CN106037724A - 一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脑电波领域，具体涉及一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置，包括脑电波采集单元，该脑电波采集单元包括脑电波传感器和脑电波信号处理模块，该脑电波传感器用于实时采集人脑的脑电波并发送到脑电波信号处理模块中；疲劳监测单元，该疲劳监测单元包括预设的疲劳阈值；骨传导反馈单元，该骨传导反馈单元包括若干骨传导扬声器。本发明通过涉及一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置，采集人脑的脑电波，能在基本不受外界条件约束的情况下，通过监测脑电波这种生物电现象，较准确的监测到人的疲劳状态；以及在疲劳预警时利用骨传导技术，起到语音提醒的作用。
Description
技术领域
本发明涉及脑电波领域，具体涉及一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置。
背景技术
人现有的防疲劳驾驶设备中，有的是基于车辆运行状态，有的是基于驾驶人行为特征的，这类产品采用的技术都不是基于疲劳这种生理现象的直接生理特征依据而得出的判断，受外界多种因素影响很大，导致误判率高。也有采用基于生理征作为疲劳的判断依据的设备，如采用PERCLOS(Percentage of Eyelid Closure Over the Pupil Over Time)技术对瞳孔和眼睑闭合时间的检测，但这种方法因人的个体差异大，算法没有普适性。而且如迎光时，瞳孔和眼睑表现与正常情况下也不一样。对夜间行车，要求采用红外摄像技术，否则，无法正常采集到这些生理特征。所以这种方法对使用环境的条件有一定要求。
由于大脑思维状态会带来成千上万的神经活动，这些活动会形成脑电波。这种脑电波是能通过仪器或电子装置探测到，人的大脑前额处的皮质产生更高级的思维，它控制着人的情绪、精神状态和专注度；人的疲劳状态可通过研究脑前额的脑电波活动，经过脑电波疲劳算法，非常准确地监测到。因此，采用脑电波防疲劳设备，一般是通过脑电波传感器，获取到脑电数据后；然后经过脑电算法监测到疲劳状态；再通过振动或蜂鸣器等方式反馈，起到提醒使用者已进入疲劳困盹状态了；从而达到自我意识到已经进入疲劳状态。
在现有设备中，当探测到疲劳状态时，提供的提醒反馈方式一般是传统的语音(蜂鸣)的这种声音或压力、振动等方式。语音(蜂鸣)方式的提醒方式，的确是一种直接而含义明确的方式，但这种传统语音方式，在杂吵的环境情况下，可能因与环境音混杂而听不清而被忽略；或有些场景下不宜发出声响；如果用耳机方式，能避免上述情况，但因在某些使用场景下，又要容易听到外界的声音。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置，实现准确的监测疲劳情况，以及报警时不影响其他人和妨碍自己听力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置，包括：
脑电波采集单元，该脑电波采集单元包括脑电波传感器和脑电波信号处理模块，该脑电波传感器用于实时采集人脑的脑电波并发送到脑电波信号处理模块中，该脑电波信号处理模块用于处理脑电波并形成可识别判断疲劳状态的疲劳数值；
疲劳监测单元，该疲劳监测单元包括预设的疲劳阈值，以及根据接收实时采集的脑电波各波频段强度值且经计算而得的疲劳数值，该疲劳数值与疲劳阈值比较、处理，当疲劳数值超出疲劳阈值时产生判定为疲劳状态并发送警报信号到骨传导反馈单元中；
骨传导反馈单元，该骨传导反馈单元包括若干骨传导扬声器，该骨传导扬声器根据警报信号将一振动信号通过耳旁的皮肤和颅骨传递至内耳。
其中，较佳方案是：该脑电波传感器包括设置在前额的干电极和设置在耳垂的参考电极，该干电极和参考电极实时采集前额处的脑电压信号，并发送到脑电波信号处理模块中。
其中，较佳方案是：包括一枕式头戴设备，该枕式头戴设备包括一枕式支架、设置在枕式支架上的弹性弯头和耳夹，该干电极设置在弹性弯头的末端，该参考电极设置在耳夹上。
其中，较佳方案是：该骨传导扬声器设置在枕式支架的对应位置上。
其中，较佳方案是：该枕式头戴设备还包括一电源和与电源连接的电源管理模块，该电源管理模块至少包括一充电电路，该充电电路为电源充电。
其中，较佳方案是：该脑电波信号处理模块包括信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、分析处理电路和去噪电路，该脑电波依次通过信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、分析处理电路和去噪电路，获得脑电波的若干频带信号。
其中，较佳方案是：该脑电波信号处理模块还包括一疲劳数值处理器，该疲劳数值处理器用于处理脑电波的若干频带信号，并形成可识别判断疲劳状态的疲劳数值。
其中，较佳方案是：该分析处理电路包括若干频域变换算法模块，该脑电波经过A/D转换电路的模数转换后通过频域变换算法模块，获得脑电波的若干频带信号。
其中，较佳方案是：该疲劳监测单元包括一疲劳判定模型，该疲劳判定模型根据采集的人清醒及疲劳驾驶时的若干样本并分析、处理获得，该疲劳判定模型包括疲劳阈值，当疲劳数值大于或等于疲劳阈值时，产生判定为疲劳状态并发送警报信号到骨传导反馈单元中。
