[發明專利]一種基于嵌入式設備的細粒度人體疲勞檢測方法及設備

有效

• 申請號: 202010157776.X
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111281403B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 丁菡;何旭;戴梓怡;鄒祥;韓勁松;惠維
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61B5/16
• 分類號: A61B5/16;A61B5/11;A61B5/00;A61B5/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種人體疲勞檢測設備，其特征在于，包括紅外光感知設備，紅外光感知設備設置在鏡框上，分別與MCU控制單元和電池連接，MCU控制單元連接有數據傳輸單元，紅外光感知設備包括1個NIR LED近紅外發光LED、7個光電二極管、電流控制器和運放，7個光電二極管周向設置，NIR LED近紅外發光LED與電流控制器組成回路并與5V電源相連接，能夠提供人眼安全范圍內的紅外光源照明；運放與電源連接用于放大光電二極管感知到的光強信號；

紅外光感知設備與MCU控制單元連接，紅外光感知設備用于對人眼周圍光電二極管的光照強度感知，并由MCU控制單元對采集到的數據進行處理與后續傳輸工作；

紅外光感知設備采集人眼狀態信息；

設置MCU控制單元的ADC轉換參數，將模擬信號轉化成數字信號；并對每個光電二極管進行初始化設置，得到人眼睜開狀態的基準值，對基準值數據進行濾波和平滑預處理；

使用CUSUM算法對預處理后的數據進行處理，確定時域上的潛在眨眼位置；

采用兩種配套方法判斷真正眨眼的行為；

利用PERCLOS方法對疲勞狀態進行估計和判斷，完成人體疲勞檢測；

當閉眼時間T_cloure大于200ms時為慢眨眼，在1KHz的工作頻率下，采集每分鐘慢眨眼所占整個眨眼次數的比例，當大于50％時，進入20KHz的工作頻率下進行檢測；否則，處于1KHz的低工作頻率下進行檢測。

2.根據權利要求1所述的人體疲勞檢測設備，其特征在于，通過紅外光感知設備采集人眼狀態信息，當人眼處于睜開狀態下，瞳孔對光線產生吸收作用，人眼周圍的光電二極管感知到的光照強度會比人眼處于閉合時感知到的光照強度要低；眨眼的閉合或睜開過程中，光照強度具有突變過程，紅外光感知設備根據突變過程判斷眨眼過程信息。

3.根據權利要求1所述的人體疲勞檢測設備，其特征在于，預處理具體為：

S301、MCU控制單元的ADC轉換設置中，位寬配置為12bit，0db衰減，將滿量程電壓1.1V轉換成數字讀數范圍0～1023；

S302、假設人眼在初始檢測時，處于睜開狀態至少為100ms，采集100ms的數值并計算出平均值，作為人眼睜開狀態下的基準值；

S303、利用步驟S302得到的基準值排除掉極端值；

S304、讓初始化的數據通過低通濾波器并進行平滑處理。

4.根據權利要求1所述的人體疲勞檢測設備，其特征在于，確定時域上的潛在眨眼位置具體為：

S401、優化CUSUM算法，加入一個變量K，通過調整變量K的值，使CUSUM值在人眼處于睜眼狀態以及從閉眼向睜眼狀態轉換時線性遞減；當處于閉眼狀態以及從睜眼狀態向閉眼狀態轉換時，CUSUM值線性遞增；

S402、使用波峰波谷搜索算法，找到狀態轉換點A和B；將預處理后的數據反向使用CUSUM算法，找到另外兩個狀態轉換點C和D；在一個潛在眨眼周期中得到閉眼過程持續的時間T_AD，閉眼持續的時間T_DB，睜眼過程持續的時間T_BC，眨眼整個過程所用的時間T_AC。

5.根據權利要求1所述的人體疲勞檢測設備，其特征在于，判斷真正眨眼行為具體為：

S501、特征值提取完成后，對是否真實眨眼進行初步判斷，眨眼整個過程所用的時間T_AC小于60ms；閉眼持續的時間T_DB大于600ms；眨眼信號的軌跡是相對對稱的，若左右信號高低差超過設定閾值，則說明不是正常眨眼；

S502、步驟S501完成后，進行相對精確的判斷，使用標準的邏輯回歸分類器，從眨眼特征向量到是否眨眼進行分類判斷。

6.根據權利要求5所述的人體疲勞檢測設備，其特征在于，步驟S502中，眨眼特征向量歸屬于眨眼的概率為：

其中，y為樣本x所屬的標簽，ω與b為分類器的參數，T為轉置符；

定義數據標簽1代表眨眼，0代表非眨眼；如果P(Y＝1)＞0.5，判斷為真正的眨眼，P為樣本數據為1或0的概率，Y為當前樣本。

7.根據權利要求1所述的人體疲勞檢測設備，其特征在于，對疲勞狀態進行估計和判斷中，當PERCLOS值β≥0.4時，視為疲勞狀態。