專利名稱：眼電控制系統(tǒng)以及利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種眼控通訊的系統(tǒng)以及方法，特別指一種利用眼球與頭部相對移動控制滑鼠游標位移及下指令的眼電控制系統(tǒng)，以及利用該系統(tǒng)控制游標的方法。
背景技術(shù)：
長期使用手來控制滑鼠，手會有滑鼠癥候群，因此，即有一種利用眼球的運動來操 控滑鼠的游標位移的眼動控制裝置，以克服長時間操作致使手酸、滑鼠癥候群的困擾，或提 供給手部殘障的人士使用。習(xí)知的眼睛指揮的控制裝置，完全依賴眼球的運動，來控制游標的位移。然而，單 純利用眼球來控制游標的方式，眼球只能注視著焦點逐一瀏覽，頭部不能動，否則游標會亂 飄(與眼球動作不同步甚至自畫面跑掉)，影響使用效果。此外，有意的眨眼動作，固然可做 為控制作用，但是，無意的眨眼動作，則會影響操作功能。習(xí)知的系統(tǒng)大都必須頭部固定，用 單純眼部動作來控制，既不方便也不符合人性化，使用頭部固定支架，也太占空間。另外，以往利用電極粘貼在臉部，讓金屬材電極直接貼觸皮膚，皮膚接觸電極間的 電阻會受到流汗、粉妝的阻隔，進而影響數(shù)據(jù)的穩(wěn)定取得。而且，電極的粘貼要由自己或請他人代勞，用完后要清除膠布，還要忍受撕膠布時 的痛苦，非常不方便，使用時很多條電線要連接到裝置本體，容易打結(jié)且礙手礙腳，所以使 用該裝置的前置作業(yè)及后續(xù)動作占據(jù)太多時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決傳統(tǒng)眼電圖需要利用膠布把電極粘貼在臉部，以及現(xiàn)有 眼睛指揮的控制裝置需要頭部固定支架，使用不方便的技術(shù)問題。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種眼電控制系統(tǒng)，供連接至一主機，以執(zhí)行該 主機的滑鼠功能，其包含一感測裝置、一可編程邏輯控制單元。該感測裝置接觸在人體 臉部，用以檢測眼球與頭部的相對運動信息，以分別轉(zhuǎn)換成各自的電氣-眼動波信號 (electro-oculogram, E0G)。該可編程邏輯控制單元，以編程化執(zhí)行所有運作控制與流程， 該可編程邏輯控制單元依據(jù)所述感測裝置所產(chǎn)生的電氣_眼動波信號，加以判斷及處理， 以控制滑鼠游標動作及執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，其中更包含有一接口單元，可依據(jù)可編程邏輯 控制單元所產(chǎn)生的信號，以控制或傳達滑鼠游標動作及執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，其中該感測裝置包含一面罩本體及多個電極，該面罩本體提供罩覆在臉部，所述各個電極分布并貼在眼睛附近的皮膚上。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，其中該感測裝置具有多個電極。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，其中該電極有七個，一個電極貼附于臉部的兩 眼中心處，兩個電極分設(shè)于兩眼外側(cè)，四個電極分設(shè)于兩眼的上側(cè)與下側(cè)。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，其中所述各個電極具有一導(dǎo)電片、一吸盤與一導(dǎo)電介質(zhì)，該吸盤設(shè)在該導(dǎo)電片上，以界定出一容室，該導(dǎo)電介質(zhì)安置于容室中，并與導(dǎo)電 片接觸形成電連接。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，其中該導(dǎo)電介質(zhì)具有一類海綿體與一吸附在該 類海綿體內(nèi)的導(dǎo)電凝膠或?qū)щ娨骸Ｒ勒丈鲜霰景l(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，更包含一無線發(fā)射單元、一無線接收單元與一 第二可編程邏輯控制單元，該無線發(fā)射單元連接在該可編程邏輯控制單元的輸出端，該無 線接收單元用以接收該無線發(fā)射單元發(fā)射出信號，送經(jīng)該第二可編程邏輯控制單元處理， 再送經(jīng)接口單元。