CN102247149B - 一种频闪定量或定性测试人的精神疲劳程度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频闪定量或定性测试人的精神疲劳程度的方法及装置，定量测试的方法包括被测试者观察频闪光源的步骤，被测试者观察的光源为显示单元；被测试者能分辨出测试光源闪动的图形，则将测试光源的频率微调高后，再观察显示单元；被测试者不能分辨出测试光源闪动的图形，则将测试光源的频率微调低后，再观察显示单元，直至被测试者发生由能分辨到不能分辨或由不能分辨到能分辨的变化，则其最后一次能够分辨的测试发光频率即为该被测试者当时的频闪阈限值。该方法不受被测试者主观目的影响、定量或定性测试人的精神疲劳程度，可操作性强、简单可靠、测试结果准确度高，该测试装置具有性能稳定、操作简单、成本低、携带方便的优点。

Description

一种频闪定量或定性测试人的精神疲劳程度的方法及装置

技术领域

本发明涉及对人进行精神疲劳测试的方法和装置，具体是一种频闪定量或定性测试人的精神疲劳程度的方法及装置。

背景技术

人的精神疲劳程度测定是在对人的精神疲劳有特殊要求的工作中所一直面临的难题，例如：汽车和火车驾驶员是否疲劳驾驶的检测、飞行员精神疲劳检测、某些特殊工种的工人的工作前精神状态检测以及某些与精神疲劳相关的科学研究等。

根据人机工程学对人体阈限值的研究发现，人能分辩出较低频率闪光的光源所发出光的闪动，当低频率闪光频率增大到某值时，人将不再能分辨出光源是频率闪光，而认为光源是一个稳定发光的光源，这个光源频率的临界频率值被称为人的频闪阈限值(也称为频闪融合值)。人的频闪阈限值会随人的精神疲劳程度而变化。人的精神疲劳程度越大，所能分辩出的频闪光源的频率极限值越低，也就是其频闪阈限值越小，即人的不同频闪阈限值代表着人所处的不同精神疲劳程度。根据这个原理既可定性也可定量地测定人的精神疲劳程度。

现有的检测人精神疲劳技术，通常是利用单个点状的可调节频率的频闪光源对被测试者进行精神疲劳测定，不断调节光源的频闪频率让被测试者分辨当前的点状光源是闪动还是稳定(恒定)不变，最终确定光源对被测试者的频闪临界值，即确定该被测试者在当前状态下的频闪阈限值，该频闪阈限值以频闪光源频率数值的形式定量表达了被测试者的精神疲劳程度。

然而在实际操作中由于被测试者的回答存在两种主观因素：1、被测试者不愿意被验证为处于精神疲劳状态；2、被测试者明知该光源是在低率闪光而由于心理作用产生误答。根据以往的测试经验，其测定误差较大，如果将此方法应用于实际精神疲劳检测，其测定结果的精确性无法保证，所以这种方法无论在实验室，还是在专业应用领域的实际应用中都存在严重不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种不受被测试者主观目的影响、并且可以定量或定性精确测试人精神疲劳的方法及装置，该方法具有实际应用可操作性强、简单可靠、测试结果准确度高的优点，该测试装置具有性能稳定、操作简单、成本低、携带方便的优点。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种频闪定量测试人的精神疲劳程度的方法，包括被测试者观察频闪光源的步骤，与现有技术不同的是：该步骤中，被测试者观察的频闪光源为频闪测试人的精神疲劳程度的装置中的显示单元或显示阵列；

被测试者能分辨出显示单元或显示阵列中的测试光源闪动的图形、文字或符号，则将测试光源的发光频率微调高后，被测试者再观察显示单元或显示阵列进行测试；

被测试者不能分辨出测试光源闪动的图形、文字或符号，则将测试光源的发光频率微调低后，被测试者再观察显示单元或显示阵列进行测试，直至

被测试者发生由能分辨到不能分辨或由不能分辨到能分辨的变化，则其最后一次能够分辨测试光源闪动的图形、文字或符号的测试发光频率即为该被测试者当时的频闪阈限值。

一种频闪定性测试人的精神疲劳程度的方法，包括被测试者观察频闪光源的步骤，与现有技术不同的是：该步骤中，被测试者观察的频闪光源为频闪测试人的精神疲劳程度的装置中的显示单元或显示阵列；

