[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

本發明公開了一種基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，包括：眼鏡本體；圖像采集模塊；頭動數據采集模塊，用于采集佩戴者的頭動數據；促醒模塊，包括光刺激單元、聲音刺激單元和振動刺激單元；電源模塊；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。本發明的基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，通過眼動及頭動數據融合評定，能自動判定人體疲勞程度，并依據人體疲勞等級進行預警，并施以聲、光、振動相結合的促醒刺激，促使人體疲勞程度降低，使人體警覺度及作業能力提升；本發明采用基于MRCNN的人眼眨眼分析算法進行數據分析，能提高眨眼狀態判斷的準確性和效率。

技術領域

本發明涉及疲勞檢測與覺醒刺激技術領域，特別涉及一種基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統。

背景技術

隨機社會的發展，當前工作的自動化水平在提高，各類工作崗位要求工作人員如飛行員，保持高度的機敏度及充沛的精力和注意力，確保高端設備操作無失誤及相關作業的順利實施，但是持續性、高強度、非時間定式的作業影響工作人員的判斷、決策和作戰執行能力。因此，準確評價持續作業條件下，時間生物節律及其功能狀態對相關作業能力的影響，并給予科學的干預，以提升相關人員作業效能。

目前，國內外針對疲勞檢測的手段主要分為主觀檢測和客觀檢測兩種，其中客觀檢測主要包括行為特征檢測(如眨眼，頭部動作，嘴部動作等)和生理特征檢測(如腦電，眼電，肌電等)；主觀檢測主要包括評價性檢測和生理反應檢測。促醒方法主要包括物理調節，化學調節和生物調節。相關研究表明，80％的PRECLOS與人的疲勞程度相關性較大，特定波長的光刺激，特定頻率和響度的聲音刺激和振動刺激對覺醒度的提高具有較好的作用。

目前，市售的相關設備主要集中在駕駛疲勞檢測裝置的研發上，還沒有用于個人作業能力提升等相關領域課題的研究。更沒有針對以上需求的、集合覺醒狀態評估、預警和刺激于一體的便攜式裝置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于眼動及頭動參數監測的疲勞檢測及促醒系統，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。

優選的是，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；