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，其中該感測裝置的面罩本體更包含一束帶，該 束帶連接在該面罩本體兩側(cè)，供綁束于頭部。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，更包含一放大器與一濾波器，該放大器連接在 該感測裝置的輸出端，以將電極檢測的信號經(jīng)過放大處理，該濾波器連接在該放大器的輸 出端，以濾除放大后信號的噪聲，而該濾波器的輸出端連接至該可編程邏輯控制單元的輸 入端。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，更包含一左鍵開關(guān)、一右鍵開關(guān)及一滾動鍵 (或稱上、下鍵)，該左鍵開關(guān)、該右鍵開關(guān)與該滾動鍵分別連接于該可編程邏輯控制單元。本發(fā)明另外在提供一種眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，包含有一符合人體工學(xué)的面罩 本體及多個設(shè)面罩本體上的電極，該面罩本體提供罩覆在臉部，所述各個電極分布并貼在 眼睛附近的皮膚上。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其中，所述各個電極具有一導(dǎo)電片、 一吸盤與一導(dǎo)電介質(zhì)。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其中，該導(dǎo)電介質(zhì)具有一類海綿體 與一吸附在該類海綿體內(nèi)的導(dǎo)電凝膠或?qū)щ娨骸Ｒ勒丈鲜霰景l(fā)明的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其中，該吸盤設(shè)在該導(dǎo)電片上，以界 定出一容室，該導(dǎo)電介質(zhì)安置于容室中，并與導(dǎo)電片接觸形成電連接。依照上述本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其中，該面罩本體更包含一束帶，該 束帶連接在該面罩本體兩側(cè)，供綁束于頭部。而本發(fā)明另外在提供一種利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法，包含A 將視焦設(shè)定與游標在不同位置；B 視焦固定注視著主機上的目標點位置；C 利用頭部與眼球的相對運動將游標移到視焦位置。依照上述本發(fā)明的一種利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法，其中，該方法包含將 頭固定不動以視焦的移動來控制游標的移動。依照上述本發(fā)明的一種利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法，其中，該方法為將視 焦固定在顯示器上的目標點不動，利用頭部與眼球的相對運動使游標呈與頭部反向的移動 至視焦定位。本發(fā)明的有益效果在于，提供一種眼電控制系統(tǒng)，利用眼球相對頭部的移動方向 及移動量，作為控制滑鼠游標的數(shù)據(jù)，且感測裝置以貼近臉部的面罩，使各個電極方便貼附 在臉部，以穩(wěn)定取得眼電波電壓信號，而且習(xí)用連接電極及裝置間的多條外接長電線不見了，這樣，使用時直接戴上，用完直接取下即可，安全、快速又方便，克服習(xí)有裝置所產(chǎn)生的 問題。此外，利用吸盤吸附于皮膚時，經(jīng)壓縮形變的導(dǎo)電介質(zhì)同時接觸導(dǎo)電片與皮膚，不 但構(gòu)成導(dǎo)電，而且含有導(dǎo)電凝膠(液)的導(dǎo)電介質(zhì)與皮膚構(gòu)成良好貼觸，且導(dǎo)電液不易干 涸，因此，其接觸的電阻值較穩(wěn)定，故較不影響眼電波電壓的取得，進而達到穩(wěn)定取得電壓 信號的作用。與習(xí)有技術(shù)比較，習(xí)有與本發(fā)明的開發(fā)過程所碰到的難題是相似的，因為有這些 難題，故以前用相同EOG原理開發(fā)出的不同系統(tǒng)，至今仍無法量產(chǎn)上市，而本發(fā)明在此已經(jīng) 克服這些難題如下所述1)電極的連接線傳統(tǒng)眼電圖(EOG)和心電圖一樣要用多條長電線把粘在皮膚上 的電極連接到EOG主體來，電極的粘貼要由自己或請他人代勞，用完后要清除膠布，且要忍 受撕除膠布時的痛楚，非常不方便，而且使用該裝置的前置作業(yè)及后續(xù)動作占據(jù)太多時間， 一般人不會接受這樣的操作。