被测试者能分辨出显示单元或显示阵列中的测试光源闪动的图形、文字或符号，则被测试者尚未达到该测试频率对应的精神疲劳程度；

被测试者不能分辨出测试光源闪动的图形、文字或符号，则被测试者超过了该测试频率对应的精神疲劳程度。

实现上述频闪定量或定性测试人的精神疲劳程度的装置，包括可频闪发光的光源，与现有技术不同的是：由多个可频闪发光的光源组成显示单元，显示单元中的光源分为两组，每组的发光频率分别可调，其中一组作为测试光源用于发出低于普通人的频闪阈限值的发光频率，随机显示图形、文字或符号，另一组作为背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的发光频率，测试光源和背景光源同时频闪发光；

设有输入电路，用于被测试者输入观察频闪发光的显示单元后的观察结果；

设有显示屏，用于显示信息；

所述的显示单元、输入电路和显示屏分别与微控制器连接。

所述的显示单元为LED数码管，数码管的各输入端分别通过驱动电路与微控制器连接。

同样的构思下，由多个显示单元组成显示阵列，显示阵列中的光源分为至少两组，每组的发光频率分别可调，其中至少一组作为测试光源用于发出低于普通人的频闪阈限值的发光频率，随机显示图形、文字或符号，其余的光源作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的发光频率。

所述的测试光源为1～3组。

还设有音频发声电路与微控制器的音频信号输出端连接。

本发明是根据频闪阈限值(频闪融合值)与人精神疲劳的理论关系来设计，通过由多个频闪光源组合成频闪显示单元或显示阵列，显示单元或显示阵列中的频闪光源以设定的同样频率低频闪光随机形成图形、文字或符号，同时与高频频闪光源混合后供被测试者进行判断，从而实现了可操作性强、测试结果准确且不受被测试者主观目的的影响的设计思想。

采用上述的方法和装置，以测试光源随机显示数字0～9，以两次测试为例，如果用户完全不能分辨出低频率闪光的数字，(数字为0～9共10个数字，所以在被测试者不能分辨闪光数字的情况下，每一次偶然选择正确的概率为1/10)，则随机地两次都选择正确的概率只有1/100，也就是正确率达到99％，可以适合大多数应用场合。

本发明可应用于汽车、火车驾驶员是否疲劳驾驶的检测、飞行员精神疲劳检测、某些特殊工种的工人的工作前精神状态检测以及科学研究等。

本发明的优点是不受被测试者主观目的影响、并且可以定性或定量精确测试人的精神疲劳程度，该方法具有实际应用可操作性强、简单可靠、测试结果准确度高的优点，该测试装置具有性能稳定、操作简单、成本低、携带方便的优点。

附图说明

图1为实施例频闪测试人的精神疲劳程度的装置的电气连接框图；

图2为实施例频闪测试人的精神疲劳程度的装置的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的非限定性阐述。

实施例1：

参照图1，一种频闪测试人的精神疲劳程度的装置，包括可频闪发光的光源，由多个可频闪发光的光源组成显示单元，显示单元中的光源分为两组，每组的发光频率分别可调，其中一组作为测试光源用于发出低于普通人的频闪阈限值的发光频率，随机显示图形、文字或符号，另一组作为背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的发光频率，测试光源和背景光源同时频闪发光；

设有输入电路，用于被测试者输入观察频闪发光的显示单元后的观察结果；

设有显示屏，用于显示信息；

所述的显示单元、输入电路和显示屏分别与微控制器连接。

显示单元为LED数码管，数码管的各输入端分别通过驱动电路与微控制器连接。

同一构思下，由多个显示单元组成显示阵列，显示阵列中的光源分为至少两组，每组的发光频率分别可调，其中至少一组作为测试光源用于发出低于普通人的频闪阈限值的发光频率，随机显示图形、文字或符号，其余的光源作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的发光频率。

还设有音频发声电路与微控制器的音频信号输出端连接。

具体地，参照图2，输入电路为矩阵键盘SW-PB，本例中采用3×4矩阵键盘，该键盘的各输出端分别与微控制器U1连接，微控制器U1型号为集成电路AT89S51，矩阵键盘SW-PB的输出端P30～P37分别与集成电路AT89S51的10～17脚连接。

与集成电路AT89S51连接的还包括外围元件电阻R1、R5、R6、电容器C0、C4、C5、C6、发光二极管D1和晶振Y1。

8字型的LED数码管为由七颗独立的LED光源组成，本例采用LED数码管J22作为显示单元，LED数码管J22的型号为SM410806K，LED数码管J22的各笔段输入端分别通过由电阻R7～R13和三极管Q1～Q7组成的驱动电路与集成电路AT89S51的1～8脚连接。

