[發(fā)明專(zhuān)利]一種可穿戴骨傳導(dǎo)疲勞駕駛檢測(cè)方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110549907.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112971784B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳垣毅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙大城市學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): A61B5/18
• 分類(lèi)號(hào): A61B5/18;A61B5/369;A61B5/372;A61B5/389;A61B5/397;A61B5/316;A61B3/113;A61B5/00
• 代理公司: 杭州九洲專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

1.一種可穿戴骨傳導(dǎo)疲勞駕駛檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、生理傳感信號(hào)采集：在骨傳導(dǎo)裝置中集成高敏感傳感電路，通過(guò)集成有高敏感傳感電路的骨傳導(dǎo)裝置采集駕駛員的生理傳感信號(hào)；

S2、生理傳感信號(hào)預(yù)處理：根據(jù)預(yù)處理后不同類(lèi)型的生理傳感信號(hào)的變化幅度來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整模擬增益，對(duì)采集的生理傳感信號(hào)進(jìn)行局部過(guò)采樣和平均化，并對(duì)平均化之后的生理傳感信號(hào)進(jìn)行下采樣；

S3、信號(hào)噪聲消除：分別通過(guò)調(diào)整單位增益放大對(duì)應(yīng)的三重級(jí)聯(lián)放大電路、前饋微分預(yù)放大對(duì)應(yīng)的三重級(jí)聯(lián)放大電路、增益動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)的三重級(jí)聯(lián)放大電路來(lái)消除步驟S1采集的混合生理傳感信號(hào)中包含的環(huán)境噪聲；增益動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)的三重級(jí)聯(lián)放大電路為生理特征傳感電路；

S3.1、單位增益放大；由基爾霍夫定律得：

（1）

上式中，是信號(hào)源；為輸入電壓；和是皮膚電極接觸阻抗；是每個(gè)運(yùn)算放大器的輸入阻抗；為復(fù)數(shù)符號(hào)，的平方是-1；是交流電信號(hào)的角頻率，是交流電信號(hào)的角速度,是交流電信號(hào)的角頻率的倍；是每個(gè)運(yùn)算放大器的寄生電容；是每個(gè)運(yùn)算放大器的輸出電壓；表示寄生電容的交流阻抗；

從式（1）中去除輸入電壓，得到三重級(jí)聯(lián)放大電路的實(shí)際增益、皮膚電極接觸阻抗和信號(hào)線(xiàn)的固有電容??w之間的關(guān)系：

（2）

上式中，為三重級(jí)聯(lián)放大電路的實(shí)際增益，??=/，其中是每個(gè)運(yùn)算放大器的輸出電壓，是信號(hào)源；和是皮膚電極接觸阻抗；是每個(gè)運(yùn)算放大器的輸入電阻；為復(fù)數(shù)符號(hào)，的平方是-1；是交流電信號(hào)的角速度；??w是信號(hào)線(xiàn)的固有電容；??是每個(gè)運(yùn)算放大器的理想電壓增益；是每個(gè)運(yùn)算放大器的輸入電容；為每個(gè)電極使用運(yùn)算放大器緩沖器，將高阻抗線(xiàn)轉(zhuǎn)換為近似零，將公式（2）重寫(xiě)為運(yùn)算放大緩沖器在單位增益放大階段的形式:

（3）

上式中，為運(yùn)算放大器在增益放大階段的電阻，是皮膚電極接觸阻抗，為復(fù)數(shù)符號(hào)，的平方是-1；是交流電信號(hào)的角速度；是在增益放大階段信號(hào)線(xiàn)的固有電容；是增益放大階段運(yùn)算放大器的輸入電容；是在增益放大階段運(yùn)算放大器的理想電壓增益；是增益放大階段所用運(yùn)算放大器的寄生電容；??是每個(gè)運(yùn)算放大器的理想電壓增益；

根據(jù)式（3），將每個(gè)電極與其緩沖區(qū)之間的連接固定在穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)中；并使用微同軸屏蔽電纜屏蔽，隨后使用與運(yùn)算放大器輸出信號(hào)相同的電壓驅(qū)動(dòng)電纜屏蔽；

S3.2、前饋差分預(yù)放大：在將電纜驅(qū)動(dòng)到三重級(jí)聯(lián)放大電路中的生理特征傳感電路之前，采用前饋差分放大技術(shù)預(yù)先對(duì)耳后信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大；并采用交叉連接技術(shù)，用一個(gè)增益電阻器來(lái)設(shè)置兩個(gè)前饋儀表放大器的增益，產(chǎn)生完全差分和預(yù)放大的信號(hào)；

S3.3、增益動(dòng)態(tài)調(diào)整：基于不同類(lèi)型的生理傳感信號(hào)之間的差異幅度對(duì)信號(hào)增益進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，以獲得高分辨率的腦電波信號(hào)、眼球運(yùn)動(dòng)極化信號(hào)、面部肌電信號(hào)和皮電活動(dòng)信號(hào)；

S4、生理傳感信號(hào)模電轉(zhuǎn)換：用帶通濾波器將采集的混合生理傳感信號(hào)分離為腦電波信號(hào)、眼球運(yùn)動(dòng)極化信號(hào)、面部肌電信號(hào)和皮電活動(dòng)信號(hào)；采用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A將腦電波信號(hào)、眼球運(yùn)動(dòng)極化信號(hào)和面部肌電信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，采用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器B將皮電活動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；

S5、疲勞駕駛特征提?。簩⒛X電波信號(hào)、眼球運(yùn)動(dòng)極化信號(hào)、面部肌電信號(hào)和皮電活動(dòng)信號(hào)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)劃分為固定大小的片段，從每個(gè)片段提取時(shí)域特征、頻譜特征和非線(xiàn)性特征；

S6、基于步驟S5中提取的疲勞駕駛檢測(cè)特征，采用由三個(gè)基本分類(lèi)器組成的層次疲勞駕駛檢測(cè)模型；層次疲勞駕駛檢測(cè)模型第一層采用隨機(jī)森林分類(lèi)器，第二層采用Adaboost分類(lèi)器，最后一層采用支持向量機(jī)；判斷層次疲勞駕駛檢測(cè)模型第一層和第二層的概率之和大于設(shè)定值的預(yù)測(cè)樣本為疲勞駕駛，將剩余的樣本轉(zhuǎn)移到第三層，利用支持向量機(jī)對(duì)剩余樣本進(jìn)行疲勞駕駛判斷，若支持向量機(jī)輸出為1，則判定為疲勞駕駛，若支持向量機(jī)輸出為0，則判定為非疲勞駕駛；若判定處于疲勞駕駛狀態(tài)，則通過(guò)骨傳導(dǎo)裝置向駕駛員發(fā)送預(yù)警信息。