為要使其量產(chǎn)普及化，在此發(fā)明了眼罩結(jié)構(gòu)的感測裝置，并把 所有部件都設(shè)計在眼罩結(jié)構(gòu)內(nèi)，使從電極取得的游標移動信號及下指令的信號經(jīng)電子部件 及編程處理后，再用無線或有線的方式與電腦主機連接。這樣，以前從皮膚上的電極連接到 EOG主體的多條外接長電線已不需要了，要粘貼電極的步驟也省下了，使用時直接戴上，用 完直接取下即可，安全、快速又攜帶方便。2)再來便是頭部要固定的問題因如要視焦與滑鼠游標保持同步移動，必須要固 定頭部及校正點位，但習(xí)有頭部固定支架很占地方，而且不合人性化與不易普及化，故本案 中的“眼球相對頭部移動”控制法，可舍去支架，自由自在的使用，頭部也可移動，也可參與 控制的動作，合乎人性化的原則。此法的使用，也同時解決了另一個在EOG應(yīng)用上的難題， 就是有生理變化的問題，因為血液在流動、皮膚有分泌物、眼睛對明暗適應(yīng)的電壓變化等， 都會影響(Vx，Vy)的數(shù)據(jù)，故會有一種游標漂移的現(xiàn)象。習(xí)有技術(shù)用頭部固定支架使頭部 固定，再把點位校正后，視焦與游標可同步移動，一些時間后，有一些生理變化，致使發(fā)生點 位漂移現(xiàn)象時，游標會偏離視焦，移動眼球時，游標卻一直保持一個距離，無法用眼球使游 標移到視焦的位置，這時必需再校正一次，非常麻煩。本案不但可以不用支架固定頭部，更 可以移動頭部，微調(diào)游標與視焦的相對位置，可達成使游標移到視焦的使用目的。需再一提的是，雖然在某范圍內(nèi)(Vx，Vy)表現(xiàn)接近線性，但生理現(xiàn)象終非機械表 現(xiàn)，而且每個人的健康狀況不同，所以使用時在熒幕上某些地方，會有漂離視焦的現(xiàn)象(縱 使已經(jīng)校正為同步)，在使用傳統(tǒng)頭部固定支架的系統(tǒng)，就必需要常常校正，非常不方便。本 案的方法只需用頭部稍作微調(diào)，即可把漂離的游標，移到視焦，以作點擊下指令的動作。


圖1為本發(fā)明眼電控制系統(tǒng)的第一實施例的電路方塊圖。圖2為本發(fā)明中有關(guān)感測裝置的一外觀立體圖。圖3為本發(fā)明中有關(guān)電極分布于眼睛附近的平面示意圖。圖4為本發(fā)明中有關(guān)電極的剖視圖。圖5為本發(fā)明相類似于圖4的剖視圖，顯示導(dǎo)電介質(zhì)經(jīng)壓縮形變而接觸在導(dǎo)電片 與臉部的狀態(tài)。
圖6為本發(fā)明眼電控制系統(tǒng)的操作方法方塊圖。圖7為本發(fā)明眼電控制系統(tǒng)的第二實施例的電路方塊圖。附圖標記說明40-可編程邏輯控制單元(含PIC) ；80-第二可編程邏輯控制單元；230-滾動鍵 (上下鍵)；100-主機；10-感測裝置；11-面罩本體；12-電極；121-導(dǎo)電片；122-吸盤； 123-導(dǎo)電介質(zhì)；1231-類海綿體；1232-導(dǎo)電凝膠；124-容室；15-母粘扣帶；14-公粘扣帶； 20-放大器；30-濾波器；111-穿孔；50-接口單元；60-無線發(fā)射單元；70-無線接收單元； 13-束帶；200-眼電控制裝置；210-左鍵開關(guān)；220-右鍵開關(guān)；300-臉部。
具體實施例方式本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)200具有以下功能透過可編程邏輯控制單元，眼球與頭 部的相對移動方向及移動量，作為控制滑鼠游標的數(shù)據(jù)。且透過可編程邏輯控制單元，可判 斷有意眨眼與無意眨眼。以眼罩造型的面具貼近臉部，戴上后仍可配戴上眼鏡。各個電極 藉由軟性導(dǎo)電材料與臉部皮膚保持接觸，以維持眼電波電壓信號的穩(wěn)定取得。請參閱圖1、圖2，本發(fā)明眼電控制系統(tǒng)的第一實施例，供連接至一主機100，以執(zhí) 行該主機100的滑鼠功能，該主機100可為電腦或游戲機等。該眼電控制系統(tǒng)200包含一感測裝置10、一放大器20、一濾波器30、一可編程邏輯 控制單元40與一接口單元50。