋(bridgework)24、以及支撐耳承(ear piece)26的側(cè)梁(side member)或鏡腿件(temple piece)25，它們都是常用的?？蛇x地，因為鏡片21并非必需的，所以鏡框22也可以不具有鏡片21。
檢測裝置30包括用于連接至一個側(cè)梁25的夾具(clamp)或其他機(jī)構(gòu)27以及其上安裝有一個或多個發(fā)射器32和傳感器33(未示出)的可調(diào)臂31。以預(yù)定關(guān)系安裝發(fā)射器32和傳感器33，以使發(fā)射器32可以向戴著眼鏡20的人的眼睛300發(fā)出信號并且使傳感器33可以檢測從眼睛300的表面和眼瞼302反射的信號。在圖6A和圖7A所示的示例性實(shí)施例中，發(fā)射器32和傳感器33可以彼此鄰近地安裝。
可選地，例如，如圖6B和圖7B所示，發(fā)射器32’和傳感器33’可以彼此分離地安裝在鏡框上，以使發(fā)射器32’和傳感器33’基本上相對于彼此基本上橫向地放置。在另一個替代中，如圖6C和圖7C所示，發(fā)射器32”和傳感器33”可以在軸線方向中彼此軸向?qū)?zhǔn)地跨過眼睛300來安裝。當(dāng)眼瞼302閉上時，它可能使被傳感器33”檢測的射束340中斷。
在一個實(shí)施例中，發(fā)射器32和傳感器33分別產(chǎn)生和檢測連續(xù)或脈沖光，例如，在紅外線范圍內(nèi)，以最小化對佩戴者的正常視覺的擾亂或者干擾。發(fā)射器32可以發(fā)射預(yù)定頻率的脈沖光，傳感器33用于檢測該預(yù)定頻率的光脈沖。這個脈沖操作可以降低發(fā)射器32的能量損耗和/或可以最小化與其他光源的干涉?？蛇x地，可以使用超出可見光譜或在可見光譜內(nèi)的其他預(yù)定頻率范圍的光，諸如紫外光，或者其他能量形式，諸如無線電波、聲波等。
處理箱130通過包括一條或多條金屬線(未示出)的線纜34連接至檢測裝置30。如圖9所示，處理箱130可以包括中心處理單元(CPU)140和/或其他電路，諸如圖3-圖5中所示的示例性電路，其用于從傳感器33接收和/或處理輸出信號142(諸如光強(qiáng)度信號)。處理箱130還可以包括用于控制發(fā)射器32和/或傳感器33的控制電路141，或者CPU 140可以包括內(nèi)部控制電路。
例如，在一個實(shí)施例中，控制電路141可以控制發(fā)射器32，以產(chǎn)生以預(yù)定頻率脈動(高達(dá)每秒數(shù)千個脈沖至僅僅每秒4-5個脈沖，例如，每秒最少要大約5-20個脈沖)的閃爍紅外信號，從而方便對每眨眼僅僅約為200毫秒的無意或有意眨眼的檢測。傳感器33可以被控制來檢測僅以發(fā)射器32的閃爍頻率所特定的(specific to)預(yù)定頻率脈動的光脈沖。因而，通過將發(fā)射器32和傳感器33同步到預(yù)定頻率，可以在多種環(huán)境條件下使用系統(tǒng)10，而輸出信號142基本上不會受到(例如)明亮的日光、全黑、周圍的紅外光背景、或者以不同閃爍頻率操作的其他發(fā)射器的影響。閃爍頻率可以被調(diào)節(jié)，以在保持能量損耗最小的同時，最大化每單元時間的眨眼次數(shù)(例如，每分鐘大約十到二十次眨眼)、每次眨眼的持續(xù)時間(例如，大約200毫秒到大約300毫秒)、和/或PERCLOS(即，完全或部分閉上眼瞼的時間的百分比)的有效測量，或者最大化系統(tǒng)的效率。
控制電路141和/或處理箱130可以包括手動和/或軟件調(diào)節(jié)裝置(未示出)，用于調(diào)節(jié)由發(fā)射器32發(fā)出的光的頻率、焦點(diǎn)、或強(qiáng)度，以關(guān)閉或打開發(fā)射器32、調(diào)節(jié)傳感器33的臨界靈敏性、和/或供與離開閉合眼瞼的最大紅外反射的自聚焦使用，這些是本領(lǐng)域技術(shù)人員都將會了解的。
另外，處理箱130還可以包括電源160，用于向發(fā)射器32、傳感器33、CPU 144、和/或處理箱130中的其他組件提供電源。處理箱130可以由常用的DC電池來供電(例如，九伏電池或可再充電的鋰、鎘、或氫發(fā)電電池)、和/或由連接至系統(tǒng)14或內(nèi)置在系統(tǒng)中的太陽能電池來供電?？蛇x地，可以將適配器(未示出)連接至處理箱130，諸如常用AC適配器或者十二伏車輛點(diǎn)火適配器。
CPU 140可以包括定時器電路146，用于將輸出信號142的單個分量的長度與預(yù)定臨界進(jìn)行比較，以在正常眨眼和其他眼瞼運(yùn)動之間進(jìn)行區(qū)分。定時器電路146可以是獨(dú)立的分立元件或者可以內(nèi)置在CPU 140內(nèi)，這些本領(lǐng)域技術(shù)人員都將會了解。CPU 140可以將輸出信號142轉(zhuǎn)換成可以用于與其他人或裝備進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)流144。例如，由CPU 140產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流144可以是二進(jìn)制信號，諸如Morse(莫爾斯)碼或ASCI碼?？蛇x地，CPU 140可能能夠產(chǎn)生其他的輸出，例如，合成語音信號、用于裝備的控制信號、或圖形表示。
為了方便通信，處理箱130可以包括各種用于使用數(shù)據(jù)流144的輸出裝置。例如，可以設(shè)置能夠產(chǎn)生警報音或合成語音的內(nèi)部揚(yáng)聲器150。可以設(shè)置輸出端口148，其可以通過硬連線直接連接至各種裝備，諸如圖1中所示的視頻顯示器50。
另外或者可選地，處理箱130可以包括連接至CPU 144的發(fā)送器152，用于數(shù)據(jù)流144與遠(yuǎn)程位置的無線通信。例如，如圖9所示，系統(tǒng)14可以包括接收和處理單元154，諸如計算機(jī)或者其他控制或顯示系統(tǒng)。發(fā)送器152可以是能夠產(chǎn)生短程信號(例如，即使經(jīng)過墻或障礙物，也能到達(dá)最多大約一百英尺或更遠(yuǎn)、或者可選地到達(dá)大約四十五英尺到五十英尺)的射頻(“RF”)發(fā)送器。可選地，可以設(shè)置其他發(fā)送器，例如，紅外發(fā)送器。
發(fā)送器152也可以連接至放大器(未示出)，以使得能夠(例如)使用藍(lán)牙或其他RF協(xié)議來將數(shù)據(jù)流發(fā)送數(shù)百或數(shù)千英尺或更遠(yuǎn)。例如，放大器和發(fā)送器152可以經(jīng)由電話通信線路、衛(wèi)星等等來通信，以將數(shù)據(jù)流發(fā)送至距離系統(tǒng)較大距離的遠(yuǎn)程位置，在此處可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、實(shí)時分析、或存儲(例如，存儲在載重汽車或航行器“黑盒子”記錄器中)用于將來或回顧分析。該系統(tǒng)可以包括、或者可以連接至全球定位系統(tǒng)(GPS)，用于監(jiān)控佩戴檢測裝置30的個人的位置、移動、和/或認(rèn)知警惕性、覺醒、困倦的狀態(tài)、或情緒/行為表現(xiàn)和/或安全。
接收和處理單元154可以包括用于接收由發(fā)送器152發(fā)送的信號153的接收器156(例如，射頻接收器)，該信號包括數(shù)據(jù)流。處理器158連接至接收器156，用于翻譯、存儲、和/或使用數(shù)據(jù)流中的信息，處理器158連接至存儲器電路160、通信裝置162、和/或控制系統(tǒng)164。例如，接收和處理單元154可以包括存儲器電路160，處理器158可以僅將用于隨后檢索和分析的數(shù)據(jù)流存儲在該存儲器電路中。
處理器158可以通過(例如)將數(shù)據(jù)流中的二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成可懂消息(即，一連串的字母、詞、和/或命令)來翻譯數(shù)據(jù)流，和/或可以使用大型通信裝置或軟件(諸如KENX或Words Plus)來方便通信。所得到的消息可以被顯示在通信裝置162上，通信裝置可以包括用于顯示文本、圖畫和/或符號的視頻顯示器、用于提供電子語音的合成語音模塊等等。
可選地，可以將數(shù)據(jù)流作為“實(shí)時”消息信號用圖表數(shù)字地顯示在計算機(jī)顯示屏或其他電子顯示裝置上(例如，顯示眨眼率、眨眼持續(xù)時間、PERCLOS等等)，或者用類似于EKG或EEG跟蹤的圖形來顯示。另外，如圖12C所示，數(shù)據(jù)流可以連同其他生理數(shù)據(jù)一起顯示，諸如皮膚電導(dǎo)率、體溫、心血管相關(guān)數(shù)據(jù)(例如，心率、血壓)、呼吸相關(guān)數(shù)據(jù)(例如，呼吸率、血液中氧和二氧化碳的水平)、肌電圖(EMG)和/或活動變化記錄數(shù)據(jù)集(即，身體運(yùn)動、位置)、和/或其他多導(dǎo)睡眠圖(PSG)或腦電圖(EEG)變量。可選地，可以將數(shù)據(jù)流與用于監(jiān)控汽車或機(jī)械運(yùn)行(例如，車速、加速度、剎車功能、轉(zhuǎn)矩、搖動或傾斜、發(fā)動機(jī)或電機(jī)速度，等等)的控制器結(jié)合，以根據(jù)路面和/或車輛狀況、以及與司機(jī)或機(jī)器操作者的知覺、覺醒、注意力、和/或?qū)崟r表現(xiàn)的警戒反應(yīng)的狀態(tài)有關(guān)的機(jī)能，作出關(guān)于減速還是加速車輛的理智決定。
另外，消息可以由處理器158來翻譯，用于指導(dǎo)控制系統(tǒng)164控制一件或多件機(jī)器或裝備。例如，數(shù)據(jù)流可以包括用于指導(dǎo)控制系統(tǒng)164來控制繼電器開關(guān)或其他裝置關(guān)掉和打開電氣裝置(諸如用具、電輪椅、發(fā)動機(jī)、光、警報、電話、電視、計算機(jī)、觸覺振動座位等等)、或者用于操作由眼睛觸發(fā)的計算機(jī)鼠標(biāo)或其他控制器的命令。
可選地，處理器158可以使用數(shù)據(jù)流來控制PC、IBM、Macintosh、和其他計算機(jī)、和/或兼容的計算機(jī)軟件和/或硬件，例如，以與類似于鼠標(biāo)、“回車”鍵、和/或“操縱桿”的輸入設(shè)備相互作用。例如，數(shù)據(jù)流可以包括命令，用于啟動市場上可買到的通常使用的軟件和計算機(jī)游戲、以及特殊通信軟件(諸如WORDS-PLUS或者Ke:Nx)中所使用的可以從中選擇子菜單或單個項的一連串菜單。處理器158可以控制、滾動、或者選擇計算機(jī)軟件程序的項，操作打印機(jī)、或其他外圍裝置(例如，選擇字體、段落、標(biāo)記、或其他符號操作符，選擇諸如“編輯”、“查找”、“格式”、“插入”、“幫助”的命令，或者控制CD-ROM或磁盤驅(qū)動器的操作，和/或其他Windows和非Windows功能)。
可選地，接收器156可以直接連接至各種裝置(未示出)，諸如無線電或電視控制器、燈、風(fēng)扇、加熱器、電機(jī)、震動觸覺座位、遠(yuǎn)程控制車輛、車輛監(jiān)控或控制裝置、計算機(jī)、打印機(jī)、電話、救生索單元、電子玩具、或大型通信系統(tǒng)，以在用戶和裝置之間提供直接連接。
在使用期間，可以將檢測裝置30安放在用戶的頭部上，即，可以通過如圖1所示地佩戴上眼鏡20來將檢測裝置放在用戶頭部上。可調(diào)臂31和/或夾具27可以被調(diào)節(jié)，以將發(fā)射器32和傳感器33最佳定向為朝向用戶的眼睛300(圖6A-圖6C和圖7A-圖7C中示出)。發(fā)射器32可以被啟動，從而將光束340從發(fā)射器32引導(dǎo)向眼睛300。接下來，可以調(diào)節(jié)發(fā)射器32的強(qiáng)度和/或頻率和/或傳感器33的臨界靈敏度或者其他焦點(diǎn)(例如，手動或自動使用自調(diào)節(jié)特征)。
由于眼睛300本身的表面和眼瞼302的反射特征不同，所以眼睛300反射的光的強(qiáng)度取決于眼睛300是打開還是閉上。例如，圖6A和圖6B示出了眼睛打開的情況，其中，由發(fā)射器32產(chǎn)生的光射線340打到眼睛300本身的表面，然后如射線350所示擴(kuò)散。因而，由傳感器33檢測的所產(chǎn)生的光強(qiáng)度相對較低，就是說，傳感器33可能不接收任何實(shí)際反饋信號。
在圖7A和圖7B中，示出了眼瞼302閉上時的眼睛300，當(dāng)正常眨眼、瞌睡的時候、有意眨眼、或者其他眼瞼運(yùn)動時，眼瞼可能閉上。因為光340打到眼瞼302上，所以光基本上都反射回了傳感器33，如射線360所示，從而導(dǎo)致傳感器33檢測到相對較高的光強(qiáng)度?？蛇x地，如圖7C所示，當(dāng)閉上眼睛300時，光束340可以被眼瞼302中斷或切割。
因此，傳感器33產(chǎn)生光強(qiáng)度信號，其指示眼睛300何時打開或閉上，即，分別對應(yīng)于傳感器33未檢測到或檢測到反射光的時間。通常，從眼瞼表面反射的紅外光的強(qiáng)度基本上不受皮膚色素的影響。如果需要調(diào)節(jié)從眼瞼反射的光的強(qiáng)度，則可以應(yīng)用金屬薄片、閃光劑、反射保濕膏等等來增加反射率，或者可以應(yīng)用黑色眼線筆、吸收或反射膏等等來降低反射率。
參考圖9，傳感器33檢測到的光強(qiáng)度生成包括一連串隨時間變化的光強(qiáng)度信號的輸出信號142(例如，如圖12B所示)。通過連接至傳感器33的CPU 140來接收輸出信號142，其將(例如)對應(yīng)于閉眼狀態(tài)的每個光強(qiáng)度信號142的時間長度與預(yù)定臨界值進(jìn)行比較。定時電路146可以為CPU 140提供用于從有意識和/或其他無意識的眼瞼運(yùn)動中區(qū)分出正常眨眼的臨界時間，然后CPU 140從其中濾出輸出信號142。接著，CPU 140產(chǎn)生可以用于有意和/或無意通信的數(shù)據(jù)流144。