显示屏CON1为字符型液晶显示模块LCM1602，该模块的各数据输入端P00～P07分别与集成电路AT89S51的液晶数据总线端口32～39脚连接，与该模块连接的还包括外围元件电位器RP1和电阻R2。

音频发声电路为一蜂鸣器电路，该蜂鸣器电路包括扬声器B1、电阻R3、R4、三极管Q8以及电容器C1、C2，蜂鸣器电路的输入端电阻R3与集成电路AT89S51的输出端口2的管脚21连接。

集成电路AT89S51与内含的软件控制集成电路AT89S51内的两个定时器，分别输出两组不同的频闪频率，一组作为测试光源的发光频率，另一组作为背景光源的发光频率，频闪频率的变化由软件控制。

该测试装置采用上述电路后，显示单元的频率调节、以及随机频闪显示的图形、文字或符号、判断输入的对错、判断结果等信息在显示屏上显示、蜂鸣器发声提示等功能均可通过微控制器与内含的程序软件来实现。

同一构思下，由多个显示单元组成显示阵列，显示阵列中的光源分为至少两组，每组的发光频率分别可调，其中至少一组作为测试光源用于发出低于普通人的频闪阈限值的发光频率，随机显示图形、文字或符号，其余的光源作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的发光频率。测试光源为1～3组，各组按不同的测试发光频率发光，被测试者观察显示阵列时，可根据能分辨出的是哪一组测试光源快速判断出最接近的测试频率，从而减少测试的次数，缩短测试时间。

普通人的频闪阈限值为公知值，为35～37Hz。

实施例2：

一种频闪定量测试人的精神疲劳程度的方法，包括被测试者观察频闪光源的步骤，该步骤中，被测试者观察的频闪光源为显示单元或显示阵列；

被测试者能分辨出显示单元或显示阵列中的测试光源闪动的图形、文字或符号，则将测试光源的发光频率微调高后，被测试者再观察显示单元或显示阵列进行测试；

被测试者不能分辨出测试光源闪动的图形、文字或符号，则将测试光源的发光频率微调低后，被测试者再观察显示单元或显示阵列进行测试，直至

被测试者发生由能分辨到不能分辨或由不能分辨到能分辨的变化，则其最后一次能够分辨测试光源闪动的图形、文字或符号的测试发光频率即为该被测试者当时的频闪阈限值。

测试光源为1～3组，各组按不同的测试发光频率发光，被测试者观察显示阵列时，可根据能分辨出的是哪一组快速判断出最接近的测试频率，从而减少测试的次数，缩短测试时间。

如果需要提高测试精度，重复进行多次测试即可。

采用本方法如果被测试者的结果反馈10种选择结果，被测试者在无法分辨数字的情况下其回答正确的概率为10％，即其实验正确率为90％。根据概率理论进行两次实验随机回答正确的可能只有1/100，则其精确度将为99％，以此类推。

采用实施例1的装置，用本测试方法进行定量测试人的精神疲劳程度：

应用实例1：

被测试者观察由七颗LED发光二极管组成的8字型LED数码管J22作为显示单元，该显示单元通过微控制器U1的控制将其中的光源即发光二极管随机分成两组，其中一组作为测试光源发出低于普通人的频闪阈限值的测试发光频率，用于随机显示图形、文字或符号，本例中该LED数码管J22随机显示的一个数字为“3”，测试发光频率为35Hz，其余的发光二极管作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的固定发光频率为50Hz，测试光源和背景光源同时频闪发光；

被测试者能分辨出测试光源闪动的“3”，通过矩阵键盘SW-PB点击相应的数字按键“3”将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器U1内程序判断出分辨正确，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成第一次测试；

操作人员通过微控制器U1将测试发光频率微调至37Hz，LED数码管J22随机显示的一个数字为“6”作为测试光源，其余的参数不变，进行第二次测试，被测试者能分辨出测试光源闪动的“6”，通过矩阵键盘SW-PB点击相应的数字按键“6”将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器U1内程序判断出分辨正确，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成第二次测试；

操作人员通过微控制器U1将测试发光频率微调至38Hz，LED数码管J22随机显示的一个数字为“1”作为测试光源，其余的参数不变，进行第三次测试，被测试者不能分辨出测试光源闪动的“1”，通过矩阵键盘SW-PB点击了错误的按键或专用的“不能分辨”按键将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器U1内程序判断分辨错误，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成第三次测试；