請參閱圖2、圖3，該感測裝置10包含一符合人體工學(xué)造形的面罩本體11及在面 罩本體11上設(shè)有多個電極12。該面罩本體11提供罩覆在臉部，而所述各個電極12分布并 貼在眼睛附近的皮膚上。本實施例中，電極12有七個，其中一個電極12貼附于臉部的兩眼 中心處，其中兩個電極12分設(shè)于兩眼外側(cè)，另外四個電極12分設(shè)于兩眼的上側(cè)與下側(cè)。該 面罩本體11為一眼罩造型，使電極附貼于臉部皮膚上。請參閱圖4，所述各個電極12分別嵌設(shè)于面罩本體11的一穿孔111上，并具有一 導(dǎo)電片121、一吸盤122與一導(dǎo)電介質(zhì)123。該吸盤122設(shè)在該導(dǎo)電片121上，以界定出一 容室124。而吸盤材料選自導(dǎo)電性佳的導(dǎo)電硅膠、橡膠、塑膠等材料。該導(dǎo)電介質(zhì)123安置 于該容室124中，并與導(dǎo)電片121接觸形成電連接，參照圖5，使用時，吸盤122吸附在臉部 300，致使該導(dǎo)電介質(zhì)123經(jīng)壓縮形變以構(gòu)成較佳的電性連接。此外，在本實施例中，該導(dǎo)電介質(zhì)123具有一類海綿體1231與一被吸附在該類海 綿體1231內(nèi)的導(dǎo)電凝膠(或?qū)щ娨?1232。該感測裝置10的面罩本體11更包含二束帶13 與一公粘扣帶14與一母粘扣帶15，該等束帶13分別連接在該面罩本體12兩側(cè)，利用公粘 扣帶14與母粘扣帶15的相互粘合，以供綁束于頭部。另外，該束帶也可是一條松緊帶，以 彈性束綁于頭部。所述公、母粘扣帶可以公、母鈕扣，或是磁鐵取代。另外，該導(dǎo)電凝膠1232 也可以導(dǎo)電性佳的導(dǎo)電液如鹽水替代，成本較低。上述感測裝置10，接觸在人體臉部300，用以檢測眼睛與頭部的相對運動信息，以 分別轉(zhuǎn)換成各自的電氣-眼動波信號(EOG)，或者也可接觸在臉部其他的肌肉群，以感測其 他肌肉的運動信息(EMG)，而可作為功能性的運用，例如左、右鍵。該放大器20，連接在該感測單元10的輸出端，以將電極12檢測的信號經(jīng)過放大處 理。此放大器20例如是一運算放大器(OP AMP)。
該濾波器30，連接在該放大器20的輸出端，以濾除放大后信號的噪聲，而該濾波 器30的輸出端連接至該可編程邏輯控制單元40的輸入端。該可編程邏輯控制單元(含PIC) 40，以程序化執(zhí)行所有運作控制與流程，該可編 程邏輯控制單元40依據(jù)所述感測裝置10所產(chǎn)生的電氣-眼動波信號(EOG)，加以判斷及處理。該接口單元50，依據(jù)上述可編程邏輯控制單元40所取得的信號，以控制滑鼠游標 動作及執(zhí)行左、右鍵的功能。該接口單元50可以是一驅(qū)動電路、一轉(zhuǎn)換電路、或一匹配用電 路、或一連接器，做為可編程邏輯控制單元40將信號傳遞給主機的橋梁，并且可以集成化 (IC)實現(xiàn)。此外，該眼電控制系統(tǒng)200更包含一左鍵開關(guān)210、一右鍵開關(guān)220及一滾動鍵 (或稱上、下鍵)230，該左鍵開關(guān)210、該右鍵開關(guān)220與該滾動鍵230分別連接于該可編 程邏輯控制單元40，安置于適當(dāng)位置例如桌上或身上，以提供手動執(zhí)行左鍵、右鍵與滾動的 功能。其次，該左鍵開關(guān)210、該右鍵開關(guān)220與該滾動鍵230也可設(shè)計在所述面罩本體11 上，以配戴于人體上，提供手動執(zhí)行左鍵、右鍵與滾動鍵的功能。如上所述，本發(fā)明采用眼球相對頭部的移動方向及移動量，作為控制滑鼠游標的 數(shù)據(jù)，如此，頭部可以移動，也可以參與控制的動作，此不但符合人性化的需求，而且能更有 效率的移動滑鼠游標至目的點，眼球在頭部的眼眶內(nèi)移動，是眼球相對頭部的移動，移動時 可量測到電壓的變化(AVx, AVy)0在本發(fā)明中，左右方向的電位差變動以Δ Vx代，而上下方向的電位差變動以AVy 代，可得到(Δνχ，AVy)的數(shù)據(jù)，藉此可推算出視焦的移動方向及移動量，從而控制滑鼠游 標的移動。本發(fā)明的操作使用及控制游標的方法包含A 將視焦設(shè)定與游標在不同位置(在瀏覽熒幕時)；B 視焦固定注視著主機上的目的點位置(找到目的點后)；C 利用頭部與眼球的相對運動將游標移到視焦位置。