在一個有用應(yīng)用中，檢測裝置30可以用于通過用于觸發(fā)警報來向用戶及其所處場所中的其他人報警及用于監(jiān)控瞌睡開始的處理箱130，來檢測用戶接近瞌睡或者“微睡眠”(即，進(jìn)入覺醒的睡眠狀態(tài)持續(xù)了幾分鐘)。定時電路146的臨界值可以被調(diào)節(jié)，以使CPU 140可以檢測相對較長的閉眼時期，諸如當(dāng)人入睡時候可能發(fā)生的那樣。
例如，因為正常眨眼時間是比較短的，所以可以將臨界值設(shè)定為從接近零秒到幾秒范圍的時間，例如，在大約二百到三百毫秒(200-300ms)，或者，在其他實(shí)施例中，例如，大約兩百五十毫秒(250ms)，以從瞌睡引起的眼瞼運(yùn)動中區(qū)分出正常眨眼。當(dāng)CPU140檢測到瞌睡狀態(tài)時，即，檢測到超過預(yù)定臨界時間的高亮度強(qiáng)度信號時，其可能啟動警報裝置。警報裝置(諸如揚(yáng)聲器150)可以包括在處理箱130中，或者可選地(例如)通過在鏡框上安裝警報燈(未示出)或警報揚(yáng)聲器(圖9中未示出，參見圖10C)設(shè)置在鏡框上。在另一個可選實(shí)施例中，警報裝置可以是觸覺裝置，例如，在文中別處描述的振動座位等等。
可選地，檢測裝置30可以用于通過CPU來悄悄記錄或者監(jiān)控瞌睡引起的眼瞼運(yùn)動，其中，CPU 140產(chǎn)生可以由傳送器152傳送到接收和處理單元154(圖9)的數(shù)據(jù)流144。例如，裝置30可以用于與車輛安全系統(tǒng)結(jié)合來監(jiān)控司機(jī)的意識或者注意力水平。數(shù)據(jù)流144可以被傳送到安裝在車輛中的接收和處理單元154，其可以存儲關(guān)于司機(jī)瞌睡的數(shù)據(jù)和/或可以通過預(yù)定算法響應(yīng)來使用數(shù)據(jù)作出決定，以控制車輛，例如，調(diào)節(jié)車輛速度，甚至關(guān)掉車輛發(fā)動機(jī)。因而，檢測裝置30可以用于監(jiān)控卡車司機(jī)、出租車司機(jī)、船員或飛行員、列車長或工程師、雷達(dá)或機(jī)場控制塔操作員、重型裝備或工廠器械的操作員、潛水員、學(xué)生、宇航員、娛樂參與者或觀察員等等。
檢測裝置30和系統(tǒng)14也可以用于醫(yī)療診斷、治療、研究、或?qū)I(yè)設(shè)置中，以監(jiān)控覺醒、睡眠模式、和/或壓力狀態(tài)或興奮劑(例如，咖啡因、尼古丁、右旋苯異丙胺、哌醋甲酯、莫達(dá)非尼)、鎮(zhèn)靜劑(例如，苯化重氮、安比恩)的交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)影響、或者光和黑暗或退黑素的晝夜節(jié)律興奮影響，這些可以影響患者或車輛操作者的眨眼率、眨眼速度、眨眼持續(xù)時間、或PERCLOS。可以實(shí)時存儲并分析關(guān)于隨時間測量的趨勢的改變的信號，以預(yù)測使用裝置的個人的瞌睡效應(yīng)。
與上述方法類似，CPU 140可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)流144，發(fā)送器可以將其發(fā)送到遠(yuǎn)程的接收和處理單元154。接收和處理單元154可以將數(shù)據(jù)流144存儲在存儲電路160中，用于稍后研究人員、醫(yī)藥專業(yè)人員、或者安全人員的檢索和分析(例如，與將飛行記錄器數(shù)據(jù)存儲在航行器“黑盒子”記錄器中的方式類似)。接收和處理單元154還可以顯示數(shù)據(jù)流144，例如在看護(hù)站處，作為附加參數(shù)來持續(xù)監(jiān)控患者的身體、精神、或者情緒狀態(tài)。單元154可以例如，通過一連串的算法來存儲和/或產(chǎn)生一個必須在預(yù)定時間內(nèi)被響應(yīng)(例如，表現(xiàn)警惕性監(jiān)控)以防止假陽性和假陰性的信號。
可以通過檢測裝置30和系統(tǒng)14來監(jiān)控多種內(nèi)科疾病，諸如癲癇小發(fā)作(其中，眼睛以大約每秒3圈的速率眨動)、癲癇大發(fā)作或心理測定儀發(fā)作(此處，眼睛可以以跳視方式重復(fù)凝視或閉合)、肌陣攣發(fā)作(其中，眼瞼可以以跳視方式打開和閉合)、或者痙攣、或其他的諸如具有Tourette’s綜合病癥人會遇到的眼睛運(yùn)動。該系統(tǒng)可以用于監(jiān)控由于正或負(fù)重力效應(yīng)導(dǎo)致的飛行員的g-LOC(意識喪失)、由于失去機(jī)艙壓力導(dǎo)致的飛行器中的乘客或全體工作人員的低氧血癥、潛水者的氮麻醉或屈肢癥、或氣體、化學(xué)制品、麻藥、和/或生物制劑對軍人或其他人的影響。
該系統(tǒng)還可以用于監(jiān)控心理狀態(tài)，例如，在催眠期間，檢測壓力或人是否在撒謊(例如，當(dāng)撒謊時，會閉上或者移動他們的眼睛)，以監(jiān)控注意力，從而測量以下的一項或多項在眼睛的功能受到危害的情況下麻藥或者藥劑的“負(fù)面”副作用和/或“正面”治療效果(例如，在Parkinson癥中改進(jìn)眨眼速率的L-dopa；用于治療諸如ALS或重癥肌無力的眼睛痙攣或者神經(jīng)肌肉障礙的麻藥)；以關(guān)聯(lián)的眼睛測量為基礎(chǔ)的麻藥或酒精指標(biāo)(例如，對閃光的眼球震顫或者延遲瞳孔反應(yīng))；抗驚厥劑、麻藥、酒精、毒素的負(fù)面作用、或者缺氧或充氧的效果等。還可以監(jiān)控所有年齡的患者的神經(jīng)狀況，其可以影響眼睛或眼瞼的神經(jīng)作用或機(jī)械作用，諸如患有Parkinson癥、肌肉疾病(例如，肌強(qiáng)直、肌緊張的肌肉萎縮癥、臉痙攣)、恐光癥或光敏感性、腦病、發(fā)作、Bell’癱瘓的患者，或者其中，該狀況可以引起視覺喪失(例如，黃斑變性)、眼瞼下垂或垂瞼癥(諸如第三顱神經(jīng)癱瘓或局部麻痹)、腦干損害或中風(fēng)、瘤、傳染病、代謝病、創(chuàng)傷、變性狀況(例如，多發(fā)性硬化)、肌萎縮側(cè)索硬化、多神經(jīng)病、重癥肌無力、食物中毒、破傷風(fēng)、手足抽搐、遲發(fā)性運(yùn)動障礙、腦干腦炎，以及其他原發(fā)性的眼瞼狀況，諸如突眼、甲狀腺毒癥或其他甲狀腺。以類似方式，可以以流動方式使用檢測裝置30，以研究以上神經(jīng)眼科和眼科障礙中的任一項的進(jìn)展和/或倒退。
類似地，檢測裝置30可以用于生物反饋應(yīng)用中，例如，用于某些疾病(例如，抽動性疾病)的生物反饋、催眠、或心理治療。檢測裝置30可以產(chǎn)生刺激(例如，啟動燈或揚(yáng)聲器)，并且可以預(yù)先接收響應(yīng)(例如，特定順序的眨眼)、然后在預(yù)定時間內(nèi)確定刺激來監(jiān)控用戶的眼瞼運(yùn)動。如果用戶沒能響應(yīng)，則處理器可以存儲響應(yīng)，例如，包括響應(yīng)時間，和/或可以自動發(fā)送諸如警報信號的信號。
另外，檢測裝置30可以用于監(jiān)控處于非醫(yī)療環(huán)境中的個人，諸如在用戶家中或其他任何地方的正常行動期間。例如，可以監(jiān)控患有無意識醫(yī)學(xué)疾病(諸如癲癇癥或嗜眠病)的個人，或者可以監(jiān)控諸如嬰兒和兒童、獄囚、精神病患者(例如，患有Alazheimer癥)、法律實(shí)施人員、軍人、銀行出納員、店員、娛樂場工作人員、學(xué)生、中班或夜班工作者等等?？梢詫㈩愃茟?yīng)用應(yīng)用于睡眠試驗中，用于在多項睡眠記錄檢查程序(例如，PSG、MSLT或MWT)期間，監(jiān)控睡眠的患者，以測量諸如睡眠開始、睡眠潛伏、眼瞼打開或閉上的時間、在晚上驚醒的時間等等的參數(shù)，應(yīng)用于將眨眼、瞳孔改變、和/或慢或快的眼睛運(yùn)動作為研究方面的動物測試中，或者應(yīng)用于嬰兒的視覺神經(jīng)開發(fā)活動中。
檢測裝置30可以用于研究或監(jiān)控指定藥物(例如，興奮劑)、酒精或其他違禁麻藥、毒素、毒物、以及其他放松、鎮(zhèn)靜或警報技術(shù)或裝置的瞌睡、覺醒、或者警報效果。類似地，可以將用戶的表現(xiàn)和警惕能力作為PERCLOS的正函數(shù)，或與PERCLOS有關(guān)地來測試和分析。
當(dāng)CPU 140檢測到特殊眼瞼運(yùn)動出現(xiàn)時，諸如長時間的眼睛閉合，其可能發(fā)生在(例如)癲癇發(fā)作、暈厥期間、發(fā)作性睡(眠)病期間，或者在開車或工作同時打瞌睡的時候，CPU 140可以產(chǎn)生啟動警報的輸出信號?？蛇x地，發(fā)送器152可以發(fā)出輸出信號以關(guān)掉正在使用的電源、以通知醫(yī)療人員，諸如通過自動啟動電話來撥通應(yīng)急服務(wù)、以用信號通知遠(yuǎn)程站點(diǎn)，諸如警察局、救護(hù)車、車輛控制中心、管理員等等。
系統(tǒng)14還可以為有意通信提供有效應(yīng)用。戴著檢測裝置30的用戶可以有意識地以預(yù)定模式來眨眼，例如，以Morse碼或其他眨眼碼，以向人或設(shè)備傳遞可懂消息(例如，通知緊急情況)。CPU 140可以將從傳感器33接收到的并且對應(yīng)于眨眼碼的光強(qiáng)度信號142轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流144，或者可能將其直接轉(zhuǎn)換為包括字母、詞和/或命令的不可懂消息。
接下來，可以將數(shù)據(jù)流144顯示在連接至輸出端148的視頻顯示器50上(參見圖1)，或者作為合成語音在內(nèi)部揚(yáng)聲器150上發(fā)出?？梢酝ㄟ^發(fā)送器152經(jīng)由信號153將數(shù)據(jù)流144發(fā)送至接收和處理單元154，該接收和處理單元154用于顯示消息、或控制連接至控制系統(tǒng)164的設(shè)備，諸如家用設(shè)備。除了居住環(huán)境外，系統(tǒng)14還可以被就醫(yī)的或護(hù)理照料的人使用，例如，被插管、通氣、約束(restrain)、癱瘓或虛弱的患者使用，以與主治醫(yī)護(hù)人員通信和/或有意識地向護(hù)士站傳遞信號。這些人包括了所有的患者，他們不具有體能來口頭交流，但是保留了使用一只或兩只眼睛的眨眼來通信的能力(例如，患有肌萎縮側(cè)索硬化癥、橫貫性脊髓炎、阻塞綜合癥、腦血管中風(fēng)、晚期肌肉萎縮癥、和那些插上呼吸器的患者)。
該裝置可以用于任何環(huán)境或領(lǐng)域，例如，用在水或者其他基本上透明的液體中。另外，裝置30還可以用作緊急通知和/或分立安全用具。如果發(fā)生正常交流(即，講話)不是可行選項的情況，則能夠正常說話的人可以戴上裝置30。例如，正被搶劫或者正處于犯罪行為現(xiàn)場的銀行或零售雇員可以不連續(xù)地眨出經(jīng)過預(yù)先編程的警報來通知保安人員或者呼叫執(zhí)法人員?？蛇x地，患有某些醫(yī)學(xué)疾病的人如果喪失身體能力，即，不能移動來呼叫緊急醫(yī)療護(hù)理，但是仍然能夠主動移動他們的眼睛，那么他們可以戴上這個裝置。在這種情況下，可以通過預(yù)定眨眼碼組或預(yù)先編程的消息來將預(yù)先記錄的消息或識別數(shù)據(jù)(例如，用戶名稱、位置、緊急事件的類型)發(fā)送到遠(yuǎn)程位置。以此方式，檢測裝置30可以用于監(jiān)控處于ICU環(huán)境中的患者、戴呼吸器的患者、囚犯、年老或殘疾人、重型設(shè)備操作員、卡車司機(jī)、駕車者、船舶和飛機(jī)駕駛員、火車司機(jī)、雷達(dá)或飛行器控制塔操作員，或者用作用于軍隊警衛(wèi)、執(zhí)勤銀行出納員、店員、出租車司機(jī)進(jìn)行通信的無需語言的或潛意識的工具等等。檢測裝置30還可以用作娛樂裝置，例如，作為類似于對講機(jī)的兒童玩具，或者用于操縱遠(yuǎn)程控制玩具車。
另外，需要CPU 140來執(zhí)行附加的臨界值比較，以確保能夠持續(xù)使用檢測裝置30。例如，附加的定時電路可以連接至CPU 140，從而CPU 140可以將從傳感器33接收到的光強(qiáng)度信號與由定時電路提供的第二預(yù)定臨界值進(jìn)行比較。第二預(yù)定臨界值可以對應(yīng)于人正常眨眼的時間周期。如果CPU 140不能在這個時間周期內(nèi)檢測到正常眨眼或者如果用戶不能響應(yīng)預(yù)定刺激(例如，閃光或聲音)，則CPU 140可以產(chǎn)生信號，從而啟動揚(yáng)聲器150或者使用發(fā)送器152來發(fā)送警報。
例如，如果檢測裝置30被犯罪期間的罪犯卸下，但由于醫(yī)學(xué)事件的發(fā)生而跌落的話，則這對于防止“假警報”或測量用戶的“注意力狀態(tài)”可能是很有用?？蛇x地，用戶需要執(zhí)行警惕人物來確定所發(fā)送的信號是有意義的還是“假警報”信號、測量用于生物反饋的注意或瞌睡水平、還用于測量戴著該裝置的用戶的順從性。
可選地，輸出信號142的極性可以顛倒，以使數(shù)據(jù)流僅在眼睛睜開時產(chǎn)生，例如，當(dāng)監(jiān)控睡眠試驗室中的病人以測量睡眠開始、睡眠潛伏期、眼瞼閉上的時間等等，或者監(jiān)控睡著的囚犯。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，對于這些使用來說，CPU 140可以僅在檢測倒張開眼睛的狀態(tài)時啟動警報。
參考圖8，示出了檢測裝置30的另一個實(shí)施例。在本實(shí)施例中，發(fā)射器和傳感器都是單獨(dú)固態(tài)的發(fā)光和檢測生物傳感器裝置132，它們被直接安裝在眼鏡20上。產(chǎn)生并檢測紅外光的生物傳感器裝置132可以小到2毫米乘以4毫米(2mm×4mm)并且僅重幾克，從而增強(qiáng)了檢測裝置30的方便性、舒適性和/或辨別力。由于尺寸很小，所以生物傳感器裝置133可以直接安裝在鏡片21中，如圖8所示，安裝在鏡片21的外表面或內(nèi)表面上，安裝在架橋24中或安裝在鏡架22上有利于眼睛運(yùn)動檢測的另一個位置處。生物傳感器裝置132可以測量小于大約5毫米乘以5毫米的表面面積，并且可以僅重約一盎司，從而提供了可以不觸目、便攜、并且可以方便地并入輕質(zhì)眼睛鏡框中的發(fā)射器/傳感器組合。因為整個系統(tǒng)可以整裝在鏡框上，所以無論用戶觀察的方向如何，其都可以隨著用戶移動，并且可在白天或夜晚、水下等多種情況或領(lǐng)域中操作。