其中，较佳方案是：该骨传导反馈单元还包括音频播放模块，该音频播放模块与骨传导扬声器连接，该音频播放模块根据警报信号用于将预存的提醒语音解码播放，该骨传导扬声器将音频信号转换成振动信号。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过涉及一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置，采集人脑的脑电波，能在基本不受外界条件约束的情况下，通过监测脑电波这种生物电现象，较准确的监测到人的疲劳状态；以及在疲劳预警时利用骨传导技术，起到语音提醒的作用，使用户意识到自己已处于疲劳状态；而且采用骨传导技术仅本人能听到，不干扰和影响周围人，并且不影响听力。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置的结构框图；
图2是本发明脑电波采集单元的结构框图；
图3是本发明脑电波采集单元的具体结构框图；
图4是本发明脑电波采集单元的结构示意图；
图5是本发明枕式头戴设备的结构示意图；
图6是本发明脑电波信号处理模块的具体结构框图；
图7是本发明骨传导反馈单元的具体结构框图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置的优选实施例。
一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置，包括脑电波采集单元10、疲劳监测单元20和骨传导反馈单元30，具体的，脑电波采集单元10包括脑电波传感器11和脑电波信号处理模块12，脑电波传感器11用于实时采集人脑的脑电波并发送到脑电波信号处理模块12中，脑电波信号处理模块12用于处理脑电波并形成可识别判断疲劳状态的疲劳数值；疲劳监测单元20包括预设的疲劳阈值，以及根据接收实时采集的脑电波各波频段强度值且经计算而得的疲劳数值，该疲劳数值与疲劳阈值比较、处理，当疲劳数值超出疲劳阈值时产生判定为疲劳状态并发送警报信号到骨传导反馈单元30中；骨传导反馈单元30包括若干骨传导扬声器31，骨传导扬声器31根据警报信号将一振动信号通过耳旁的皮肤和颅骨传递至内耳，其中，骨传导扬声器31优选为两个并分贝设置在左右耳旁。
进一步地，疲劳监测单元20包括一疲劳判定模型，疲劳判定模型根据采集的人清醒及疲劳驾驶时的若干样本并分析、处理获得，疲劳判定模型包括疲劳阈值，当疲劳数值大于或等于疲劳阈值时，产生判定为疲劳状态并发送警报信号到骨传导反馈单元30中。
具体地，采集的人清醒及疲劳驾驶时的若干样本，利用不同的数据分析方法，处理若干样本的脑电波，数据分析方法包括如数理统计、SVM支持向量机等机器学习方法，总结归纳人疲劳状态的判定模型算法，得到疲劳指标；对不同波段的脑电波的幅值计算其算数平均及标准平方差，并与判定模型算法进行比较，从而得出当前疲劳指数是应增加还是减少，是否达到判定模型设定的疲劳阈值；若疲劳数值大于或等于疲劳阈值时，判定为疲劳状态。采集人脑的脑电波，能在基本不受外界条件约束的情况下，通过监测脑电波这种生物电现象，较准确的监测到人的疲劳状态。
如图3、图4和图5所示，本发明提供一种枕式头戴设备的较佳实施例。
脑电波传感器11包括设置在前额的干电极111和设置在耳垂的参考电极112，干电极111和参考电极112实时采集前额处的脑电压信号，并发送到脑电波信号处理模块12中。参考图4，采用脑电极导联方式，将干电极111放置前额的Fp1或Fp2处，并将参考电极112分别放置耳垂A1、A2处，或者同时放在A1处或A2处，实时采集人脑的脑电波。
在本实施例中，提供一种枕式头戴设备，枕式头戴设备包括一枕式支架41、设置在枕式支架41上的弹性弯头42和耳夹43，干电极111设置在弹性弯头42的末端，参考电极112设置在耳夹43上。
进一步地，骨传导扬声器31设置在枕式支架41的对应位置上。
进一步地，枕式头戴设备还包括一电源和与电源连接的电源管理模块，电源管理模块至少包括一充电电路，充电电路为电源充电。
其中，枕式支架41上设置一电路区44，电源、电源管理模块以及用于控制处理枕式头戴设备的处理器均设置在电路区44中。
具体地，枕式头戴设备穿戴在头上，干电极111通过弹性弯头42贴着前额的Fp1或Fp2处，同时，参考电极112通过耳夹43夹在耳垂处，实现实时采集人脑的脑电波；骨传导扬声器31通过枕式支架41贴近耳旁设置，在判定为疲劳状态时，发出振动信号并通过耳旁的皮肤和颅骨传递至内耳，产生听觉，实现提醒功能。
如图6所示，本发明提供一种脑电波信号处理模块的较佳实施例。
脑电波信号处理模块12包括信号放大电路121、滤波电路122、A/D转换电路123、分析处理电路124和去噪电路125，脑电波依次通过信号放大电路121、滤波电路122、A/D转换电路123、分析处理电路124和去噪电路125，获得脑电波的若干频带信号，人脑脑电波频带信号包括如δ、θ、α、β、γ等脑电波信号。
进一步地，脑电波信号处理模块12还包括一疲劳数值处理器126，疲劳数值处理器126用于处理脑电波的若干频带信号，即计算脑电波中的几种典型频带的功率谱密度，形成可识别判断疲劳状态的疲劳数值。
其中，分析处理电路124包括若干频域变换算法模块，脑电波经过A/D转换电路123的模数转换后通过频域变换算法模块，获得脑电波的若干频带信号；频域变换算法模块包括wavelet(小波)和FFT(快速傅里叶)等频域变换算法。
如图7所示，本发明提供一种骨传导反馈单元的较佳实施例。
骨传导反馈单元30还包括音频播放模块32，音频播放模块32与骨传导扬声器31连接，音频播放模块32根据警报信号用于将预存的提醒语音解码播放，骨传导扬声器31将音频信号转换成振动信号，振动信号通过耳旁的皮肤和颅骨传递至内耳，产生听觉。以及在疲劳预警时利用骨传导技术，起到语音提醒的作用，使用户意识到自己已处于疲劳状态；而且采用骨传导技术仅本人能听到，不干扰和影响周围人，并且不影响听力。