當(dāng)眼球移動，而頭部固定時，視焦往左，可令滑鼠游標往左；當(dāng)頭部移動，而視焦固 定注視著主機100 (顯示器熒幕)上的目的點不動時，頭部往左移動(但因視焦仍注視著同 一目的點，此時眼球在眼眶內(nèi)相對頭部的運動方向是往頭部的右邊)，可令滑鼠游標往右移 動頭部與滑鼠游標方向相反。換言之，當(dāng)視焦注視著一點，因頭部與滑鼠游標方向相反，所以，移動頭部即可達 成移動滑鼠游標到視焦的使用目的。此外，本發(fā)明以眼球相對頭部移動控制法為精神，眼球及頭部可同時分別移動，以 其互動的關(guān)系，隨時可微調(diào)頭部位置，以克服一些不穩(wěn)定的變化因素(例如流汗等生理變 化)，如此便可輕易達成眼控移動滑鼠游標的目的。心法注視一點時，若游標在左，頭移向左即可，“視焦不動，頭向游標”。簡單易學(xué)，容易上手。實際上在使用時，大部分時間，使用者并不自覺是用眼球來控制游標移動，因為游 標會自動跟隨眼球移動，使用者只管隨意瀏覽熒幕，在看到有需要下指令(點擊，click)的 點位時停下來，因設(shè)定游標與視焦保持偏離，此時可把視焦仍固定在該點的位置上，若游標偏右，則把頭部往右移即可，故在使用者的感覺上是用頭來控制游標。在使用時故意保持游標在視焦偏左或偏右，要用時才用頭部移動至定位，因這樣才不會讓游標持續(xù)阻礙視焦的 閱覽。在這里，破解了以往一般習(xí)有眼控游標系統(tǒng)設(shè)計者的迷思，只為了一個不易達成 的理想的狀況“視焦看那里，游標就同步到那里”。以為只可動眼球來控制游標，為此就把 頭部固定，希望能保持校正的狀態(tài)，但因各種的原因，漂移的狀況不斷出現(xiàn)，常常要校正，使 用效率并不高；事實上在理想狀況時，游漂保持在視焦位置，摭住了視線的閱覽，反而不好。 在本發(fā)明中，不讓使用者有單用眼球控制移動滑鼠游標的心理預(yù)期，反而可以讓眼睛自由 無壓力的瀏覽，看到了有需要下指令的點位時，再用頭部把游標移到定位便可。由于一般的滑鼠不用時放著，滑鼠游標不知在那里，要用時會拿滑鼠動幾圈，便可 找到游標了。同樣，在本發(fā)明中，當(dāng)游標自熒幕失蹤時，使用者只要把眼睛視焦注視著熒幕中央 或某一點，然后頭部轉(zhuǎn)動幾圈，便可快速尋找到游標，操作簡易迅速，容易上手。也可依使用者的需求，以編程設(shè)定游標暫消失及重現(xiàn)功能的指令，可確保在不用 滑鼠時，不會誤下指令。請參閱圖7，本發(fā)明眼電控制系統(tǒng)200的第二實施例，供連接至一主機100，以執(zhí)行 該主機100的滑鼠功能，該主機100可為電腦或游戲機等。第二實施例的眼電控制系統(tǒng)200 包含一感測裝置10、一放大器20、一濾波器30、一可編程邏輯控制單元40、一無線發(fā)射單元 60、一無線接收單元70、一第二可編程邏輯控制單元80、一接口單元50、一左鍵開關(guān)210、一 右鍵開關(guān)220及一滾動鍵230。該無線發(fā)射單元60連接在該可編程邏輯控制單元40的輸出端，該無線接收單元 70用以接收該無線發(fā)射單元60發(fā)射出信號，送經(jīng)該第二可編程邏輯控制單元80處理，再送 經(jīng)接口單元50。因此，該第二實施例中，利用無線通訊方式來傳輸電氣_眼動波信號(EOG)，以控 制電腦、游戲機的滑鼠游標。至于控制模式除了是以無線方式傳輸信號之外，其它的功能均 與上述第一實施例相同，此不再贅述。在本案的第一、二實施例當(dāng)中，可以另外在可編程邏輯控制單元輸入端外接有一 拾音器(圖未示)，利用可編程邏輯控制單元所接收到拾音器的信號，加以運算及處理，控 制及執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。另外，本發(fā)明中的可編程邏輯控制單元40、接口單元50、無線發(fā)射單元60、無線 接收單元70等，皆可集成化，以減少其體積，而方便于使用。需再一提的是，因所有部件皆 可縮小，我們可把無線發(fā)射單元60及之前的所有部件，全都設(shè)置在眼罩本體中，這樣不但 可消除外接電極的多條長線的不便，使用時只要把眼罩戴上即可，用完取下就好了，非常方 便。歸納上述，本發(fā)明藉由可編程邏輯控制單元40以編程化設(shè)定所有控制運作流程， 并利用貼近臉的面具(面罩本體11)，戴上后仍可配戴眼鏡，而其上的七個電極12，分別可 取得左眼的水平與垂直電位，以及右眼的水平與垂直電位(包含單眼或雙眼)。