Hamamatsu制造各種紅外發(fā)射器以及監(jiān)測器裝置，其可以用作生物傳感器裝置132，諸如Model第L1909號、第L1915-01號、第L2791-02號、第L2792-02號、L2959號、以及5482-11號，或者可選地，可以使用無線電室紅外發(fā)射器(Radio Shack infraredemitter)，Model第274-142號。適于使用的多分量射線(例如，線性光掃描傳感器射線)可以從Plano、TX的Texas AdvancedOptoelectronic Solutions公司(TAOS)獲得，諸如Model第TSL 201號(64像素×1像素)、第TSL 202號(128×1)、第TSL 208(512×1)號、第TSL 2301(102×1)號。這些傳感器可以與鏡片陣列結(jié)合使用，以有利于檢測光的聚焦，諸如由CA的Irvine的NSG America公司制造的用于行掃描應(yīng)用的Selfoc鏡片陣列。
另外，可以在眼鏡20上設(shè)置多個生物傳感器裝置132，例如，如圖8所示，可以設(shè)置一對生物傳感器裝置132，用于檢測用戶(未示出)每只眼睛的眼瞼運(yùn)動。線纜134可以從每個生物傳感器裝置132延伸至與上述的處理箱130相類似的處理箱130。處理箱130的CPU 140(圖8中未示出)可以接收來自每個生物傳感器裝置132的輸出信號并且將輸出信號進(jìn)行比較，以進(jìn)一步促進(jìn)區(qū)分其他眼瞼運(yùn)動與正常的眨眼。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，該對生物傳感器裝置132可以允許用戶使用更加復(fù)雜的碼，例如，單獨(dú)或一起眨每只眼睛，用于更加有效或便利地通信。一種形式，一只眼睛的眨動可以對應(yīng)一個“點(diǎn)”，而另一只眼睛的眨動對應(yīng)于“破折號”，以方便Morse碼的使用。從每只眼睛輸出的信號可以被CPU 140翻譯，然后轉(zhuǎn)換成可懂信息。
在另一種形式中，右眼眨動(或連續(xù)眨動)可以使得電動輪椅向右移動，左眼眨動(或連續(xù)眨動)可以向左移動，兩次同時的右眼和左眼眨動可以使得輪椅向前移動，和/或四次同時的左眼和右眼眨動可以使得輪椅向后移動。眼睛眨動的類似組合或順序可以用于控制開/關(guān)功能、或者電視機(jī)的音量或頻道控制、AM/FM廣播電臺、VCR、磁帶錄音機(jī)或其他電子或機(jī)電裝置、任何大型通信或控制裝置、或任何可由簡單“開/關(guān)”開關(guān)來操作的裝置(例如，無線電視遠(yuǎn)程控制單個開關(guān)的電視控制單元、通用遠(yuǎn)程控制器、具有AC插頭/壁裝電源插座或壁裝開關(guān)模塊的單個開關(guān)多應(yīng)用單元、計算機(jī)輸入適配器、點(diǎn)燃發(fā)信號蜂鳴器或震動信號箱、所有類型的開關(guān)模塊、視頻游戲娛樂控制器開關(guān)模塊和用開關(guān)控制的電子玩具)。
在另一種選擇中，可以設(shè)置一個或多個透鏡或濾光器，用來控制由生物傳感器裝置、單個發(fā)射器、和/或檢測器所發(fā)射和/或檢測的光。例如，可以利用棱鏡或其他透鏡來改變所發(fā)射的光的角度、或可以通過狹縫來匯聚或聚焦光，以產(chǎn)生指向眼睛的預(yù)定形狀的光束或接收傳感器所反射的光。可以設(shè)置可調(diào)節(jié)的透鏡陣列，以控制所發(fā)射的光束的形狀(例如，寬度)、或調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以用塑料等將透鏡與發(fā)射器包裝在一起，或?qū)⑼哥R作為獨(dú)立的附件來設(shè)置。
參考圖10A，示出的系統(tǒng)414的另一個實(shí)施例包括具有生物傳感器裝置432的鏡框422，其中，生物傳感器裝置具有直接設(shè)置在鏡框422上的關(guān)聯(lián)處理器和發(fā)送器電路430，例如，鏡框422用于增加系統(tǒng)414的便利性和判斷力。鏡框422可以包括架橋424和一對耳撐423、425，其中，生物傳感器裝置432可以固定地、可移動地、和/或可調(diào)節(jié)地安裝在架橋424上。
其中的一個耳撐423可以具有比另一個耳撐425大的尺寸，例如，以容納插入或安裝在其上的處理器和發(fā)送器電路430?？梢詫⑴c前述的處理箱130中的CPU 140相似的處理器440設(shè)置在鏡框422上，并可以將諸如鋰電池460的電源插入或附在支架423上。將包括天線453的射頻或其他發(fā)送器452(例如，使用藍(lán)牙或其他協(xié)議)設(shè)置在耳撐423上，其中，天線可以沿著耳撐423嵌入或固定在鏡框422中的鏡腿件中或其他位置處。
系統(tǒng)414還可以包括鏡框422上的耳撐423或其他位置處的手動調(diào)節(jié)裝置(未示出)，例如，以關(guān)掉和開啟電源、或調(diào)節(jié)生物傳感器432的強(qiáng)度和/或臨界值。所以，系統(tǒng)414基本上可以整裝在可以包括或不包括類似于鏡片的透鏡(未示出)的鏡框422上?？梢匀コ獠康木€纜或電線，從而提供用于通信和/或監(jiān)控用戶的更方便且更舒適的系統(tǒng)。
在另一種可選實(shí)施例中，如圖10B、圖10C、和圖10D所示，發(fā)射器532和傳感器533的線性陣列530可以經(jīng)過設(shè)置，例如，以垂直排列的方式安裝到眼睛鏡框522的鼻梁524上。CPU 540、電池460、發(fā)送器天線543、和警報指示器550也可以設(shè)置在鏡框522上，例如，在鏡腿件525上，與先前所述實(shí)施例相類似。LED 542或類似刺激裝置也可以設(shè)置在鏡框522上的預(yù)定位置處，以能夠從用戶獲得常規(guī)生物反饋響應(yīng)。另外，可以設(shè)置接收器544，用于接收由CPU 540生成并由發(fā)送器543發(fā)送的數(shù)據(jù)流。
如圖10C中特別示出的，傳感器533和發(fā)射器532中的每個都可以連接至CPU 540或其他用于控制發(fā)射器532和/或用于處理由傳感器532產(chǎn)生的光強(qiáng)度信號的其他控制電路。因而，CPU 540可以循環(huán)通過陣列530中的傳感器533，繼而處理來自每個傳感器533的信號，此與本文中其他地方描述的處理器相類似。如圖10D所示，發(fā)射器532包括鏡片534，用于將光束(由各條射線360a、360b表示)聚焦到眼睛300上，例如，朝向瞳孔301。傳感器533被包括在鼻梁524內(nèi)，并且為每個傳感器設(shè)置一個狹縫535，狹縫535具有預(yù)定尺寸以控制由每個傳感器533所檢測到的反射光。因而，每個傳感器535可以檢測經(jīng)過眼睛300的特定部分的眼瞼302的運(yùn)動，例如，如圖12A所示，測量PERCLOS。傳感器或發(fā)射器可以具有鏡片或聚焦裝置來聚焦發(fā)射或反射光。
除了輕微的眼睛閉合之外，線性陣列530還有助于測量與眼瞼運(yùn)動有關(guān)的其他參數(shù)，例如，以測量眼瞼打開或閉合的速度，即，眼睛閉合的速率，CPU 540可以比較在連續(xù)傳感器533的啟動過程之間的時間延遲。另外，可以處理從傳感器553輸出的信號，以測量作為時間函數(shù)的眼瞼302的瞳孔覆蓋的百分比(例如，由于部分眼睛閉合)，例如，監(jiān)控眼睛何時部分地而不是完全地閉合，和/或以監(jiān)控相對于用戶的最大睜眼基準(zhǔn)的眼睛閉合時間的百分比(PERCLOS)，如圖12A-圖12C所示。
參考圖12D，在另一個實(shí)施例中，可以設(shè)置二維的傳感器陣列。雖然將5×5陣列633和9×11陣列733作為示范性實(shí)施例示出，但是也可以設(shè)置在陣列中包括任何數(shù)量的元件的其他陣列。例如，如以下將進(jìn)一步描述的，傳感器可以呈CMOS或CCD裝置的模式，其包括數(shù)百或數(shù)千個柵格或其他式樣的像素。然后，可以使用傳感器633、733來測量來自發(fā)射器632的光的表面區(qū)域反射率，即，處理器(未示出)可以處理來自陣列633、733中的每個傳感器的信號，以產(chǎn)生表示由眼瞼302覆蓋的眼睛300的表面區(qū)域的百分比和/或瞳孔的相對位置的數(shù)據(jù)流。
陣列633、733中的傳感器可以充分靈敏或者具有足夠的解析度，使得其可以檢測由于通過瞳孔301從視網(wǎng)膜反射的光的反射而產(chǎn)生的“紅色反射”或等效的紅外線“亮瞳孔”反射。因而，傳感器可以產(chǎn)生包括基本上為零的值(其表示沒有紅色反射或明亮瞳孔)、低輸出(表示紅色反射或白色瞳孔反射)、和高輸出(表示閉合眼瞼302的反射)的光強(qiáng)度信號。紅色反射可以表現(xiàn)為明亮的白光瞳孔(由當(dāng)眼瞼張開時來自發(fā)射器的從視網(wǎng)膜反射的紅外光產(chǎn)生，或者如果處理器使用減法，則表現(xiàn)為暗或“黑色瞳孔”)。處理器可以處理光強(qiáng)度信號，以檢測瞳孔301何時被眼瞼302覆蓋，即，在哪個時間點(diǎn)處，即使用戶眼睛300沒有完全被眼瞼302覆蓋，用戶仍不能夠看到，通常這個PERCLOS值占原來凝視時的百分比為50-75。可選地，當(dāng)眼瞼、眼睛、和瞳孔下垂時，即使PERCLOS測量可以達(dá)到75-80的百分比或更大，傳感器也可以檢測到紅色反射或明亮瞳孔，例如，在這個時候，眼睛仍然可以在向下凝視時，通過像縫隙一樣窄的瞼裂來觀看。
在另一種可選實(shí)施例中，處理器和/或發(fā)送器電路(諸如圖2所示的處理器箱130中的CPU 140、或圖10A和圖10B所示的CPU440、540)可以包括作為分離的存儲器片或其他電路元件、或存在于CPU本身內(nèi)部的一個識別電路(未示出)。識別電路可以使用固定識別碼來預(yù)先編程或者是可編程的，例如，以包括所選擇的識別信息，諸如用戶的身份、用戶位置、用戶特有的生物統(tǒng)計測量(例如，唯一的虹膜或視網(wǎng)膜圖案、指紋、聲音標(biāo)識)、及用于各個檢測裝置的識別碼等等。
CPU可以有選擇地添加識別信息到所發(fā)送的數(shù)據(jù)流553，或者識別信息可以自動或周期性地、連續(xù)或不連續(xù)地包括在數(shù)據(jù)流553中，從而使得數(shù)據(jù)流553能夠與特定檢測裝置、個性用戶、和/或特定位置相關(guān)聯(lián)。識別信息可以被處理器(例如，遠(yuǎn)程位置處的處理器)使用，以在從多個檢測裝置接收到的數(shù)據(jù)流之間進(jìn)行區(qū)分，然后，可以如上所述，對識別信息進(jìn)行存儲、顯示等等。因而，當(dāng)使用該系統(tǒng)時，檢測裝置可以不要求用戶有意識地傳送某個識別或其他標(biāo)準(zhǔn)信息。
如圖11A所示，接收器544可以允許用戶通過單開關(guān)多應(yīng)用控制單元550來控制連接至接收器544的一個或多個裝置。控制單元550包括其自身的適合于發(fā)送開/關(guān)或其他控制信號(這些信號可以被各個控制模塊552a-55sf接收)的發(fā)送器。用戶10可以眨眼來產(chǎn)生要發(fā)送的包括打開和關(guān)閉命令的數(shù)據(jù)流553，或使用控制單元550和控制模塊552a-552f控制所選擇的裝置，諸如收音機(jī)554、電視機(jī)556、燈558a、由壁裝開關(guān)560控制的燈562、及插頭插入壁裝插座564中的風(fēng)扇566等等。
可選地，如圖11B所示，接收器554可以與其他系統(tǒng)連接，諸如計算機(jī)570和打印機(jī)572、車輛整合系統(tǒng)574、救生索單元576、GPS或其他衛(wèi)星發(fā)射器578等等。所發(fā)送的數(shù)據(jù)流553可以單獨(dú)或與諸如其他車輛傳感器信息573、和/或人的因素的其他數(shù)據(jù)一起處理，以進(jìn)一步增強(qiáng)對諸如遠(yuǎn)距離卡車司機(jī)的用戶的監(jiān)控，其中，人的因素例如為EKG、EEG、EOG、脈沖、血壓、呼吸速率、測氧法、活動變化記錄、頭部位置、語音分析、體溫、皮膚電導(dǎo)率、自評估測量和表現(xiàn)警惕性反應(yīng)、其他人通過固定的不可戴控制板或頭盔安裝相機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的觀察等等。
參考圖13，示出了用于監(jiān)控眼睛運(yùn)動的系統(tǒng)810的另一個實(shí)施例。一般，系統(tǒng)810包括鏡框812，其可包括架橋814和一對耳撐(ear support)816；一個或多個發(fā)射器820；一個或多個傳感器822；和/或一個或多個相機(jī)830、840。鏡框812可以包括一對鏡片(未示出)，諸如規(guī)則、修色、或保護(hù)鏡片，雖然其可以被省略。可選地，可以將該系統(tǒng)設(shè)置在可以戴在用戶頭上的其他裝置(諸如飛行員的氧氣罩、保護(hù)性眼睛裝置、患者呼吸器、水中呼吸器或游泳罩、頭盔、帽子、頭箍、頭盔、保護(hù)性頭部裝置)上、或者設(shè)置在用于保護(hù)頭部和/或面部的密封服內(nèi)等等(未示出)。該系統(tǒng)的組件可以設(shè)置在裝置上的通常能最小化對用戶視覺和/或?qū)ρb置的正常使用的干擾的多種位置處。
