[發明專利]基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統

有效

• 申請號: 201910059015.8
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109717830B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 高宇紅;董月芳;姚康;管凱捷;任誼文;張熙;付威威
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所;中國人民解放軍總醫院
• 主分類號: A61B3/113
• 分類號: A61B3/113;A61B3/14;A61B5/11;A61M21/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 韓飛

1.一種基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，包括：

眼鏡本體，其用于佩戴到眼部；

圖像采集模塊，其設置于所述眼鏡本體上，用于采集佩戴者的眼動數據；

頭動數據采集模塊，其設置于所述眼鏡本體上，用于采集佩戴者的頭動數據；

促醒模塊，其設置于所述眼鏡本體上，包括光刺激單元、聲音刺激單元和振動刺激單元；

電源模塊，其設置于所述眼鏡本體上，用于為上述各模塊供電；

后臺處理模塊，其包括眼動數據分析模塊、頭動數據分析模塊、疲勞程度分析模塊及主控模塊；

其中，所述后臺處理模塊與上述各模塊均通信連接，所述疲勞程度分析模塊融合所述眼動數據分析模塊和頭動數據分析模塊的分析結果，判定人體疲勞程度，所述主控模塊再根據判定結果向所述促醒模塊發送光刺激和/或聲刺激和/或振動刺激的信號，通過所述促醒模塊對人體進行促醒；

所述眼動數據分析模塊采用基于MRCNN的人眼眨眼分析算法進行數據分析，以判斷眨眼狀態，具體包括以下步驟：

1）將所述圖像采集模塊采集的眼動圖像輸入到MRCNN網絡；

2）MRCNN網絡對圖像進行區域提取后送入Resnet101分類網絡，對區域進行分類，檢測是否為眼部區域；

3）對眼部區域進行MASK預測，即對每一個像素點進行0-1分類得到各個像素點的二分類概率分布圖；

4）對MASK進行三角拐點提取，對三個拐點進行直線擬合，擬合出兩條直線，分別為上眼瞼線和下眼瞼線；

5）通過反三角函數計算兩條直線的夾角，作為眼睛閉合度，從而判斷眨眼狀態；

所述步驟3）中，MASK所包含的區域為完全眼部區域，即：在眼部上覆蓋了一層0-1的掩膜，把眼部貼合式的提取出來。

2.根據權利要求1所述的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，所述圖像采集模塊包括攝像頭和紅外照明光源，用于實時采集佩戴者的眼部圖像，并傳輸至所述眼動數據分析模塊。

3.根據權利要求2所述的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，所述頭動數據采集模塊包括陀螺儀、加速度傳感器和與所述后臺處理模塊通信連接的姿態傳感芯片，所述姿態傳感芯片采用卡爾曼濾波算法將陀螺儀和加速度傳感器采集的數據進行姿態融合，從而測得佩戴者的頭動數據，并傳輸至所述頭動數據分析模塊。

4.根據權利要求3所述的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，所述眼鏡本體包括鏡片支架及連接在所述鏡片支架兩側的左、右支腿。

5.根據權利要求4所述的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，所述光刺激單元包括分別設置在所述眼鏡的左、右支腿上的兩組藍光光源，用于發出藍光以刺激眼部；其中，一組藍光光源與所述紅外照明光源集成設置在設有所述攝像頭的眼鏡支腿上。

6.根據權利要求4所述的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，所述聲音刺激單元包括設置在所述眼鏡的支腿上的蜂鳴器，用于提供不同頻率和響度的聲音刺激；

所述振動刺激單元包括設置在所述眼鏡的支腿上的振動馬達，用于提供振動。

7.根據權利要求4所述的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，所述后臺處理模塊為內嵌有所述眼動數據分析模塊、頭動數據分析模塊、疲勞程度分析模塊及主控模塊的基于安卓系統的平板電腦，所述平板電腦與所述圖像采集模塊、頭動數據采集模塊、促醒模塊、紅外照明光源通過有線或無線方式建立通信連接。

8.根據權利要求7所述的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，其特征在于，所述眼鏡的支腿上還設置有USB接口，以與所述平板電腦有線連接。