眨眼時(包含單眼或雙眼)，在EOG上會產(chǎn)生突波，此乃眨眼相關(guān)的肌肉群動作時 的放電現(xiàn)象(屬EMG)，此本來在EOG檢測中算是干擾信號的，會妨礙正確數(shù)據(jù)的讀取，但在本發(fā)明中，正好用來作為代替左右鍵等下指令的動作，用編程分辨波形，以辨別出正確的指 令，可編程邏輯控制單元40可將眨一次、眨兩次或眨三次等，單眨左眼或單眨右眼，及每一 次眨眼的時間長短，來判斷是否為有意、無意的眨眼，來分辨下何種指令，以克服習(xí)知的無 意眨眼影響使用效果的問題。請參照圖6，操作前，可依個人狀況調(diào)整校正點位、眨眼的設(shè)定、停頓的秒數(shù)、左右 眼及主力眼等的各種設(shè)定。開始使用時，眼球移動，以感測到電位變化(AVx，AVy)，可編程 邏輯控制單元40開始計算處理，轉(zhuǎn)換成滑鼠游標座標數(shù)據(jù)(此時熒幕顯示移動游標)，使用 者若要選取某點要下左右鍵的指令，選取一點后(例如點A)，視焦不動，調(diào)整頭部使游標 停在所選取的點A，準備用手動按鍵或聲控或眨眼下指令的動作。至于有意、無意眨眼的控制方式無意的眨眼動作，電腦判讀出突波時，不移動滑 鼠游標，突波結(jié)束后，自動回歸視焦移動；有意的眨眼動作，要模擬左右鍵時，使用者會在一 選取的位置作視焦及滑鼠游標停頓，眨眼的時間及方式不一樣，電腦判讀出時，不移動滑鼠 游標，突波結(jié)束后，自動回歸突波發(fā)生前(眨眼前)停頓的位置數(shù)秒不動，等待接下來眨左 眼或眨右眼或雙眼的指令(執(zhí)行左鍵或右鍵功能)，左右鍵功能要眨一下或兩三下，單眼或 雙眼，使用者須事先在軟體設(shè)定，若滑鼠游標停頓數(shù)秒后沒下眨眼指令，則視為普通的無意 眨眼，恢復(fù)隨視焦移動滑鼠游標。另外，也可以在使用前設(shè)定，在選取點A后，直接眨一次所 選定的有意眨眼型態(tài)，就馬上進入點A所連結(jié)的頁面。因此，本發(fā)明的眼電控制系統(tǒng)，面罩造型的感測裝置，戴在頭上即可使用，而且可 透過眼球與頭部的相對移動，獲得控制滑鼠游標的功能，如此桌上可空出滑鼠的位置，手也 可空出打鍵盤、寫字等，也可以休息，以減少滑鼠癥候群的產(chǎn)生。其次，利用吸盤吸附于皮膚時，經(jīng)壓縮形變的導(dǎo)電介質(zhì)同時接觸導(dǎo)電片與皮膚，不 但構(gòu)成導(dǎo)電，而且含有導(dǎo)電凝膠(液)的導(dǎo)電介質(zhì)與皮膚構(gòu)成良好貼觸，且導(dǎo)電液不易干 涸，因此，其接觸的電阻值不易改變，故能穩(wěn)定取得眼電波的電壓信號。另外，從電極檢測到的(Vx，Vy)信號，經(jīng)過放大器后，已有足夠的強度可作后面 的處理，再把噪聲濾除，進入可編程邏輯控制單元中的PIC，其內(nèi)含A/D、I/O、CPU、存儲器、 可讀寫編程存儲器等，在芯片內(nèi)運算及判斷，其數(shù)據(jù)處理好后，變成滑鼠游標的座標數(shù)據(jù)或 左、右、上、下鍵的指令，經(jīng)過有線或無線的傳輸，從USB傳入電腦或游戲機，在熒幕上顯示 出游標位置或下左、右、上、下鍵的指令，便完成取代一般滑鼠的工作。而可編程邏輯控制單 元中的PIC由MicrochipTechnology公司所研發(fā)與制造，以PIC16F684為舉例，運算放大器 舉例為LM324，但不在此限。本發(fā)明在以眼控滑鼠游標的同時，除了可配合眨眼的下指令方式外，也可配合手 動打鍵盤的下指令方式，或另設(shè)左右鍵滾動鍵，以及用聲控的方法模擬左右鍵滾動鍵，這樣 配合一種以上的下指令方式，可以替換，就不容易產(chǎn)生滑鼠癥候群，因為不會像手動滑鼠一 般，固定使用同一組肌肉。本案也可在鼻腔外或喉嚨外裝設(shè)一拾音器，對遠的聲音較不敏感，使用者從鼻子 或喉嚨發(fā)出輕聲Hm的聲音，此聲外界可能覺察不到，不會對旁人造成干擾，編程只針對某 音量的Hm聲進行辨識，其他聲音不會使本系統(tǒng)作出錯誤動作。使用者只要能發(fā)出高音及低 音的兩種Hm聲，便可以輕松的下滑鼠指令，可以在使用前錄下使用者的聲音，設(shè)定為何種 指令，便可以方便使用了，例如，發(fā)出Hm聲用