如圖所示，發(fā)射器820的陣列以例如垂直陣列820a和水平陣列820b的形式設(shè)置在鏡框812上。另外或者可選地，發(fā)射器820可以以其他配置(諸如環(huán)形陣列(未示出))來設(shè)置，且可以包括或不包括濾光器和/或散射器(也未示出)。在示例性實(shí)施例中，發(fā)射器820是用于以預(yù)定頻率發(fā)射脈沖的紅外發(fā)射器，與本文中別處描述的其他實(shí)施例類似?？梢詫l(fā)射器820設(shè)置在鏡框上，以使其將參考系投射到包括用戶的一只眼睛的區(qū)域之上。如圖所示，參考系包括將區(qū)域分成了四個象限的一對交叉帶850a、850b。在示例性實(shí)施例中，可以將交叉帶的交叉點(diǎn)置于基本上對應(yīng)于原始凝視時(即，當(dāng)用戶基本向前直視時)的眼睛瞳孔的位置處?？蛇x地，可以設(shè)置其他參考系，例如，包括垂直和水平分量、角形和徑向分量、或其他直角分量的參考系?？蛇x地，甚至基本上保持固定的一個或兩個參考點(diǎn)都可以提供用于確定眼睛的相對運(yùn)動的充分的參考系，如以下的進(jìn)一步闡述。
也可以將傳感器822的陣列設(shè)置在鏡框812上，用于檢測來自發(fā)射器820的反射出用戶眼瞼的光。傳感器822可以產(chǎn)生具有用于識別眼瞼是閉合還是打開的強(qiáng)度的輸出信號，與本文中別處描述的其他實(shí)施例相類似。傳感器822可以靠近各個發(fā)射器820放置，用于檢測反射出眼瞼各個部分的光。可選地，傳感器822可以僅設(shè)置在垂直陣列中(例如，沿著架橋814)，用于監(jiān)控眼瞼閉合的次數(shù)，與本文中別處描述的實(shí)施例相類似。在另一個可選實(shí)施例中，發(fā)射器820和傳感器822可以為固態(tài)生物傳感器(未示出)，該固態(tài)生物傳感器在單個裝置中具有發(fā)射和傳感兩種功能。可選地，可以除去發(fā)射器820和/或傳感器822，例如，當(dāng)相機(jī)830、840提供了足夠信息時，如以下的進(jìn)一步闡述。
可以設(shè)置電路和/或軟件，用于使用傳感器陣列所產(chǎn)生的信號來測量PERCLOS或其他參數(shù)。例如，圖17示出了可用于處理來自五元陣列的信號(例如)以獲得PERCLOS測量或其他警報參數(shù)的示例性示意圖。
參考圖13，系統(tǒng)810還包括一個或多個通常朝向用戶的一只或兩個眼睛定位的相機(jī)830。每個相機(jī)830可以包括光纖束832，光線束包括安裝在架橋814上或靠近架橋(或者安裝在鏡框812上的其他地方，例如，在最小化與用戶視覺的干擾的位置)的第一端、以及連接至可以將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號的檢測器838(例如，CCD或CMOS傳感器)的第二端837。如圖14所示，例如，可以將物鏡834設(shè)置在光纖束832的第一端上，以將圖像聚焦在光纖束832之上?？蛇x地，還是如圖14所示，光纖束832可以包括一個或多個靠近透鏡834終止以設(shè)置發(fā)射器836的照明光纖?？梢詫⒄彰鞴饫w連接至光源(未示出)，例如，類似于圖22中所示以及以下進(jìn)一步描述的實(shí)施例。雖然在圖13中僅示出了一個相機(jī)830(例如，用于監(jiān)控用戶的左眼)，但是應(yīng)該理解的是，可以以對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置包括類似部件(例如光纖束、透鏡、發(fā)射器、和/或檢測器(盡管如下所述，相機(jī)可以共享共同的檢測器))的另一個相機(jī)(未示出)，用于監(jiān)控用戶的另一只眼睛(例如，右眼)?？蛇x地，需要有多個(例如)從面向眼睛的不同角度朝向每只眼睛的相機(jī)(未示出)?？蛇x地，這些相機(jī)可以包括光纖延伸部分、棱鏡片、和/或反射鏡(例如，反射紅外光)、在透鏡面對眼睛的側(cè)面上不可透過或封閉的鏡面，等等?？梢栽O(shè)置這些附件，用于彎曲、旋轉(zhuǎn)、反射、或顛倒以理想方式發(fā)送到相機(jī)的眼睛的圖像。
相機(jī)830可以用于檢測由發(fā)射器820和/或836發(fā)射的光(例如，紅外光或可見范圍之外的其他光)的頻率。任選地，如果光纖束832包括用于發(fā)射器836的一個或多個照明光纖，那么就可以去除鏡框812上的發(fā)射器820。在這個實(shí)施例中，也有可能去除傳感器822，并使用相機(jī)830來監(jiān)控用戶眼睛的運(yùn)動，例如，如下的進(jìn)一步闡述?？蛇x地，例如，系統(tǒng)810可以包括朝向遠(yuǎn)離用戶頭部的方向定位的第二相機(jī)840，用于監(jiān)控用戶的周圍環(huán)境，這樣的區(qū)域在用戶面部的正前方。相機(jī)840可以包括類似于相機(jī)830的組件的組件，例如，光纖束841、透鏡(未示出)、和/或發(fā)射器(也未示出)?？蛇x地，相機(jī)830可以足夠敏感，以在周圍的照明條件下產(chǎn)生圖像，并且可以省略發(fā)射器。如圖13所示，相機(jī)840可以連接至獨(dú)立的監(jiān)測器839，或者可以與相機(jī)830共用檢測器838，如以下的進(jìn)一步描述。
例如，光纖束832、841中的每個可以包括數(shù)目在五千到十萬之間(5,000-100,000)的像素光載光纖，或者包括數(shù)目在一萬到五萬之間(10,000-50,000)的光纖。光纖的數(shù)目可以視給定應(yīng)用的特殊需求(例如，在所獲得的用戶眼睛(即，用于“內(nèi)部相機(jī)”光纖)及周圍環(huán)境(即，用戶“外部相機(jī)”光纖)的圖像中提供期望的光學(xué)分辨率)而定。可選地，光纖束的光纖可以包括一個或多個照明光纖。在示例性實(shí)施例中，可以使用具有五千(5,000)條光纖(提供75×75的像素分辨率)、一萬(10,000)條光纖(提供100×100的像素分辨率)、五萬(50,000)條光纖(提供224×224的像素分辨率)、以及十萬(100,000)條光纖(提供316×316的像素分辨率)的光纖束。得到的光纖束832、841可以具有例如，3到5毫米之間(3-5mm)的直徑，具有或不具有覆層。光纖束832、841可以沿著鏡框812固定或者可以設(shè)置在鏡框812之內(nèi)。例如，鏡框812可以形成為具有一條或多條例如，從架橋814延伸到耳撐816的通道，用于接收通過其的光纖束832、841?？蛇x地，光纖束832、841可以被澆鑄、熔合、或嵌入在鏡框812中，例如，在制造鏡框812時?？蛇x地，光纖束832、841可以從鏡框812延伸到與鏡框812相分離的檢測器和/或處理器(未示出)，類似于以下參考圖18A和圖18B所述的實(shí)施例。
一個或兩個耳撐816可以包括用于安放一個或多個部件(例如，控制器或諸如示例性處理器842的處理器)的面板818、發(fā)送器844、天線845、檢測器838，389、和/或電池846。處理器840可以連接至發(fā)射器820、傳感器822、和/或相機(jī)830、840(例如，連接到檢測器838、839)，用于控制其操作。如下所述，發(fā)送器844可以連接至例如，用于接收傳感器822和/或相機(jī)830、840的輸出信號的處理器842和/或檢測器838、839，以將信號發(fā)送至遠(yuǎn)程位置?？蛇x地，發(fā)送器844可以從傳感器822和/或相機(jī)830、840直接連接到輸出引線。例如，鏡框812還可以包括在耳撐816上的手動控制件(未示出)，例如，以接通和斷開電源，或者調(diào)節(jié)傳感器822、相機(jī)830，840、和/或發(fā)射器820的強(qiáng)度和/或臨界值。
例如，對與用戶的感知、情緒、和/或行為狀態(tài)有關(guān)的附加生物或神經(jīng)生理數(shù)據(jù)的綜合和交互關(guān)聯(lián)性來說，如果需要，系統(tǒng)810還可以在鏡框812上包括一個或多個附加傳感器(例如，生理傳感器)。傳感器可以連接至處理器842和/或發(fā)送器844，以便對來自傳感器的信號進(jìn)行監(jiān)控、記錄、和/或?qū)⑵浒l(fā)送至遠(yuǎn)程位置。例如，可以設(shè)置一個或多個位置傳感器852a、852b，例如，用于確定鏡框812的空間定向、從而確定用戶頭部的空間定向。例如，可以設(shè)置變化記錄傳感器來測量頭部的傾斜或運(yùn)動，例如，監(jiān)控用戶的頭部是向前低垂還是向側(cè)面傾斜?？梢栽O(shè)置聲敏傳感器(例如，麥克風(fēng)854)，用于檢測環(huán)境噪音或由用戶所產(chǎn)生的聲音。
另外或者可選地，例如，對生理系統(tǒng)綜合和/或交互關(guān)聯(lián)性來說，鏡框812可以包括一個或多個傳感器，用于測量用戶的一個或多個身體特征。例如，EEG電極856可以設(shè)置在耳撐816上、在鼻根之上或之下、在耳后乳突上、在枕骨區(qū)域、和/或其他區(qū)域上，其他區(qū)域可以接觸用戶皮膚(例如，潮濕表面接觸電極)、或者可以不接觸用戶皮膚(例如，干燥無線電極)，以測量和發(fā)送范圍從大約一到五百赫茲(1-500Hz)的不同頻率的大腦活動(例如，醒著、瞌睡、或與睡眠有關(guān)的其他大腦活動)，用于視覺、短期、或長期的空間和/或時間趨勢分析(例如，快速傅立葉或光譜分析)?？梢栽O(shè)置能夠通過皮膚接觸點(diǎn)測量心搏的EKG電極(未示出)?？梢允褂妹}沖傳感器(未示出)測量心血管的搏動，或者使用測氧傳感器858測量氧飽和度。電熱調(diào)節(jié)器或其他傳感器可以測量(例如)通過用戶鼻子的呼吸氣流?？梢栽O(shè)置電熱調(diào)節(jié)器、熱電偶、或其他溫度傳感器(未示出)，用于測量用戶的皮膚溫度?？梢栽O(shè)置濕氣檢測器(sweat detector)(未示出)，用于測量用戶皮膚上的濕度，和/或可以將麥克風(fēng)或其他聲敏傳感器(也未示出)連接至鏡框812，以檢測用戶的口聲或呼吸聲音。可以設(shè)置一個或多個接觸期望區(qū)域處的用戶皮膚的眼動電圖描記(EOG)電極，以測量在眼睛運(yùn)動期間電勢的波動。
另外，系統(tǒng)810可以在鏡框812上包括一個或多個反饋裝置。這些裝置可以向用戶提供反饋，例如，以當(dāng)檢測到預(yù)定條件時(例如，瞌睡或缺乏意識的狀態(tài))，警告和/或叫醒用戶。反饋裝置可以連接至用于控制其啟動的處理器842。例如，可以通過皮膚接觸來提供觸覺震動刺激的機(jī)械震動裝置860可以設(shè)置在可以接觸用戶的位置處，例如，設(shè)置在耳撐816上。可以設(shè)置能夠產(chǎn)生相對較低功率的電刺激的電極(未示出)。可以在期望位置處，例如，在架橋814上設(shè)置諸如一個或多個LED的可視白色或彩色光發(fā)射器?？蛇x地，可以設(shè)置諸如蜂鳴器或其他警報器的音頻裝置862，與本文中別處描述的其他實(shí)施例類似。在另一個可選實(shí)施例中，可以將氣味發(fā)射器設(shè)置在鏡框810上，例如，設(shè)置在架橋814上或靠近架橋。
另外或者可選地，可以設(shè)置與鏡框812相分離的一個或多個反饋裝置，但是要以能夠向用戶提供反饋響應(yīng)的方式設(shè)置。例如，可以在用戶的附近設(shè)置音頻、視頻、觸覺(例如，振動座位)、或嗅覺發(fā)射器，諸如本文中別處描述的任意裝置。在另一個可選實(shí)施例中，可以設(shè)置能夠?qū)τ脩舢a(chǎn)生溫度刺激的生熱或冷裝置，例如，遠(yuǎn)程控制的風(fēng)扇或空氣調(diào)節(jié)單元。
系統(tǒng)810還可以包括遠(yuǎn)離鏡框812的組件，與本文中別處描述的其他實(shí)施例類似。例如，系統(tǒng)810可以在遠(yuǎn)離鏡框812的位置處(例如，在相同的房間中、在附近的監(jiān)控站、或者在較遠(yuǎn)的位置處)包括接收器、處理器、和/或顯示器(未示出)。接收器可以接收由發(fā)送器842發(fā)送的信號，包括來自傳感器822、相機(jī)830、840、或者設(shè)置在鏡框812上的任意其他傳感器輸出的信號。
處理器可以連接至用于分析來自鏡框812上的組件的信號的接收器，例如，以調(diào)制用于圖形顯示的信號。例如，處理器可以調(diào)制來自傳感器822和/或相機(jī)830、840的信號，用于在監(jiān)控器上顯示，從而使用戶能夠被其他人監(jiān)控。同時，可以在單個或者分離的顯示器上顯示其他參數(shù)。例如，圖15A-圖15I示出了指示可以設(shè)置在鏡框812上的各種傳感器的輸出，該輸出可以沿著共用時間軸來顯示，或者相反，例如，與用戶眼睛的運(yùn)動和/或瞌睡程度相關(guān)聯(lián)。處理器可以重疊或者相反同時顯示視頻信號連同其他感覺參數(shù)，以使醫(yī)生或其他人能夠進(jìn)行監(jiān)控并親自將這些參數(shù)與用戶行為相關(guān)聯(lián)。
在另一個可選實(shí)施例中，處理器可以自動處理信號以監(jiān)控和/或研究用戶行為。例如，處理器可以使用輸出信號來監(jiān)控與眼睛運(yùn)動有關(guān)的各種眼睛運(yùn)動參數(shù)，諸如眨眼持續(xù)時間(EBD)、眨眼頻率、眨眼速率、眨眼加速度、內(nèi)部眨眼(interblink)時間(IBD)、PERCLOS、PEROP(眼瞼打開的百分比)、瞳孔大小的波動、眼睛凝視和眼球運(yùn)動，等等，如美國專利第6,542,081中所述，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
可以處理來自相機(jī)830的視頻信號，以監(jiān)控各種眼睛參數(shù)，諸如瞳孔大小、位置(例如，在由交叉帶850所限定的四個象限內(nèi))、眼睛跟蹤運(yùn)動、眼睛凝視距離，等等。例如，因為相機(jī)830能夠檢測從發(fā)射器822發(fā)出的光，所以相機(jī)830可以檢測由發(fā)射器投射到用戶眼睛的區(qū)域上的參考系。圖16示出了來自包括在系統(tǒng)中的相機(jī)的示例性視頻輸出，該系統(tǒng)具有垂直排列放置的20個發(fā)射器。相機(jī)可以檢測排列為垂直帶的二十個不連續(xù)光區(qū)。相機(jī)還可以檢測“閃爍”點(diǎn)G、和/或移動的明亮瞳孔P。因而，可以相對于閃爍點(diǎn)G、和/或相對于垂直帶1-20來監(jiān)控瞳孔運(yùn)動。