在以上的三次测试中，被测试者发生由能分辨到不能分辨的变化，则其最后一次能够分辨测试光源闪动的图形、文字或符号的测试发光频率，即37Hz为该被测试者当时的频闪阈限值，该被测试者的当时的频闪阈限值37Hz显示在显示屏上。

该方法中，用于显示测试数字的低频率频闪测试光源，以可调频率为10Hz～40Hz的频率闪光，其余的光源作为一组背景光源以50HZ的频率闪光，高于普通人的频闪阈限值，在这个频率下人眼是无法分辨出闪光而认为是稳定的光源。

为了提高实验精确度，可以对同一测试频率用随机显示不同的图形、文字或符号重复进行多次测试。

应用实例2：

通过增加LED数码管的数量，将多个LED数码管(即显示单元)组成显示阵列，将测试光源改为3组，每组测试光源分别发出低于普通人的频闪阈限值的不同的测试发光频率，随机显示图形、文字或符号，例如：第一组发光频率35Hz，随机显示一个数字为“3”；第二组发光频率37Hz，显示数字“6”；第三组发光频率38Hz，显示数字“1”，其余的光源作为一组背景光源发出固定发光频率50Hz，让被测试者观察该显示阵列，被测试者能分辨出“3”和“6”，无法分辨“1”，根据本测试方法，则可快速判断该被测试者当时的频闪阈限值为37Hz，从而缩短了测试时间。

应用实例3：

LED数码管J22随机显示的一个数字为“3”，测试发光频率为35Hz，其余的光源作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的固定发光频率为50Hz，测试光源和背景光源同时频闪发光；

被测试者观察LED数码管J22，不能分辨出测试光源闪动的“3”，通过输入键盘SW-PB点击了错误的按键或专用的“不能分辨”按键将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器内程序判断分辨错误，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成第一次测试；

微控制器U1将测试光源的发光频率微调至33Hz，LED数码管J22随机显示一个数字“7”，其余的光源作为一组背景光源，其余的参数不变，被测试者仍然不能分辨，通过输入键盘SW-PB点击了错误的按键或专用的“不能分辨”按键将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器内程序判断分辨错误，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成第二次测试；

微控制器U1将测试发光频率微调至32Hz，LED数码管J22随机显示一个数字“6”，其余的光源作为一组背景光源，其余的参数不变，被测试者分辨正确，通过输入键盘SW-PB点击了正确的数字按键“6”将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器内程序判断分辨正确，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成第三次测试，

则被测试者发生由不能分辨到能分辨的变化，其最后一次不能分辨测试光源闪动的图形、文字或符号的测试发光频率，即33Hz为该被测试者当时的频闪阈限值，该被测试者的当时的频闪阈限值33Hz显示在显示屏上。

应用实例4：

通过增加LED数码管的数量，将多个LED数码管(即显示单元)组成显示阵列，将测试光源改为3组，每组测试光源分别发出低于普通人的频闪阈限值的不同的测试发光频率，随机显示图形、文字或符号，例如：第一组发光频率35Hz，随机显示一个数字为“3”；第二组发光频率33Hz，显示数字“7”；第三组发光频率32Hz，显示数字“6”，其余的光源作为一组背景光源发出固定发光频率50Hz，让被测试者观察该显示阵列，被测试者不能分辨出“3”和“7”，能分辨“6”，根据本测试方法，则可快速判断该被测试者当时的频闪阈限值为33Hz，从而缩短了测试时间。

实施例3：

一种频闪定性测试人的精神疲劳程度的方法，包括被测试者观察频闪光源的步骤，该步骤中，被测试者观察的频闪光源为显示单元或显示阵列；

被测试者能分辨出显示单元或显示阵列中的测试光源闪动的图形、文字或符号，则被测试者尚未达到该测试频率对应的精神疲劳程度；

被测试者不能分辨出测试光源闪动的图形、文字或符号，则被测试者超过了该测试频率对应的精神疲劳程度。

如果需要提高测试精度，重复进行多次测试即可。

采用实施例1的装置，用本测试方法进行频闪定性测试人的精神疲劳程度：

应用实例1：

被测试者观察8字型LED数码管J22，即由七颗LED发光二极管组成的显示单元，该显示单元通过微控制器U1控制将其中的光源即发光二极管随机分成两组，其中第一组光源作为测试光源发出对应特定精神疲劳程度的固定测试频率，用于随机显示图形、文字或符号，其余的光源作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的固定发光频率，测试光源和背景光源同时频闪发光，本例中该LED数码管J22随机显示一个数字“3”，对应的精神疲劳程度的固定测试频率为35Hz；其余的光源作为一组背景光源用于发出的固定发光频率为50Hz；测试光源和背景光源同时频闪发光，