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doh 一短聲代表左鍵按一次；sol 一短聲代表右鍵按一次；doh 二短聲代表左鍵按二次；doh+sol短聲代表往上滾動，尾音拉長代表繼續(xù)滾動；sol+doh短聲代表往下滾動，尾音拉長代表繼續(xù)滾動；doh音拉長一秒(或另設(shè)時間長度)代表拖曳，再一短音代表手放開；或直接拉長 音代表拖曳，音停止代表手放開。doh代表低音的Hm聲，sol代表高音的Hm聲，只是舉例 (doh, sol為樂譜中C調(diào)時的C，G兩音)，使用者可自行設(shè)定別種組合。拾音器撿到的信號，經(jīng)放大器后(圖未示)，送至PIC，經(jīng)編程分辨處理后，送出指 令的信號，經(jīng)有線或無線由接口單元，從USB進入電腦執(zhí)行完成。本眼控滑鼠系統(tǒng)，再配上此聲控用的拾音器，可讓使用者控制滑鼠游標非常輕松， 因為發(fā)出輕聲Hm的聲音，非常省力方便，不用開口 ；眼動游標更輕松，因為本來就在看熒幕 的同時，游標就自動隨視焦移動，眼球沒有多用半點力，只是要下點擊指令時，頭部稍作微 調(diào)，把游標送至定位，由鼻子或喉嚨發(fā)出輕聲Hm的聲音，便完成了。以上對本發(fā)明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要 求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發(fā)明的 保護范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種眼電控制系統(tǒng)，供連接至一主機，以執(zhí)行該主機的滑鼠功能，其特征在于，該眼 電控制系統(tǒng)包含一感測裝置，接觸在人體臉部，用以檢測眼睛與頭部的相對運動信息，以分別轉(zhuǎn)換成左 右眼縱橫方向各自的電氣-眼動波信號，所述感測裝置具有一符合人體工學(xué)的面罩本體及 多個電極，該面罩本體提供罩覆在臉部，所述各個電極分布并貼在眼睛附近的皮膚上；一可編程邏輯控制單元，以編程化執(zhí)行所有運作控制與流程，該可編程邏輯控制單元 依據(jù)所述感測單元所產(chǎn)生的電氣_眼動波信號，加以判斷及處理，以控制滑鼠游標動作及 執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。
2.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，更包含一無線發(fā)射單元、一無線接 收單元與一第二可編程邏輯控制單元，該無線發(fā)射單元連接在該可編程邏輯控制單元的輸 出端，該無線接收單元用以接收該無線發(fā)射單元發(fā)射出信號，送經(jīng)該第二可編程邏輯控制 單元處理，以控制滑鼠游標動作及執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。
3.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，更包含有一接口單元，可依據(jù)可編 程邏輯控制單元所產(chǎn)生的信號，以控制滑鼠游標動作及執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。
4.如權(quán)利要求2所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，更包含有一接口單元，可依據(jù)第二 可編程邏輯控制單元所產(chǎn)生的信號，以控制滑鼠游標動作及執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。
5.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，該電極有七個，一個電極貼附于臉 部的兩眼中心處，兩個電極分設(shè)于兩眼外側(cè)，四個電極分設(shè)于兩眼的上側(cè)與下側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述各個電極具有一導(dǎo)電片、一吸 盤與一導(dǎo)電介質(zhì)，該吸盤設(shè)在該導(dǎo)電片上，以界定出一容室，該導(dǎo)電介質(zhì)安置于容室中，并 與導(dǎo)電片接觸形成電連接。
7.如權(quán)利要求6所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，該導(dǎo)電介質(zhì)具有一類海綿體與一 吸附在該類海綿體內(nèi)的導(dǎo)電凝膠或?qū)щ娨骸?br> 8.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，該感測裝置更包含一束帶，該束帶 連接在該面罩本體兩側(cè)，供綁束于頭部。