因為發(fā)射器822被固定在鏡框812上，所以參考系850可以相對于用戶保持基本固定。因而，處理器可以根據(jù)關(guān)于參考系850的直角坐標(biāo)(例如，x-y或角度范圍)來確定瞳孔的位置?？蛇x地，如果去除掉參考系，那么就可以確定瞳孔相對于用戶眼睛上的任意固定靜止的“閃爍”點(diǎn)或其他預(yù)定參考點(diǎn)的位置。例如，相機(jī)830本身可以將光點(diǎn)投射在眼睛上，其中，該光點(diǎn)可以被相機(jī)反射和檢測。因為相機(jī)830固定在鏡框812上，所以這個“閃爍”點(diǎn)可以保持基本固定，從而提供了能夠據(jù)其確定眼睛的隨后運(yùn)動的期望參考點(diǎn)。
另外，來自與鏡框812相分離的遠(yuǎn)程相機(jī)的視頻信號可以從遠(yuǎn)方(例如，在汽車的儀表盤、驅(qū)動器、班機(jī)、或其他模擬器上，或在聲納、雷達(dá)、或其他監(jiān)控站中)成像用戶的面部，例如，以監(jiān)控各種面部測量(諸如面部表達(dá)、打哈欠的頻率等等)，另外，或者可選地，監(jiān)控來自發(fā)射器的投射光的參考系。另外或者可選地，可以處理并聯(lián)系來自其他傳感器的參數(shù)，諸如頭部定向、傾斜、身體移動、生理參數(shù)，等等。在一個實(shí)施例中，處理器可以使這些參數(shù)中的兩個或多個相關(guān)聯(lián)，以生成復(fù)合的疲勞指數(shù)(“COFI”)。例如，當(dāng)眨眼或由眼瞼覆蓋瞳孔的時間超過臨界持續(xù)時間時，處理器可以監(jiān)控位置傳感器以檢測頭部傾斜和/或關(guān)于大腦活動的生理傳感器，有可能指示用戶正睡著或相反變得能夠驅(qū)動或操作設(shè)備。處理器可以使用存儲在存儲器中的經(jīng)驗算法來為這些參數(shù)分配數(shù)值，然后將參數(shù)加起來或者相反使這些參數(shù)相關(guān)聯(lián)，以為用戶的當(dāng)前狀態(tài)分配數(shù)字的COFI。
當(dāng)超過預(yù)定COFI臨界值時，系統(tǒng)810可以啟動警報或者相反通知用戶和/或遠(yuǎn)程位置處的另一方。因而，系統(tǒng)810可以提供更加有效的方式來監(jiān)控用戶的疲勞、瞌睡、警惕性、精神狀態(tài)，等等。在另一個可選實(shí)施例中，系統(tǒng)810可以用于產(chǎn)生預(yù)定輸出，例如，以啟動或停用設(shè)備，諸如當(dāng)系統(tǒng)810確定預(yù)定條件(例如，COFI值)時，正由用戶操作的車輛。
可選地，處理器可以設(shè)置在鏡框812上，例如，作為處理器842的一部分，用于監(jiān)控關(guān)于將發(fā)生的預(yù)定事件的參數(shù)，諸如超過預(yù)定的COFI臨界值。在另一個可選實(shí)施例中，上述的眼睛跟蹤參數(shù)可以由遠(yuǎn)程相機(jī)來監(jiān)控，例如，在用戶前面的固定位置中，諸如車輛的儀表板等等。遠(yuǎn)程相機(jī)可以直接或經(jīng)過其特有的發(fā)送器來連接至處理器，其還可以整合到COFI確定中和/或由第三方連同算法限定的響應(yīng)測量來監(jiān)控。關(guān)于各種裝置、系統(tǒng)及其使用方法的附加信息在美國專利第6,163,281(2000年12月19日公開)、6,246,344(2001年6月12日公開)、和6,542,081(2003年4月1日公開)號中有所描述，其上的全部內(nèi)容專門結(jié)合于此作為參考。
參考圖13，在可選實(shí)施例中，可以將相機(jī)832、840連接至單個檢測器(未示出)，類似于圖22中所示的配置。光纖束832、841可以連接至一個或多個用于將來自相機(jī)830、840的圖像傳送和/或聚焦在檢測器的各個區(qū)域上的透鏡。檢測器可以為具有例如橫截面介于5到10毫米(5-10mm)的有效成像區(qū)域的CCD或CMOS芯片。在示例性實(shí)施例中，檢測器的有效成像區(qū)域可以為正方形、矩形、圓形、或橢圓形，只要其有足夠區(qū)域來接收來自相機(jī)830和相機(jī)840的同步圖像。在圖20A和圖20B中示出了顯示來自相機(jī)830、840的同步視頻圖像的示例性輸出，并且在以下將進(jìn)一步描述。在這個可選實(shí)施例中，由于具有了足夠的分辨率和處理，所以有可能從系統(tǒng)810中去除發(fā)射器820和/或傳感器822。
參考圖18A和圖18B，示出了裝置910的另一個實(shí)施例，用于監(jiān)控戴著裝置910的人的眼瞼運(yùn)動。如本文中別處所述，裝置910可以用作生物傳感器、通信器、和/或控制器，和/或可以包括在系統(tǒng)中，例如，用于監(jiān)控用戶的一只或兩只眼睛的有意和/或無意運(yùn)動。
如圖所示，裝置910包括可以戴在用戶頭上的頭盔912、和生物傳感器組件920。頭盔912可以是標(biāo)準(zhǔn)的飛行員頭盔，諸如直升機(jī)或噴氣式飛機(jī)飛行員所使用的那些頭盔，例如，包括安裝在其上的一對夜視管或其他護(hù)目鏡914?？蛇x地，頭盔912可以包括一個或多個危險警告顯示器，例如，在一只或兩只眼睛前面或靠近一只或兩只眼睛安裝的小型平板LCD?？蛇x地，頭盔912可以用鏡框(未示出，例如，參見圖13)代替，其包括架橋、在每只眼睛之上或周圍延伸的邊框、和/或一對耳撐，類似于本文中所述的其他實(shí)施例。鏡框可以包括一對透鏡(也未示出)，諸如規(guī)則、修色、和/或保護(hù)透鏡，雖然它們對于裝置的運(yùn)行來說并不是必須的。可選地，可以用顯示器(例如，如以下的進(jìn)一步闡述、可以用作模擬器和/或娛樂裝置的相對小型的平板LCD)來取代一個或兩個透鏡。在另一個可選實(shí)施例中，裝置910可以包括可以戴在用戶頭上的其他裝置，諸如帽子、帽狀物、頭帶、頭盔、保護(hù)眼睛和頭部的裝置、面罩、氧氣罩、通風(fēng)罩、呼吸器或游泳罩等等(未示出)。
可以將裝置910的組件設(shè)置在頭盔912(或者其他戴在頭上的裝置)上的各種位置處，例如，以一般最小化當(dāng)戴著裝置910時對用戶視覺和/或正常活動的干擾。如圖所示，生物傳感器組件920包括例如，使用Velcro、帶子、和/或其他臨時或可移動連接件(未示出)安裝在頭盔912的頂上的相機(jī)922。這使得相機(jī)922當(dāng)未被使用時可以被去除?？蛇x地，相機(jī)922可以基本上永久地連接至頭盔912，直接結(jié)合到頭盔912(或其他框架)中，連接至頭部安裝的電視機(jī)，LCD監(jiān)控器，或其他數(shù)字顯示器等等，與本文中所述的其他實(shí)施例類似。
生物傳感器組件920還可以包括一個或多個光纖束924，該光纖束從相機(jī)922延伸至頭盔912的前面，以提供一個或多個用于成像用戶眼睛的“內(nèi)部相機(jī)”。如圖所示，示出了一對從相機(jī)922延伸到護(hù)目鏡914的各個管的光纖束924。在示例性實(shí)施例中，光纖束924可以足夠長(例如介于12至18英寸長)以從相機(jī)922延伸到護(hù)目鏡914，或者可選地，光纖束924可以更長(例如，長度在大約2到4英尺之間)，或者可以更短，這取決于相機(jī)922在頭盔910上的位置(或者如果將相機(jī)922與頭盔910分離放置)。
光纖束924的末端926可以永久地或可移動地連接至護(hù)目鏡914，例如，連接至連接到護(hù)目鏡914或相反從護(hù)目鏡914延伸的支架916。可選地，光纖束924可以使用夾子、扣件、黏合劑等(未示出)臨時或基本上永久地束縛在護(hù)目鏡914上。如圖所示，將光纖束924的末端926安裝在護(hù)目鏡914之下并向上地朝向用戶的眼睛傾斜。末端926的角度可以是可調(diào)節(jié)的，例如，從大約四十五度的底角向上或向下調(diào)節(jié)大約15度。可選地，光纖束924的末端926可以被設(shè)置在頭盔912和/或護(hù)目鏡914上的其他位置處，但還是要直接朝向用戶的眼睛。
另外參考圖19，每個光纖束924可以包括光纖像導(dǎo)928(即，光學(xué)成像光纖束)、和照明光纖束930(例如，被裝入在相機(jī)922和光纖束924的末端926之間延伸的收縮管(未示出)中)。每個照明光纖束930可以包括一個或多個連接至光源的光纖，例如，在相機(jī)922的內(nèi)部。例如，相機(jī)922可以包括具有一個或多個LED934(為了簡潔示出一個)的發(fā)光二極管(LED)殼932，照明光纖束930可以連接至LED殼932，以將光傳遞到末端926。
由光源934發(fā)出的光可以超出正常人視力范圍，例如，在紅外線范圍中(例如，具有大約840和880毫微米(840-880nm)之間的極小的輸出波長)，使得所發(fā)出的光基本上不會干擾用戶的正常視覺。光源可以產(chǎn)生基本連續(xù)的光或期望頻率的光脈沖，與本文中別處描述的實(shí)施例相類似。可選地，可以設(shè)置用于照亮用戶面部和/或一只或兩只眼睛的其他光源來取代照明光纖束930。例如，與本文中別處描述的其他實(shí)施例相類似，可以設(shè)置一個或多個發(fā)射器(未示出)，例如，沿著頭盔912和/或護(hù)目鏡914的一個或多個區(qū)域放置的發(fā)射器陣列。
每個光纖束924的末端926可以包括一個或多個透鏡，例如，能夠以期望方式，例如，朝向用戶眼睛聚焦像導(dǎo)928的物鏡936(圖18A中示出)。每個像導(dǎo)928可以具有向前的視線(零度(0°)視場)，物鏡936可以提供更寬的視場，例如，大約四十五度(45°)?？蛇x地，視線可以是可調(diào)節(jié)的，例如，通過調(diào)節(jié)物鏡936在大約30和60度之間(30-60°)調(diào)節(jié)。另外，物鏡936可以最優(yōu)化視距，例如，到大約2英寸(2in.)，從而改進(jìn)用戶眼睛上的聚焦。因而，像導(dǎo)928可以通過光纖束924將用戶眼睛的圖像傳送到相機(jī)922。
如圖19所示，相機(jī)922可以包括一個或多個透鏡(例如，放大部928)，用于將來自像導(dǎo)928(和/或相機(jī)944)的圖像傳送和/或聚焦到成像裝置940的有效顯示區(qū)域942之上。成像裝置940可以是多種已知裝置(其提供用于接收圖像的二維有效顯示區(qū)域)，例如，CMOS或CCD檢測器。在示例性實(shí)施例中，成像裝置940可以是CMOS裝置，諸如Sensovation制造的Model cmos SamBaHR-130、或Micron Imaging制造的Fast Camera 13、ModelMI-MV13。放大部938可以通過C膠紙或其他連接件(未示出)與相機(jī)922機(jī)械配對。
在示例性實(shí)施例中，每個像導(dǎo)928都能夠提供多達(dá)一萬到五萬(10,000到50,000)個像素的圖像數(shù)據(jù)，例如，類似于本文中別處描述的光纖束，它們都可以被投影到成像裝置940的有效顯示區(qū)域942上。對于圖18A和圖18B中所示的裝置910來說，來自兩個光纖束924的圖像被投影到單個成像裝置940上，如圖19所示，就是說，使得來自用戶的每只眼睛的圖像占有小于有效顯示區(qū)域942的一半的區(qū)域。
可選地，裝置910可以包括遠(yuǎn)離用戶頭部定位的“外部相機(jī)”944，例如，以監(jiān)控用戶的周圍環(huán)境，與本文中別處描述的實(shí)施例相類似。例如，如圖18A所示，可以設(shè)置從相機(jī)922延伸的另一個光纖束945。如圖所示，光纖束945“向前”定向，即，總地沿著與當(dāng)用戶一直向前看時相同的方向，并且終止在微型透鏡946。光纖束945可以相對較短和/或基本上固定，以使其視場相對于頭盔912來說保持基本不變。可選地，外部相機(jī)944可以設(shè)置在頭盔912和/或護(hù)目鏡914上的其他位置處，例如，包括柔性光纖束，與上述外部相機(jī)840相類似。因而，外部相機(jī)944可以提供遠(yuǎn)離用戶的圖像，例如，在用戶面部的直前方。
外部相機(jī)944可以包括或不包括一個或多個照明光纖，但是可以包括(例如)通過放大部938或單獨(dú)地連接至成像裝置940的像導(dǎo)。因而，來自外部相機(jī)944的圖像可以作為從像導(dǎo)928接收到的每只用戶眼睛的圖像傳送到相同的有效顯示區(qū)域942上，與本文中描述的其他實(shí)施例相類似。這種配置可以允許或促進(jìn)時間和/或空間同步，或者通過“三角測量”或其他用于眼睛跟蹤的算法，相對于用戶頭部的方向位置來識別用戶眼睛看向“哪里”、在看“什么”、和/或看了“多久”(凝視的持續(xù)時間)。
因而，相機(jī)922可以同時捕獲來自一個或多個“內(nèi)部相機(jī)”，即，來自光纖束924和來自外部相機(jī)944的圖像。這可以確保每個裝置所捕獲的圖像都彼此同步，即，同時連接在一起，從而使得在特定時間拍攝的一只眼睛的圖像對應(yīng)于基本同時拍攝的另一只眼睛的圖像。另外，這些圖像可以與來自其他傳感器(例如，一個或多個生理傳感器)的數(shù)據(jù)基本同步，這可以增強(qiáng)監(jiān)控和/或診斷用戶、和/或預(yù)知用戶行為的能力。由于這個同步，可以以相對較高的速率(例如，在大約每秒五百到七百五十幀或Hertz之間(500-750Hz))來捕獲圖像數(shù)據(jù)?？蛇x地，可以設(shè)置單獨(dú)的檢測器，其捕獲可以被(例如)接收數(shù)據(jù)的處理器同步的圖像數(shù)據(jù)。在這個可選實(shí)施例中，可以使用更慢的捕獲速率(例如，在大約30到60Hertz之間(30-60Hz))，以促進(jìn)處理器或之后用于捕獲的其他裝置的同步?？蛇x地，相機(jī)922和/或相關(guān)處理器可以能夠捕獲相對較慢的視覺，例如，以每秒在大約十五到六十之間(15-60)幀的速率。