优选地，骨传导反馈单元30还包括一控制模块，控制模块分别与音频播放模块32、骨传导扬声器31和疲劳监测单元20连接，控制模块根据疲劳监测单元20发送的警报信号，控制音频播放模块32、骨传导扬声器31进行相应工作。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置，其特征在于，包括：
脑电波采集单元，该脑电波采集单元包括脑电波传感器和脑电波信号处理模块，该脑电波传感器用于实时采集人脑的脑电波并发送到脑电波信号处理模块中，该脑电波信号处理模块用于处理脑电波并形成可识别判断疲劳状态的疲劳数值；
疲劳监测单元，该疲劳监测单元包括预设的疲劳阈值，以及根据接收实时采集的脑电波各波频段强度值且经计算而得的疲劳数值，该疲劳数值与疲劳阈值比较、处理，当疲劳数值超出疲劳阈值时产生判定为疲劳状态并发送警报信号到骨传导反馈单元中；
骨传导反馈单元，该骨传导反馈单元包括若干骨传导扬声器，该骨传导扬声器根据警报信号将一振动信号通过耳旁的皮肤和颅骨传递至内耳。
2.根据权利要求1所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该脑电波传感器包括设置在前额的干电极和设置在耳垂的参考电极，该干电极和参考电极实时采集前额处的脑电压信号，并发送到脑电波信号处理模块中。
3.根据权利要求2所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该骨传导反馈装置包括一枕式头戴设备，该枕式头戴设备包括一枕式支架、设置在枕式支架上的弹性弯头和耳夹，该干电极设置在弹性弯头的末端，该参考电极设置在耳夹上。
4.根据权利要求3所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该骨传导扬声器设置在枕式支架的对应位置上。
5.根据权利要求3所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该枕式头戴设备还包括一电源和与电源连接的电源管理模块，该电源管理模块至少包括一充电电路，该充电电路为电源充电。
6.根据权利要求1所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该脑电波信号处理模块包括信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、分析处理电路和去噪电路，该脑电波依次通过信号放大电路、滤波电路、A/D转换电路、分析处理电路和去噪电路，获得脑电波的若干频带信号。
7.根据权利要求6所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该脑电波信号处理模块还包括一疲劳数值处理器，该疲劳数值处理器用于处理脑电波的若干频带信号，并形成可识别判断疲劳状态的疲劳数值。
8.根据权利要求6所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该分析处理电路包括若干频域变换算法模块，该脑电波经过A/D转换电路的模数转换后通过频域变换算法模块，获得脑电波的若干频带信号。
9.根据权利要求1或7所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该疲劳监测单元包括一疲劳判定模型，该疲劳判定模型根据采集的人清醒及疲劳驾驶时的若干样本并分析、处理获得，该疲劳判定模型包括疲劳阈值，当疲劳数值大于或等于疲劳阈值时，产生判定为疲劳状态并发送警报信号到骨传导反馈单元中。
10.根据权利要求1所述的骨传导反馈装置，其特征在于：该骨传导反馈单元还包括音频播放模块，该音频播放模块与骨传导扬声器连接，该音频播放模块根据警报信号用于将预存的提醒语音解码播放，该骨传导扬声器将音频信号转换成振动信号。
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| CN201610473403.7A CN106037724A (zh) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置 |
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| CN201610473403.7A Pending CN106037724A (zh) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 一种基于脑电波防疲劳监测的骨传导反馈装置 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107168529A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-09-15 | 深圳市明德智慧教育科技有限公司 | 用户状态的监测及调控方法及头戴式设备 |
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| CN114209328A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-03-22 | 宏谷信息科技（珠海）有限公司 | 一种基于脑电波监测的声光结合干预装置 |
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2016
- 2016-06-24 CN CN201610473403.7A patent/CN106037724A/zh active Pending
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