9.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，更包含一放大器與一濾波器，該放 大器連接在該感測單元的輸出端，以將電極檢測的信號經(jīng)過放大處理，該濾波器連接在該 放大器的輸出端，以濾除放大后信號的噪聲，而該濾波器的輸出端連接至該可編程邏輯控 制單元的輸入端。
10.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，更包含一左鍵開關(guān)、一右鍵開關(guān) 及一滾動鍵，該左鍵開關(guān)、該右鍵開關(guān)與該滾動鍵分別連接于該可編程邏輯控制單元。
11.如權(quán)利要求1所述的眼電控制系統(tǒng)，其特征在于，在可編程邏輯控制單元輸入端外 接有一拾音器，利用可編程邏輯控制單元所接收到拾音器的信號，加以運算及處理，控制及 執(zhí)行左、右及上、下鍵的功能。
12.一種眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其特征在于，包含有一符合人體工學(xué)的面罩本體及 多個設(shè)面罩本體上的電極，該面罩本體提供罩覆在臉部，所述各個電極分布并貼在眼睛附 近的皮膚上。
13.如權(quán)利要求12所述的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其特征在于，所述各個電極具有一導(dǎo)電片、一吸盤與一導(dǎo)電介質(zhì)。
14.如權(quán)利要求13所述的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其特征在于，該導(dǎo)電介質(zhì)具有一 類海綿體與一吸附在該類海綿體內(nèi)的導(dǎo)電凝膠或?qū)щ娨骸?br> 15.如權(quán)利要求13所述的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其特征在于，該吸盤設(shè)在該導(dǎo)電 片上，以界定出一容室，該導(dǎo)電介質(zhì)安置于容室中，并與導(dǎo)電片接觸形成電連接。
16.如權(quán)利要求12所述的眼電控制系統(tǒng)用感測裝置，其特征在于，該面罩本體更包含 一束帶，該束帶連接在該面罩本體兩側(cè)，供綁束于頭部。
17.一種利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法，其特征在于，包含A 將視焦設(shè)定與游標在不同位置；B 視焦固定注視著主機上的目的點位置；C 利用頭部與眼球的相對運動將游標移到視焦位置。
18.如權(quán)利要求17所述的一種利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法，其特征在于，該方 法包含將頭固定不動以視焦的移動來控制游標的移動。
19.如權(quán)利要求17所述的一種利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法，其特征在于，該方 法為將視焦固定在顯示器上的目的點不動，利用頭部與眼球的相對運動使游標呈與頭部反 向的移動至視焦定位。
全文摘要
一種依據(jù)眼球與頭部的相對運動來控制的眼電控制系統(tǒng)以及利用眼電控制系統(tǒng)控制游標的方法，該系統(tǒng)包含一感測裝置、一可編程邏輯控制單元。該感測裝置接觸在人體臉部，用以檢測眼球與頭部的相對運動信息，以分別轉(zhuǎn)換成左右眼縱橫方向各自的電氣-眼動波信號。該可編程邏輯控制單元以編程化執(zhí)行所有運作控制與流程，該可編程邏輯控制單元依據(jù)所述感測裝置所產(chǎn)生的電氣-眼動波信號，加以判斷及處理，以控制滑鼠游標動作及執(zhí)行左、右及上、下鍵(滾動)的功能。而該方法包含A將視焦設(shè)定與游標在不同位置；B視焦固定注視著主機上的目標點位置；C利用頭部與眼球的相對運動將游標移到視焦位置。
文檔編號G06F3/01GK101995944SQ20091016808
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月24日
發(fā)明者仇銳鏗 申請人:仇銳鏗