圖20A和圖20B示出了接收來自兩個內(nèi)部相機(jī)2010和一個外部相機(jī)2020(或來自用于編譯來自單個相機(jī)和/或傳感器的圖像的裝置)的同步圖像信號的相機(jī)的示例性輸出。如圖所示，內(nèi)部相機(jī)朝向用戶的每只眼睛，以及外部相機(jī)向外指向用戶的周圍環(huán)境(即，通常在用戶面部的直前方)。在圖20A中，用戶的兩只眼睛2010L、2010R都是打開的，并且外部圖像2020示出了用戶前方的房間的水平視圖。相反，在圖20B中，用戶的一只眼睛2010L完全閉合，并且另一只眼睛2010R部分閉合，使得眼瞼覆蓋了大部分瞳孔。外部圖像2020示出了用戶的頭部開始向左傾斜并向前低垂?？蛇x地，附加信息可以與這些圖像(諸如來自裝置910上的其他傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù))一起顯示和/或存儲，與圖12A-12C或圖15A-15I所示的相類似。
參考圖18A、圖18B、和圖19，來自相機(jī)922(和/或相機(jī)944)的圖像可以從裝置910通過線纜948發(fā)送(最好參見圖18A)。例如，成像裝置940可以將來自有效顯示區(qū)域942的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號可以經(jīng)由線纜948發(fā)送到一個或多個處理器和/或控制器(未示出)，與本文中別處描述的其他實(shí)施例相類似?？蛇x地，來自光纖束924和/或外部相機(jī)944的圖像可以從裝置910發(fā)送到一個或多個遠(yuǎn)程裝置，例如，相機(jī)、檢測器、和/或處理器(未示出)，類似于本文中描述的其他實(shí)施例。在這個可選實(shí)施例中，光纖束924的長度可以在大約2到6英尺之間，例如，用于提供足夠的長度以使用戶能夠正常運(yùn)動但仍保持與遠(yuǎn)程裝置連接。
可選地或另外，裝置910可以包括可以(例如)使用藍(lán)牙或其他協(xié)議連接至相機(jī)922的無線發(fā)送器(未示出)，諸如短程或長程射頻(RF)發(fā)送器。發(fā)送器可以位于相機(jī)922中或者在頭盔912上的其他位置。發(fā)送器可以發(fā)送表示圖像數(shù)據(jù)的圖像信號到遠(yuǎn)程位置處的接收器，與本文中別處描述的其他實(shí)施例相類似。在另一個可選實(shí)施例中，除了發(fā)送器和/或線纜948之外，裝置910還可以包括用于存儲圖像數(shù)據(jù)的存儲器(也未示出)，或者可以用存儲器來取代發(fā)送器和/或線纜。例如，可以將數(shù)據(jù)存儲在記錄器裝置中，例如，類似于在航行器中所使用的“黑盒子”記錄器，以便在稍后的時間重新找回記錄器，例如，用于在發(fā)生車輛事故、醫(yī)藥事件等等之后進(jìn)行分析。
可選地，裝置910可以包括一個或多個控制器(未示出)，例如，在相機(jī)922內(nèi)、和/或在頭盔912中，用于控制裝置910的各種組件。例如，控制器可以連接至一個或多個LED 934，以使LED 934發(fā)出預(yù)定頻率的脈沖，例如，以減少裝置910的能量消耗。另外，裝置910可以包括一個或多個電源，例如，電池和/或線纜，用于為裝置910的一個或多個組件提供電源。例如，可以在相機(jī)922中設(shè)置一個或多個電池(未示出)，用于為成像裝置940和/或LED 934提供電源。
如果需要，裝置910還可以包括一個或多個附加傳感器(未示出)，例如，位于頭盔910上。傳感器可以連接至生物傳感器組件920、線纜948、和/或無線發(fā)送器(未示出)(如果包括)，以使來自傳感器的信號可以被監(jiān)控、記錄、和/或送至遠(yuǎn)程位置。例如，可以設(shè)置一個或多個位置傳感器，例如，用于確定頭盔912的空間定向，從而確定用戶頭部的空間定向，如本文中別處所述。另外或者可選地，裝置910可以包括一個或多個生理傳感器(未示出)，例如，用于測量用戶的一個或多個身體特征；諸如一個或多個EEG電極、EKG電極、EOG電極、脈沖傳感器、測氧傳感器、電熱調(diào)節(jié)器、熱電偶、或其他溫度傳感器，例如，用于測量用戶皮膚的溫度；濕氣檢測器，用于測量用戶皮膚的濕度；和/或用于測量呼吸氣流(例如，通過用戶鼻子)的傳感器。
另外，裝置910可以包括一個或多個反饋裝置(也未示出)，例如，以警告和/或叫醒用戶，諸如可以通過皮膚接觸提供觸覺振動刺激的機(jī)械振動裝置、可以產(chǎn)生相對較低功率的電刺激的一個或多個電極、一個或多個發(fā)光器(諸如LED)、音頻裝置、氣味發(fā)射器等等?？蛇x地，反饋裝置可以與裝置910分開設(shè)置，但是要以能夠向用戶提供反饋響應(yīng)的方式放置。例如，可以將音頻、視頻、觸覺(例如，振動座位)、或氣味發(fā)射器設(shè)置在用戶附近，諸如上述裝置中的任一個。在另一個可選實(shí)施例中，可以設(shè)置能夠?qū)τ脩舢a(chǎn)生溫度刺激的生熱或生冷裝置，例如，遠(yuǎn)程控制的風(fēng)扇或空氣調(diào)節(jié)單元。
包括裝置910的系統(tǒng)可以包括遠(yuǎn)離裝置910的組件，與本文中別處描述的其他實(shí)施例相類似。例如，系統(tǒng)可以包括一個或多個接收器、處理器、和/或顯示器(未示出)，位于遠(yuǎn)離裝置910的遠(yuǎn)程位置處，例如，在相同的房間內(nèi)、在附近的監(jiān)控站、或者在更遠(yuǎn)的位置。接收器可以接收由裝置910上的發(fā)送器所發(fā)送的信號，其包括來自相機(jī)922的圖像信號和/或來自裝置910上的其他傳感器的信號。
處理器可以連接至接收器，用于分析來自裝置910的信號，例如，以準(zhǔn)備用于圖形顯示的信號。例如，處理器可以準(zhǔn)備來自相機(jī)922的視頻信號用于在監(jiān)控器上進(jìn)行顯示，與圖20A和圖20B中所示的圖像相類似，從而使得用戶能夠被第三方監(jiān)控(例如，醫(yī)生、管理者、或其他同事等等)。同時，可以顯示其他參數(shù)，在單個監(jiān)控器上或在分開的顯示器上，類似于本文中別處描述的其他實(shí)施例。處理器可以重疊或同時顯示用戶眼睛和/或外部相機(jī)圖像的顯示視頻信號本身或與其他感應(yīng)參數(shù)一起顯示，以使得醫(yī)生或其他人能夠監(jiān)控這些參數(shù)以及親自使這些參數(shù)與用戶的行為相關(guān)聯(lián)。
在另一個可選實(shí)施例中，處理器可以自動處理信號以監(jiān)控或研究用戶行為。例如，處理器可以使用輸出信號來監(jiān)控與眼睛運(yùn)動有關(guān)的各種參數(shù)，諸如眨眼持續(xù)時間(EBD)、眨眼頻率、眨眼速率、眨眼加速度、內(nèi)部眨眼時間(IBD)、PERCLOS、PEROP(眼瞼打開的百分比)等等。來自相機(jī)922的視頻信號可以被處理，以連續(xù)或不連續(xù)和/或順序地以任何獲取的組合或模式來監(jiān)控單個或多個眼睛參數(shù)，諸如瞳孔尺寸、相對位置、眼睛跟蹤運(yùn)動、眼睛凝視距離等等，如本文中別處的描述。因而，裝置910和/或系統(tǒng)可以監(jiān)控一個或多個視覺或其他參數(shù)，諸如在美國專利第6,542,081中的披露，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
為了方便監(jiān)控瞳孔尺寸(例如，睜大、收縮、和/或離心)和/或眼睛運(yùn)動，該系統(tǒng)可以包括與相機(jī)922通信的處理器，用于處理視頻信號以及從視頻信號識別眼睛的瞳孔。例如，利用更高分辨率的相機(jī)(諸如CMOS和CCD檢測器)，處理器可以識別瞳孔的邊緣，從而可以識別瞳孔的圓周、直徑、和/或截面面積?？梢詫@示器連接至處理器，用于從處理器所處理的視頻信號來顯示眼睛的視頻圖像。
另外，參考圖21A-圖21C，處理器可以在顯示器上將圖形重疊在(例如)視頻圖像上，以方便識別和/或監(jiān)控眼睛300的瞳孔301。如圖所示，因為瞳孔301的邊緣和周圍虹膜304之間的差異，所以處理器可以模擬這個邊界，并產(chǎn)生可以被重疊在一只眼或雙眼的圖像數(shù)據(jù)上的圖形暈圈、橢圓、或其他圖形306(為了簡潔，在圖21A-21C中僅示出了一只眼睛300)。觀察者可以使用這個圖形306以方便監(jiān)控裝置910的用戶。
另外或者可選地，處理器可以自動分析與瞳孔301(或圖形306)的尺寸和/或形狀有關(guān)的信息，從而使視頻信號相關(guān)聯(lián)以確定人的瞌睡程度或其他身體和/或精神狀態(tài)。這個分析可以包括監(jiān)控瞳孔的相對位置、瞳孔的尺寸、和/或瞳孔的偏心率，例如，隨時間變化。例如，處理器可以隨時間變化地監(jiān)控瞳孔300的直徑，其可以以圖表形式顯示，例如，如圖15E中所示，其作為時間函數(shù)存儲在存儲器中、和/或(例如)實(shí)時地重疊在眼睛的圖像上。
例如，圖21A可以示出在周圍條件下處于放松狀態(tài)的瞳孔301，例如，對應(yīng)于具有直徑“d1”的圖形306。如圖21B中所示，如果用戶眨眼或閉上眼睛300，則瞳孔310可以睜大，以便當(dāng)眼睛300再睜開時使瞳孔301開始睜大，如具有直徑“d2”的圖形306所示。處理器可以比較圖形306或瞳孔301本身的直徑變化，以確定瞳孔301的延遲，用于在眨眼或其他眼睛閉合之后返回到直徑“d1”。對可見或不可見閃光的反應(yīng)的這個延遲或損失可以至少部分地表示瞌睡的程度、損傷的程度，例如，中毒、和/或醫(yī)藥事故的發(fā)生，這包括諸如由于血氧不足、血糖過低、中風(fēng)、心肌梗塞、毒素、毒藥等等所引起的腦損傷或腦死亡的致命或晚期事件。
另外或者可選地，處理器可以確定瞳孔的近似偏心率，例如，當(dāng)其被眼瞼302部分覆蓋時。例如，如圖21C所示，當(dāng)眼瞼302部分閉合時，疊加在圖像上的暈圈306可以采用對應(yīng)于瞳孔301的露出部分的寬度“w”和高度“h”的橢圓形狀。高度“h”可以與直徑“d1”有關(guān)，即，高度“h”與直徑“d1”的比率可以等于或小于1(h/d1≥1)，作為瞳孔301被眼瞼302覆蓋的程度的指示。例如，當(dāng)瞳孔301被眼瞼302完全覆蓋時，這個比率可以從1降到0。
類似地，寬度“w”也可以與直徑“d1”相關(guān)(w//d1≥1)，作為瞳孔301被眼瞼302所覆蓋的程度的指示，例如，當(dāng)眼瞼302開始覆蓋超過瞳孔301的一半的時候。另外或者可選地，高度和寬度的比率(h/w≥1)可以(例如)基于眼瞼302的覆蓋，與瞳孔301的離心率信息相關(guān)。可以單獨(dú)、整體、和/或與其他眼睛運(yùn)動和/或生理參數(shù)結(jié)合來分析這些參數(shù)，以監(jiān)控、分析、和/或預(yù)測用戶的進(jìn)一步行為?？梢詫?shù)據(jù)與通過處理器保留或存取的經(jīng)驗或其他數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以提供關(guān)于用戶狀態(tài)的信息(例如，COFI值)，與本文中別處描述的一樣。
例如，如果用戶瞳孔的分析導(dǎo)致用戶警惕級別降到預(yù)定級別之下的決定，那么可以向用戶和/或一名或多名第三人提供警報，與本文中所述的其他實(shí)施例相類似。這些方法還可以用于確定用戶是否正受麻藥、酒精、和/或醫(yī)學(xué)疾病的影響，如本文中別處的描述。
另外，作為臨界和/或為了測試用戶的警惕性，諸如本文中所述的任何裝置或系統(tǒng)可以測試用戶的瞳孔反應(yīng)。當(dāng)戴著裝置時，這樣的測試可以確認(rèn)用戶是活動的，即，沒有睡著，乃至死亡。例如，如果光源在用戶眼睛處閃了預(yù)定的持續(xù)時間和/或脈沖頻率，那么用戶的瞳孔可以從其放松狀態(tài)暫時睜大(以環(huán)境光為基礎(chǔ))，然后在可預(yù)知的時間周期內(nèi)收縮回放松狀態(tài)。
參考圖22A，示出了用于測試本文中描述的任何裝置和系統(tǒng)的用戶的警惕性的示例性方法。例如，用戶可以戴上圖18中所示的用于監(jiān)控用戶的一只或兩只眼睛的裝置810(如上的進(jìn)一步描述)。在步驟2210，可以在相關(guān)狀態(tài)下確定用戶眼睛的基礎(chǔ)或參數(shù)。例如，可以在環(huán)境條件下測量或監(jiān)控瞳孔的放松直徑。
在步驟2220，可以向眼睛發(fā)出一個或多個光脈沖，這可以使得眼睛從放松狀態(tài)開始，以(例如)與脈沖光閃爍的頻率基本相同的頻率睜大和/或收縮。例如，可以以預(yù)定順序來啟動裝置810上的一個或多個發(fā)射器，以使得眼睛睜大。此后，在步驟2230中，例如，可以使用相機(jī)830或傳感器822來下意識地或無意識地監(jiān)控用戶的眼睛，以確定眼睛返回到放松狀態(tài)的反應(yīng)時間?？梢詫⒎磻?yīng)時間與經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫或其他數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確認(rèn)用戶是有意識的、清醒的、和/或活著的。如果需要，可以將步驟2220和2230重復(fù)一次或多個，以確定反應(yīng)時間和/或提供平均的反應(yīng)時間，如果需要，例如，以避免錯誤的消極決定。
如果光源在可見光范圍之外，例如，在紅外線范圍內(nèi)，則瞳孔仍然可以以此方式來對閃光作出反應(yīng)。使用紅外光的一個優(yōu)點(diǎn)在于，其不會轉(zhuǎn)移或打擾用戶，因為用戶將不會有意識地觀察光。然而，瞳孔仍然可以對這樣的閃光作出足夠的反應(yīng)，從而使得用于監(jiān)控眼睛的系統(tǒng)可以識別何時瞳孔響應(yīng)于這些閃光而睜大和收縮。
例如，在臨界測試期間，足以產(chǎn)生一束閃光以及監(jiān)控瞳孔反應(yīng)。或者，可以使用一連串閃光來監(jiān)控隨時間變化的瞳孔反應(yīng)，例如，以研究趨勢或清除可以由單束閃光產(chǎn)生的錯誤數(shù)據(jù)。對于一連串閃光來說，脈沖頻率應(yīng)該大于瞳孔在響應(yīng)于閃光睜大之后自然返回其放松狀態(tài)所需要的時間，例如，至少在大約五十和一百毫秒之間(50-100ms)。可選地，可以將光脈沖，例如，靠近紅外光的光(具有大約640-700納米之間的波長)導(dǎo)向用戶眼睛處。系統(tǒng)可以檢測在瞳孔反應(yīng)過程中的節(jié)奏波動。這些反應(yīng)可以由最初的視覺反應(yīng)產(chǎn)生，可能與夜視有關(guān)，例如，在黑暗中“看”或在黑暗中感覺紅外光。
