[發明專利]頭戴式疲勞檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201410633521.0
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104305964A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 禹東川;李艷瑋;陳鴻雁;劉芳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/0476
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于生理參數檢測領域，尤其是一種頭戴式疲勞檢測裝置及方法。

背景技術

隨著現代交通運輸業的飛速發展，交通事故已成為當前全球所面臨的嚴重問題。據統計，全世界每年因交通事故導致的死亡人數達60萬，直接經濟損失約125億美元，這些事故中57％的災難性事故與駕駛員疲勞駕駛有關。

近年來，疲勞檢測問題已受到世界各國越來越多研究人員的關注。目前，疲勞駕駛的檢測方法主要分為三大類，即基于行為特征的方法、基于圖像處理的方法、基于生理檢測的方法。

首先，基于行為特征的檢測方法受到駕駛員駕駛習慣各異的制約，而且還受到長期強化訓練因素的干擾。其次，基于圖像處理的方法要求用戶的面部必須處于合適的空間范圍(超出范圍就無法實現檢測)、且攝像機要能拍攝到正面圖像(非正面面部識別技術目前還存在短期無法解決的巨大缺陷)。最后，基于生理信號的方法所采用的信號主要包括心率、呼吸、頭動、人眼和嘴部形態等，這些生理信號的獲取生態性較差，而且佩戴相應傳感器不是很方便。

發明內容

發明目的：一方面提供一種頭戴式疲勞檢測裝置，以解決現有技術的上述問題，為用戶提供生態性強、使用方便、檢測可靠的疲勞實時檢測結果，并將計算結果通過語音實時反饋給用戶。另一方面，提供一種頭戴式疲勞檢測方法。

技術方案：一種頭戴式疲勞檢測裝置，包括：

腦電采集模塊，用于獲取用戶的原始腦電信號；

腦電分析模塊，用于實時接收所述原始腦電信號，并通過標準時頻分析算法處理原始腦電信號，獲得特征參數，包括腦電節律功率譜和眨眼頻率；

疲勞估計器，用于根據所述特征參數所處的空間分布實現對用戶的疲勞程度的估計，生成疲勞估計結果；

語音播報模塊，用于將所述疲勞估計結果實時播放給用戶；

電源模塊，用于為上述各模塊提供能量。

在進一步的實施例中，所述腦電采集模塊、腦電分析模塊、疲勞估計器、語音播報模塊和電源模塊整體封裝在頭戴式外殼中。所述腦電采集模塊采用干電極，腦電信號采集的頭皮位置為雙側前額葉，參考電極和地電極分別位布置在左右耳垂。所述腦電分析模塊通過標準的時頻分析獲得的腦電節律功率譜和眨眼頻率；其中，腦電節律包括δ波、θ波、α波、β波和γ波。所述特征參數包括δ波功率譜、θ波功率譜、α波功率譜、β波功率譜、γ波功率譜、眨眼頻率和眨眼頻率歷史信息。所述疲勞估計器采用三層前向神經網絡，隱層激勵函數是Sigmoid函數，輸出層激活函數為線性函數。疲勞估計結果分為“不疲勞”、“稍微有些疲勞”、“有些疲勞”、“非常疲勞”和“極度疲勞”五個量化等級。

基于上述頭戴式疲勞檢測裝置的疲勞檢測方法，包括如下步驟：

步驟1：通過腦電采集模塊采集原始腦電信號，并將其實時傳輸給腦電分析模塊；

所述腦電采集模塊包括信號電極輸入、帶通濾波電路、初級放大電路、低通濾波電路、次級放大電路、陷波電路、第三級放大電路和數模轉換器；

信號電極輸入采集到的微弱原始腦電信號輸入帶通濾波電路濾除腦電信號的低頻噪聲；接著信號進入到初級放大電路進行第一次放大，放大之后的腦電信號進入到低通濾波電路中濾除信號中摻雜的高頻噪聲，而讓所有的有用信號通過；信號接著又進入到次級放大電路中進行了第二次放大；接著信號經過陷波電路來抑制50Hz工頻干擾；信號經過陷波電路之后進入都第三級放大電路中進行最后一次信號放大，其輸出信號經過模數轉換獲得數字信號，并輸入到腦電分析模塊進行進一步處理；其中，所述信號電極輸入采用干電極，腦電信號采集的頭皮位置為雙側前額葉，參考電極和地電極分別位布置在左右耳垂；

步驟2：通過標準時頻分析算法處理原始腦電信號，獲得特征參數；

首先，通過時頻分析單元對腦電采集模塊發送來的腦電信號進行標準化的時頻分析，為后續節律功率譜計算單元和眨眼頻率計算單元提供輸入信號；節律功率譜計算單元分別計算不同腦電節律腦電波功率譜，其中腦電節律包括δ波、θ波、α波、β波、和γ波；眨眼頻率計算單元則通過時頻分析獲得眨眼時刻的間隔信息，并進而獲得用戶眨眼頻率信息，與此同時這些信息將通過歷史信息存儲單元進行存儲；最后，特征參數提取單元將根據節律功率譜計算單元、眨眼頻率計算單元和歷史信息存儲單元的結果，通過主元分析方法確定后續疲勞估計器進行模式分類用的特征參數；