被测试者能分辨出测试光源闪动的“3”，通过输入键盘SW-PB点击相应的按键“3”将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器U1内程序判断出分辨正确，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成测试。

则测试结果为该被测试者尚未达到固定测试频率为35Hz所对应的精神疲劳程度。

应用实例2：

通过增加LED数码管的数量，将多个LED数码管(即显示单元)组成显示阵列，该显示阵列通过微控制器U1控制将其中的发光二极管随机分成两组，其余的测试方法同实施例3的应用实例1。

应用实例3：

被测试者观察8字型LED数码管J22，即由七颗LED发光二极管组成的显示单元，该显示单元通过微控制器U1控制将其中的光源随机分成两组，其中第一组光源作为测试光源发出对应特定精神疲劳程度的固定测试频率，用于随机显示图形、文字或符号，其余的光源作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的固定发光频率，测试光源和背景光源同时频闪发光，该LED数码管J22随机显示一个数字“2”，对应的精神疲劳程度的固定测试频率为36Hz；其余的光源作为一组背景光源用于发出的固定发光频率为50Hz；测试光源和背景光源同时频闪发光，

被测试者不能分辨出测试光源闪动的“2”，通过输入键盘SW-PB点击了错误的按键或“不能分辨”按键将观察结果反馈到微控制器U1，由微控制器U1内程序判断出分辨错误，并将判断结果通过显示屏CON1、扬声器B1进行提示，完成测试。

则测试结果为该被测试者超过了固定测试频率为36Hz所对应的精神疲劳程度。

应用实例4：

通过增加LED数码管的数量，将多个LED数码管(即显示单元)组成显示阵列，该显示阵列通过微控制器U1控制将其中的光源随机分成两组，其余的测试方法同实施例3的应用实例3。

Claims (5)

1.一种频闪测试人的精神疲劳程度的装置，包括可频闪发光的光源，其特征在于：由多个可频闪发光的光源组成显示单元，显示单元中的光源分为两组，每组的发光频率分别可调，其中一组作为测试光源用于发出低于普通人的频闪阈限值的发光频率，随机显示图形、文字或符号，另一组作为背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的发光频率，测试光源和背景光源同时频闪发光；

设有输入电路，用于被测试者输入观察频闪发光的显示单元后的观察结果；

设有显示屏，用于显示信息；

所述的显示单元、输入电路和显示屏分别与微控制器连接；

所述的显示单元为8字型LED数码管，数码管的各输入端分别通过驱动电路与微控制器连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：由多个8字型LED数码管组成显示阵列，显示阵列中的光源分为至少两组，每组的发光频率分别可调，其中至少一组作为测试光源用于发出低于普通人的频闪阈限值的发光频率，随机显示图形、文字或符号，其余的光源作为一组背景光源用于发出高于普通人的频闪阈限值的发光频率。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的测试光源为3组。

4.一种用权利要求1-3所述的装置频闪定量测试人的精神疲劳程度的方法，包括被测试者观察频闪光源的步骤，其特征在于：该步骤中，被测试者观察的频闪光源为频闪测试人的精神疲劳程度的装置中的8字型LED数码管或8字型LED数码管显示阵列；

被测试者能分辨出8字型LED数码管或8字型LED数码管显示阵列中的测试光源闪动的图形、文字或符号，则将测试光源的发光频率微调高后，被测试者再观察显示单元或显示阵列进行测试；

被测试者不能分辨出测试光源闪动的图形、文字或符号，则将测试光源的发光频率微调低后，被测试者再观察显示单元或显示阵列进行测试，直至

被测试者发生由能分辨到不能分辨或由不能分辨到能分辨的变化，则其最后一次能够分辨测试光源闪动的图形、文字或符号的测试发光频率即为该被测试者当时的频闪阈限值。

5.一种用权利要求1-3所述的装置频闪定性测试人的精神疲劳程度的方法，包括被测试者观察频闪光源的步骤，其特征在于：该步骤中，被测试者观察的频闪光源为频闪测试人的精神疲劳程度的装置中的8字型LED数码管或8字型LED数码管显示阵列；

被测试者能分辨出8字型LED数码管或8字型LED数码管显示阵列中的测试光源闪动的图形、文字或符号，则被测试者尚未达到测试光源的发光频率对应的精神疲劳程度；

被测试者不能分辨出测试光源闪动的图形、文字或符号，则被测试者超过了测试光源的发光频率对应的精神疲劳程度。

Images