這樣的瞳孔反應(yīng)測試還可以用于識別錯誤的肯定，例如，當(dāng)用戶已死時，系統(tǒng)并沒有檢測到任何眼睛閉合和/或運(yùn)動。類似地，瞳孔反應(yīng)測試還能夠確定用戶是睡著還是無意識。另外，瞳孔反應(yīng)測試可以用于確定用戶是否處于酒精、麻藥等的影響之下，這些可能影響瞳孔在響應(yīng)閃光而睜大之后收縮回其放松狀態(tài)的速率。另外或者可選地，瞳孔反應(yīng)測試還可以用于根據(jù)動眼測試與對應(yīng)的科學(xué)確定的血濃度之間的關(guān)系，來確定用戶體內(nèi)的麻藥或酒精的血藥濃度或數(shù)量。
參考圖22B，示出了用于測試臨界警惕性的另一種方法。這個方法總地包括步驟2240，提供用于指示用戶以期望方式故意移動他們的眼睛的刺激；以及步驟2250，監(jiān)控眼睛，例如，用于確認(rèn)用戶已按照指令以期望方式來移動他們的眼睛的故意運(yùn)動。本文中所述的任意裝置可以包括一個或多個刺激裝置，例如，揚(yáng)聲器、燈、振動性、或其他觸覺型裝置?？蛇x地，可以遠(yuǎn)離用戶設(shè)置這些裝置，例如，在車輛上的儀表板、視頻顯示器等上。
例如，如果啟動裝置上的可見光，那么可以指示用戶將他們的眼睛閉上預(yù)定的時間。一旦光被啟動，系統(tǒng)就可以監(jiān)控眼睛，以確認(rèn)用戶在預(yù)定時間范圍內(nèi)和/或以預(yù)定方式作出反應(yīng)(例如，以預(yù)定順序眨眼一次或多次)?？蛇x地，可以提供其他刺激來取代閃光，諸如顯示器(在裝置上或遠(yuǎn)離裝置)上的可視指示、可聽信號(例如，來自裝置上或裝置附近的揚(yáng)聲器的語言命令)、觸覺信號等等。在這些實(shí)施例中，可以指示用戶執(zhí)行一連串的動作，例如，向上或向下看、向左或向右看、以期望順序眨眼、在收到指示之前閉眼、追隨顯示器上的指針等等。例如，這樣的測試可以用于確認(rèn)測試對象在一連串測試期間或在執(zhí)行各種動作時是清醒的、有意識的、和/或警惕的。
在另一實(shí)施例中，如本文中別處描述的那些裝置和系統(tǒng)可以用于控制計算機(jī)系統(tǒng)，例如，類似于計算機(jī)鼠標(biāo)、操縱桿等等。例如，參考圖13所示和描述的裝置810，相機(jī)830可以用于監(jiān)控用戶瞳孔的位置，以指示和/或觸發(fā)計算機(jī)屏幕或其他顯示器上的鼠標(biāo)指針。用于接收來自相機(jī)922的圖像數(shù)據(jù)的處理器可以分析圖像數(shù)據(jù)，以確定監(jiān)測器940的有效顯示區(qū)域942內(nèi)的瞳孔的相對位置。可選地，可以相對于置于用戶的一只或兩只眼睛的視場中或前的鏡框812來固定一個或多個顯示器。例如，可以用平板LCD或其他顯示器(未示出)取代透鏡安裝在鏡框812上。這樣的裝置可以用作例如，醫(yī)學(xué)或其他研究設(shè)施內(nèi)的仿真，還可以用作娛樂使用，例如，作為視頻游戲控制器，等等。
參考圖23，示出了一種示例性方法，用于基于使用本文中所述的任意裝置或系統(tǒng)檢測到的眼睛運(yùn)動來控制計算裝置。例如，可以使用圖18A中所示的裝置910，其包括用于成像用戶的一只或兩只眼睛的光纖束924。可選地，如以下的進(jìn)一步闡述，裝置還可以帶有一個或多個外部相機(jī)，例如，鄰近用戶的一只或兩只眼睛放置，其可以沿著用戶的前向視野向外定位。首先，在步驟2310，需要初始化包括這樣裝置的系統(tǒng)，即，建立參考系，諸如基礎(chǔ)或參考位置、具有正交分量的參考系等等。例如，可以指示用戶看顯示器上的指針或其他預(yù)定位置，從而維持用戶眼睛的狀態(tài)，從而保持用戶瞳孔基本不變。當(dāng)用戶眼睛基本不變時，處理器可以分析來自相機(jī)830的圖像數(shù)據(jù)，例如，以確定圖像上瞳孔的對應(yīng)于參考點(diǎn)或“基位置”的位置。例如，可以將指針或基位置基本筆直地定位在用戶瞳孔的前面?？蛇x地，可以指示用戶順序觀看顯示器上的兩個或多個已識別位置，從而提供關(guān)于用戶眼睛的相對運(yùn)動的標(biāo)尺。在這個可選實(shí)施例中，需要讓用戶看顯示器的相對角，例如，以識別相對于顯示器的適當(dāng)?shù)难劬\(yùn)動的界限。
一旦完成初始化，用戶可以自由移動他們的眼睛，例如，相對于顯示器的指針和/或休止符，(例如)向左和向右、向上和向下移動眼睛。步驟2320，系統(tǒng)可以監(jiān)控這樣的眼睛運(yùn)動，即，處理器可以分析圖像數(shù)據(jù)，以確定用戶瞳孔從基位置開始的相對位置。例如，如果用戶從基位置開始向上和右移動他/她的眼睛，即，相對于計算機(jī)屏幕上的指針向上和右移動，則處理器可以確定這個運(yùn)動。響應(yīng)于此，步驟2330，處理器可以將指針向上和右移動，即，從而跟蹤用戶的凝視。當(dāng)用戶停止移動他/她的眼睛時，一旦指針到達(dá)用戶當(dāng)前在顯示器上所看到的位置，那么處理器就使該指針停止。
可選地，步驟2340，一旦指針移動到顯示器上的期望位置，那么用戶就能夠執(zhí)行一個命令，例如，與觸發(fā)鼠標(biāo)上的按鈕相類似。例如，處理器可以監(jiān)控關(guān)于來自用戶的信號的圖像數(shù)據(jù)，例如，預(yù)定順序的一次或多次有意的眨眼。這可以像預(yù)定持續(xù)時間(例如，幾秒鐘長)的單次眨眼一樣簡單，也可以是復(fù)雜順序的眨眼，例如，包括一只或兩只用戶眼睛的眨眼?？蛇x地，信號可以是沒有任何眨眼的預(yù)定周期，例如，三秒、五秒、或更多秒長。當(dāng)處理器識別該信號時，處理器可以觸發(fā)命令。例如，當(dāng)?shù)竭_(dá)顯示器上的圖標(biāo)、消息命令等時，用戶可以停止移動他們的眼睛，并且處理器可以移動指針，直至其放在或位于圖標(biāo)或命令處。用戶可以接著眨眼或做動作，如上所述，類似于計算機(jī)鼠標(biāo)上的按鈕的“雙擊”，從而指示處理器完成所選擇的命令或者將所選擇的命令發(fā)送到期望的接收方。例如，所選擇的命令可以導(dǎo)致計算機(jī)程序的執(zhí)行、或者一件設(shè)備或其他裝置的觸發(fā)、停用、或以期望方式受控制。因而，系統(tǒng)可以用于完成從控制連接到處理器和/或顯示器的計算機(jī)裝置，到打開或關(guān)閉電燈開關(guān)或車輛的各種任務(wù)。這樣的裝置和/或系統(tǒng)從而可以提供用于自動使用計算機(jī)，即，僅使用用戶眼睛的移動的方法。
例如，在一個應(yīng)用中，該系統(tǒng)可以用于操縱車輛(諸如直升機(jī)、噴氣機(jī)、或其他飛機(jī))，例如，以觸發(fā)或控制武器、航行、或其他機(jī)載系統(tǒng)。在另一個應(yīng)用中，該系統(tǒng)可用于視頻游戲或其他模擬中，例如，以增強(qiáng)虛擬的真實(shí)感。例如，該系統(tǒng)可以使用戶能夠通過多個菜單、場景、或其他行為來快速定位，同時用戶的手能夠自由執(zhí)行其他的功能，例如，執(zhí)行除了眼控功能之外的其他行為或與眼控功能同時執(zhí)行其他行為，這可以允許同時執(zhí)行更多和/或更復(fù)雜的任務(wù)。
另外，一個或多個外部相機(jī)可以用于增強(qiáng)和/或促進(jìn)追蹤眼睛相對于顯示器上的指針的移動。例如，可以將外部相機(jī)靠近至少一只眼睛來放置，例如，離眼睛預(yù)定距離或者與眼睛有其他關(guān)系，其朝向顯示器定向。因而，外部相機(jī)可以提供顯示器的圖像，例如，實(shí)時(可以與使用內(nèi)部相機(jī)監(jiān)控的眼睛的運(yùn)動同步)示出指針的運(yùn)動。處理器可以使用三角測量或其他算法來描述這個數(shù)據(jù)，以增加使用眼睛運(yùn)動來跟蹤指針的準(zhǔn)確性。這可以確保當(dāng)用戶想要通過眨眼使用命令上的指針來執(zhí)行命令時，實(shí)際上選擇預(yù)期命令的準(zhǔn)確性，例如，當(dāng)顯示器示出多條可用命令時。
另外，這樣的系統(tǒng)和方法可以用于醫(yī)學(xué)或其他診斷程序(諸如警惕性測試)中。例如，處理器可以分析來自內(nèi)部相機(jī)和外部相機(jī)的數(shù)據(jù)，以使眼睛的運(yùn)動與顯示器上的圖像相關(guān)聯(lián)，從而研究各種動眼參數(shù)，諸如緩慢滾動眼睛運(yùn)動、壞眼固定和/或跟蹤、恍惚凝視、增加眨眼、催眠凝視、延長的眼瞼下垂或眨眼、慢速眼瞼打開和閉合、震驚的眼瞼打開速率、長期瞳孔收縮改變、不穩(wěn)定瞳孔參數(shù)、喚起模糊視覺的瞳孔反應(yīng)、和/或本文中別處所述的其他參數(shù)。這些程序可以用于研究個人面對各種環(huán)境、酒精或麻藥引誘、和/或其他情況的反應(yīng)。
參考圖24，在另一個實(shí)施例中，可以設(shè)置裝置2410，用于經(jīng)皮地照亮戴著裝置2410的用戶的眼睛300。裝置2410通?？梢灶愃朴诒疚闹兴枋龅娜我鈱?shí)施例，諸如圖13中所示的鏡框812。如圖所示，裝置2410可以包括接觸用戶頭部308(例如，靠近一只或兩只眼睛300(為簡潔，示出一只)的用戶的太陽穴)的一個或多個發(fā)射器或其他光源2422。另外，裝置2410可以包括一個或多個傳感器，諸如，終止在透鏡2434的光纖束2430，用于獲取用戶眼睛300的圖像。
在一個示例性實(shí)施例中，可以將紅外發(fā)射器2422固定地或可調(diào)節(jié)地安裝在鏡框2412的一個或兩個耳承2422上，以使發(fā)射器2422接觸用戶皮膚并向用戶皮膚傳送光。例如，發(fā)射器2422可以包括多個LED，其可以發(fā)射平行、非連貫(非激光)的紅外光。發(fā)射器2422通?？梢猿蜓劬?00定位，以便來自發(fā)射器2422的光可以通過或沿著用戶的頭部308傳播到眼睛300中，如虛線箭頭2450所示。例如，已發(fā)現(xiàn)皮膚或其他組織可以至少對某些頻率的光是透明(半透明)的，諸如紅外光。因而，至少某些來自發(fā)射器2422的光可以經(jīng)皮地沿著或通過用戶皮膚和/或其他組織來發(fā)送，直到至少一些光進(jìn)入眼睛300。
光可以從眼睛300內(nèi)的視網(wǎng)膜(未示出)中反射出來，以使至少一些光射出瞳孔301，如箭頭2452所示。透鏡2434和光纖束2430可以將眼睛的圖像傳遞到檢測器(未示出)，與本文中描述的其他實(shí)施例相類似，其由于光2452而可以識別瞳孔301作為圖像上的亮點(diǎn)。連接至檢測器的處理器或其他裝置可以使用(例如)本文中別處描述的“白瞳孔”或“暗瞳孔”技術(shù)來監(jiān)控瞳孔301，諸如其在圖像上的相對位置、尺寸、和/或形狀，與本文中描述的其他實(shí)施例相類似。另外或者可選地，經(jīng)皮光可以照亮整個眼睛300，尤其是視網(wǎng)膜，這些可以從用戶面部的前面觀察到，例如，作為具有瞳孔301(示出為被調(diào)光器形狀包圍的亮點(diǎn))的調(diào)光器球面或其他形狀。
這個實(shí)施例可以具有以下優(yōu)點(diǎn)，一個或多個發(fā)射器并不必需定位在用戶眼睛的前面，其可以部分阻隔或轉(zhuǎn)移用戶的視場。另外，因為這個系統(tǒng)使用獨(dú)立于入射紅外光的角度操作的紅外傳感相機(jī)和/或檢測器，所以這個實(shí)施例可以排除由發(fā)射器到檢測器的適當(dāng)定位的損失而產(chǎn)生的技術(shù)難題。另外，在眼睛前面沒有了發(fā)射器，就可以清除遠(yuǎn)離眼睛的閃爍或反射，這可以促進(jìn)圖像數(shù)據(jù)分析。
應(yīng)了解，根據(jù)實(shí)施例的預(yù)期使用，可以用其他實(shí)施例來添加、刪除、和/或代替使用特定實(shí)施例描述的各種組件和特性。例如，臨時申請序號第60/559,135中的附錄A和B(其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考)提供了關(guān)于可能結(jié)構(gòu)特性的信息、和/或用于使用本文中描述的裝置和系統(tǒng)的方法。附錄A和B的全部披露內(nèi)容清楚地結(jié)合于此作為參考。
