[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

本發明公開了一種基于嵌入式設備的細粒度人體疲勞檢測方法及設備，采用紅外光感知設備和MCU控制單元搭建人體疲勞檢測設備；利用人眼瞳孔對于光線的吸收作用，通過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。本發明可以更為精確的采集人眼的狀態信息，閉眼時長和眨眼時長，滿足日常佩戴對疲勞進行長期監測。

技術領域

本發明屬于人體疲勞檢測技術領域，具體涉及一種基于嵌入式設備的細粒度人體疲勞檢測方法及設備。

背景技術

人體疲勞檢測一直以來都是許多行業的研究熱點：在交通運輸行業，汽車司機以及鐵路機車司機因為疲勞而造成的事故數量，每年都會隨著車輛的增多、機車交路不斷延伸等因素影響，呈遞增趨勢；同時，在醫學領域，疲勞是一些健康問題的先導信號，如癌癥、成癮性精神疾病等，可以通過日常對于患者疲勞的監測，從而輔助醫生在早期做出及時的預警與判斷。現有的疲勞檢測方法有很多種，常見的可以分為基于人體物理信號的方法以及基于人體行為信號的方法。

現有的檢測方法各自都有自己的優勢與劣勢，市面上始終缺少一種可以應用于日常、方便攜帶、價格低且檢測正確率高的疲勞檢測方法：

基于人體腦電圖EEG對疲勞進行的監測，被公認為最準確的方法。但是精確的腦電圖測量依靠專業設備，需要在頭上粘貼電極，腦電信號個體間的生理反映差距較大，需要一個穩定的測量環境，易收到外界環境因素的干擾，并且價格過高。因此這一系列的限制，導致腦電圖對于疲勞的檢測僅僅在醫學及實驗室中得到局部應用，并沒有在實際的生產生活大規模推廣。

基于心電信號ECG的疲勞監測，包括心率指標和心率變異性指標，是判斷駕駛疲勞的一項重要生理指標。心電信號目前在智能設備上，如智能手表、智能手環等，都可以十分便捷的獲取，且非侵入式，便攜性較好。然而心電信號的有著其明顯的缺陷，人在疲勞時的心率是一個長時間段內的整體下降，短時間心率的下降可能并非由疲勞造成，這對使得心電信號對于疲勞的敏感性以及診斷性較差，這種方法宜結合其他分析方法進行綜合研究。

基于人眼狀態信息的疲勞檢測，成為了近期研究的熱點，在疲勞駕駛檢測、飛行員疲勞監測中都有著不錯的研究進展。研究發現：眼睛閉合時間的長短與疲勞程度有著密切的關系，醫學上提出了PERCLOS(Percentage of Eyelid Closure over the Pupil,Overtime)的疲勞測量指標，并且已經成為了公認最有效的、實時的駕駛疲勞測評方法。目前大部分研究成果主要集中在利用圖像的方法，來對駕駛員或被檢測者進行攝像，提取圖片進行圖像處理、人臉識別、人眼識別等一系列步驟，從而得到PERCLOS檢測方法所需要的參數，進行疲勞檢測。但是圖像的方法畢竟不是主要用于人眼狀態信息提取，所以圖像的方法就會局限于：日常應用下環境光的干擾、被檢測人需要長時間處于正對攝像頭的狀態、圖像精確度不高且計算量龐大、高fps攝像頭的價格太高等。這些限制都造成了圖像利用人眼信息對于疲勞進行疲勞檢測都局限在實驗室中，推廣困難。

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，提供一種基于嵌入式設備的細粒度人體疲勞檢測方法及設備，利用普適商用嵌入式傳感設備與計算單元，制作出一種便于攜帶、造價低且精確度高的日常人體疲勞檢測設備。

本發明采用以下技術方案：

一種基于嵌入式設備的細粒度人體疲勞檢測方法，包括以下步驟：

S1、采用紅外光感知設備和MCU控制單元搭建人體疲勞檢測設備；

S2、利用人眼瞳孔對于光線的吸收作用，通過紅外光感知設備采集人眼狀態信息；