雖然本發(fā)明容易受到各種修改、和替代形式的影響，但是其特定實(shí)例已在附圖中示出并且在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述。應(yīng)了解，本發(fā)明并不限于本文中所披露的特定形式或方法，而是相反，在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明覆蓋所有的修改、等效和替代。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控人的眼睛的運(yùn)動的設(shè)備，其包括裝置，用于戴在人的頭部上；光源，用于當(dāng)所述裝置被戴上時，將光導(dǎo)向所述人的所述眼睛；第一像導(dǎo)和第二像導(dǎo)，其包括固定在所述裝置上的第一端，所述第一像導(dǎo)被定位成用于觀察戴有所述裝置的所述人的第一只眼睛，所述第二像導(dǎo)被定位成用于觀察戴有所述裝置的所述人的第二只眼睛；以及相機(jī)，連接至第一束和第二束，用于獲得所述第一只眼睛和所述第二只眼睛的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述相機(jī)包括CCD或CMOS檢測器，以及其中，在所述檢測器的有效顯示區(qū)域上同時接收來自所述第一像導(dǎo)和所述第二像導(dǎo)的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光源包括一個或多個用于發(fā)射紅外光的紅外發(fā)射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光源包括分別由所述第一像導(dǎo)和所述第二像導(dǎo)所承載的第一照明光纖和第二照明光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括連接至所述相機(jī)的線纜，用于遠(yuǎn)離所述設(shè)備來傳送表示所述第一只眼睛和所述第二只眼睛的所述圖像的輸出信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括發(fā)送器，其位于所述裝置上，用于將輸出信號從所述相機(jī)無線發(fā)送到遠(yuǎn)程位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括第一透鏡和第二透鏡，分別位于所述第一像導(dǎo)和所述第二像導(dǎo)的所述第一端上，用于分別聚焦在所述第一只眼睛和所述第二只眼睛上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述裝置包括以下至少一種眼鏡框、帽子、頭盔、面盔、和面具。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述裝置包括頭盔，所述頭盔包括一對護(hù)目鏡，所述相機(jī)安裝在所述頭盔上，并且所述第一像導(dǎo)和所述第二像導(dǎo)的所述第一端連接至所述護(hù)目鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括第三像導(dǎo)，所述第三像導(dǎo)包括安裝在遠(yuǎn)離所述人的所述裝置上的第一端，所述第三像導(dǎo)連接至所述相機(jī)，用于獲取所述人的周圍環(huán)境的圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括位于所述裝置上的一個或多個傳感器，用于測量用戶的一個或多個生理特征。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括顯示器，其連接至所述相機(jī)和所述一個或多個傳感器，所述顯示器用于同時顯示所述用戶的所述第一只眼睛和所述第二只眼睛的圖像以及所述一個或多個生理特征。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括發(fā)送器，其連接至所述相機(jī)，用于將包括所述第一只眼睛和所述第二只眼睛的所述圖像的信號發(fā)送至遠(yuǎn)程位置。
14.一種用于監(jiān)控人的眼睛的運(yùn)動的設(shè)備，其包括裝置，用于戴在人的頭部上；光源，用于當(dāng)所述裝置被戴上時，將光導(dǎo)向所述人的所述眼睛；在所述裝置上的第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡指向戴有所述裝置的所述人的第一只眼睛，所述第二透鏡指向戴有所述裝置的所述人的第二只眼睛；第三透鏡，位于所述裝置上，定位于遠(yuǎn)離戴有所述裝置的所述人，用于獲取所述人的周圍環(huán)境的圖像；以及相機(jī)，連接至所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，用于同時獲取來自所述第一透鏡和所述第二透鏡的所述第一只眼睛和所述第二只眼睛的圖像以及來自所述第三透鏡的圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述相機(jī)包括CCD或CMOS檢測器，以及其中，在所述檢測器的有效顯示區(qū)域上同時接收來自所述第一像導(dǎo)和所述第二像導(dǎo)的圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述光源包括一個或多個紅外發(fā)射器，用于發(fā)射紅外光。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述第一透鏡和所述第二透鏡分別通過所述第一像導(dǎo)和所述第二像導(dǎo)連接至所述相機(jī)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述光源包括分別由所述第一像導(dǎo)和所述第二像導(dǎo)所承載的第一照明光纖和第二照明光纖。
19.一種用于監(jiān)控人的眼睛的運(yùn)動的設(shè)備，其包括裝置，用于戴在人的頭部上；第一光纖束和第二光纖束，其包括固定在所述裝置上的第一端，所述第一光纖束定位于觀察戴有所述裝置的所述人的第一只眼睛，所述第二光纖束定位于觀察戴有所述裝置的所述人的第二只眼睛；以及相機(jī)，連接至所述第一光纖束和所述第二光纖束，用于同時獲取來自所述第一光纖束和所述第二光纖束的所述第一只眼睛和所述第二只眼睛的圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括外部相機(jī)，其位于所述裝置上，定位于遠(yuǎn)離戴有所述裝置的所述人，用于獲取所述人的周圍環(huán)境的圖像，所述外部相機(jī)連接至所述相機(jī)，所述相機(jī)用于同時獲取來自所述外部相機(jī)的圖像以及來自所述第一光纖束和所述第二光纖束的所述圖像。
21.一種用于監(jiān)控人的眼睛的運(yùn)動的系統(tǒng)，其包括裝置，用于戴在人的頭部上；光源，用于當(dāng)所述裝置被戴上時，將光導(dǎo)向所述人的眼睛；相機(jī)，其位于所述裝置上，用于監(jiān)控所述眼睛的運(yùn)動，所述相機(jī)用于產(chǎn)生表示由所述相機(jī)獲取的所述眼睛的視頻圖像的視頻信號；處理器，與所述相機(jī)通信，用于處理所述視頻信號并從所述視頻信號中識別所述眼睛的瞳孔；以及顯示器，其連接至所述處理器，用于從由所述處理器所處理的所述視頻信號來顯示所述眼睛的視頻圖像，所述顯示器將圖形疊加到所述視頻圖像上，以識別所述瞳孔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還用于使所述視頻信號相關(guān)聯(lián)，以至少部分地根據(jù)對由所述處理器識別的所述瞳孔進(jìn)行的分析來確定所述人的身體或精神狀態(tài)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器用于分析所述視頻信號，以監(jiān)控以下至少一種所述瞳孔的相對位置、所述瞳孔的尺寸、以及所述瞳孔的離心率。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述相機(jī)包括CCD或CMOS檢測器、以及至少一根光纖束，所述光纖束包括安裝在所述裝置上的第一端，以便當(dāng)所述裝置被戴上時，使所述第一端朝向所述人的眼睛定位。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括至少一個由所述光纖束所承載的照明光纖。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括發(fā)送器，其位于所述裝置上，用于將來自所述相機(jī)的輸出信號無線發(fā)送到遠(yuǎn)程位置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器位于遠(yuǎn)離所述裝置的位置處，所述處理器連接至用于接收由所述發(fā)送器發(fā)送的所述輸出信號的接收器。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器被設(shè)置在所述裝置上。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個或多個傳感器，其位于所述裝置上，用于測量所述人的一個或多個生理特征，所述處理器連接至所述一個或多個傳感器，用于使所述一個或多個生理特征與所述視頻信號相關(guān)聯(lián)，以確定所述人的身體或精神狀態(tài)。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個或多個傳感器，其位于所述裝置上，用于測量所述用戶的一個或多個生理特征，所述處理器連接至所述一個或多個傳感器，用于在所述顯示器上顯示所述視頻圖像和所述一個或多個生理特征。
31.一種用于使用生物傳感器組件來監(jiān)控人的眼睛的運(yùn)動的方法，所述生物傳感器組件包括光源，用于當(dāng)所述生物傳感器組件被戴上時，將光導(dǎo)向所述人的眼睛；以及相機(jī)，朝向所述眼睛定位，所述方法包括從所述光源向所述眼睛發(fā)射光；使用所述相機(jī)來監(jiān)控所述眼睛的運(yùn)動，以產(chǎn)生所述眼睛的視頻圖像；以及產(chǎn)生由所述相機(jī)監(jiān)控的所述運(yùn)動的圖形輸出，所述圖形輸出包括疊加到所述眼睛的所述視頻圖像上的模擬圖像，以識別所述眼睛的瞳孔。
32.一種用于使用生物傳感器組件來監(jiān)控人的眼睛的方法，所述生物傳感器組件包括用于將光導(dǎo)向所述人的眼睛的光源以及朝向所述人的眼睛定位的相機(jī)，所述方法包括從所述光源發(fā)射一個或多個光脈沖，使得所述眼睛從其放松狀態(tài)開始睜大；以及用所述相機(jī)來監(jiān)控所述眼睛，以確定所述眼睛返回到其放松狀態(tài)的反應(yīng)時間。
33.一種用于控制計算裝置的系統(tǒng)，其包括裝置，用于戴在人的頭部上；相機(jī)，其位于所述裝置上，用于監(jiān)控所述人的至少一只眼睛的運(yùn)動，所述相機(jī)用于產(chǎn)生表示由所述相機(jī)獲取的所述眼睛的視頻圖像的信號；顯示器，靠近所述裝置放置，使得所述顯示器上的指針可以被戴著所述裝置的所述人看到；以及處理器，連接至所述相機(jī)，所述處理器用于處理所述信號，以監(jiān)控所述眼睛相對于所述顯示器上的參考系的運(yùn)動，所述處理器連接至所述顯示器，用于使得所述指針根據(jù)所述眼睛相對于所述參考系的運(yùn)動，在所述顯示器上移動。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示器是抬頭顯示器，其被固定在所述裝置上，以便將所述顯示器放置在戴有所述裝置的所述人的所述眼睛前方的預(yù)定距離處。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器連接至所述相機(jī)，用于監(jiān)控表示戴有所述裝置的所述人正觀看的所述顯示器上的特定位置處的視頻圖像的所述信號，所述處理器用于將所述指針移至所述特定位置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器用于監(jiān)控所述信號，以檢測視頻圖像，所述視頻圖像表示戴有所述裝置的所述人在看著所述特定位置的同時以預(yù)定順序眨眼來請求執(zhí)行命令，所述處理器用于基于所述視頻圖像的檢測來在所述計算裝置上執(zhí)行所述命令。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括光源，用于當(dāng)所述裝置被戴上時，將光導(dǎo)向所述人的眼睛。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中，所述光源用于將所述參考系投影在戴有所述裝置的所述人的所述眼睛上。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器用于將圖像顯示在所述顯示器的基位置處，所述處理器還用于監(jiān)控所述信號，以檢測視頻圖像，所述視頻圖像表示戴有所述裝置的所述人正看著所述基位置處，從而提供所述眼睛相對于所述基位置的連續(xù)運(yùn)動的所述參考系。
40.一種用于使用戴在用戶的頭部上的裝置來控制計算裝置的方法，所述裝置包括相機(jī)，所述相機(jī)包括指向所述用戶的至少一只眼睛上的物鏡，所述計算裝置包括顯示器，所述顯示器包括在所述顯示器上所顯示的指針，所述方法包括使用所述相機(jī)來監(jiān)控所述至少一只眼睛的運(yùn)動；以及使所述至少一只眼睛的運(yùn)動與所述顯示器上的所述指針相關(guān)聯(lián)，以使所述指針能夠跟隨所述至少一只眼睛的運(yùn)動。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述至少一只眼睛看著所述指針時，確定所述至少一只眼睛在所述相機(jī)的有效顯示區(qū)域上的基位置，以及其中，通過確定所述至少一只眼睛在所述有效顯示區(qū)域上的位置相對于所述基位置的改變，使所述至少一只眼睛的所述運(yùn)動相關(guān)聯(lián)，以使得所述指針能夠響應(yīng)位置的所述改變來移動。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，進(jìn)一步包括監(jiān)控所述至少一只眼睛的預(yù)定順序的眼睛運(yùn)動，從而提供信號來觸發(fā)由所述顯示器上的所述指針識別的命令。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于監(jiān)控人眼睛的運(yùn)動的生物傳感器、通信器、和/或控制器設(shè)備、系統(tǒng)、和方法。該設(shè)備包括用于戴在用戶頭部上的裝置；將光導(dǎo)向用戶的一只眼睛或者雙眼的光源；裝置上的用于觀察用戶的一只眼睛或者雙眼的一個或多個像導(dǎo)；以及裝置所帶有的連接至像導(dǎo)的一個或多個相機(jī)，用于獲得眼睛和/或用戶的周圍環(huán)境的圖像。該設(shè)備可以包括線纜和/或發(fā)送器，用于將來自相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程位置，例如，發(fā)送至用于分析和/或顯示該圖像數(shù)據(jù)的處理器和/或顯示器。包括該裝置的系統(tǒng)可以用于監(jiān)控一個或多個眼睛運(yùn)動參數(shù)，例如，瞳孔反應(yīng)，和/或用于使用人眼睛代替鼠標(biāo)來控制計算機(jī)。
文檔編號G06K9/00GK1960670SQ200580017565
公開日2007年5月9日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者威廉·C·托奇 申請人:威廉·C·托奇