CN107049329B - 一种眨眼频率检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种眨眼检测装置及其检测方法，包括戴于眼睛的框架、距离传感器和环境光传感器，所述环境光传感器安装于框架上靠近眼角一侧，距离传感器安装于框架上且正对眼球位置，检测方法包括数据采集，数据预处理以及分类模型匹配等。本发明检测精准出错率低，自动化程度较高，便于操作和使用。

Description

一种眨眼频率检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种眨眼频率检测装置及其检测方法。
背景技术
据CNNIC《第39次中国互联网络发展状况统计报告》，截至2016年12月底，我国网民规模达7.31亿，手机网民达6.95亿。流行病学调查表明，年龄在30～40岁人群中超过20％患有干眼症。近年来，干眼症发病率正逐步上升，这与中国日益增长的网民规模和使用电脑市场密切相关。
现有的针对干眼症的治疗或保健仪器设备多采用蒸汽热敷、超声雾化、湿房镜、中药加热熏蒸，还有穴位按摩，这些技术存在体积大、携带不便、效果不好等问题。并且在治疗使用过程中，用户常常会眨眼，因此必须准确检测用户的眨眼时间以及眨眼频率，而现有检测方法存在以下缺陷：
(1)不够精确，距离测量单位为厘米。
(2)只能处理单一情况，对于未知错误处理能力较单一。
(3)距离传感器重量太大，置于镜框前方会有不便，
(4)红外接近测距和肌电分析成本较高。
(5)整个Arduino表达逻辑的代码还不够严谨。
发明内容
技术目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种眨眼检测装置及其检测方法，本发明整体的检测过程严谨，分类模型更完善，距离传感器检测距离更精确。
技术手段：为实现上述技术目的，本发明提供一种眨眼检测装置，包括戴于眼睛的框架、距离传感器和环境光传感器，所述环境光传感器安装于框架上靠近眼角一侧，距离传感器安装于框架上且正对眼球位置。
本发明还公开了一种眨眼检测装置的检测方法，用户带上检测装置，打开总电源，在用户睁眼时使用距离传感器采集眼距数据，然后计算平均睁眼距离X，完成数据初始化测量；再次使用距离传感器采集数据，进行数据处理，得出平均值X’，进行svm分类模型匹配，判定用户是否眨眼，最后进入下一循环重新采集数据，具体包括以下步骤：
(1)操作开始：用户佩戴检测装置，打开电源，由环境光传感器判断检测用户是否佩戴完成而决定是否开始；
(2)初始化数据的采集，采用Arduino开发板作为主处理器，距离传感器将测量的数据以二进制补码的形式通过接口总线传输给主处理器，使用距离传感器获取用户睁眼时的测量初始距离，该距离传感器采集用户睁眼的原始距离值；
(3)数据的预处理；对距离传感器的数据进行误差校正即去除泪液和角度的影响进行预处理，进而得到用户睁眼的初始化距离的平均值X；
(4)特征提取：采用测量距离判断来提取特征，由于测量距离与眼球动态有密切联系，所以测量距离可以作为分类的特征；
(5)建立训练样本：输入的数据为X1、X2、X3......X200，为1秒内进行的200次测量所计算出的平均距离值X’，采样周期为60s；
(6)构建SVM分类预测模型；
①若X’≥X，则判断用户为睁眼状态；
②若X’＜X，则判断用户为闭眼状态，计用户眨眼一次；
(7)将初始化后的测量值放入步骤(5)中的SVM分类模型，得知该患者当前眼球动态，并根据实时动态来测定用户是否眨眼；
(8)进入下一轮的数据采集和眨眼判定，记录眨眼总次数。
进一步的，所述步骤(2)中，使用距离传感器在30秒内进行200次距离测量，然后将这200个距离数据预处理得到用户初始平均睁眼距离X。
上述眨眼检测装置应用于雾化器中，若测得干眼患者60s内眨眼次数少于12次，则启动雾化器。
上述眨眼检测装置还设置有警示灯，若测得用户眨眼频率较高，则警示灯亮起，起到提醒作用。例如发现长途司机眨眼频率每分钟次数很高，那就说明其很困，就可以启动警示灯提醒司机；例如检测用户刺激感和眨眼频率的关系，用于临床试验时，如果用户刺激较大，可以直接停止试验。例如用来研究眨眼频率和学习阅读专注程度的关系，在用户开小差或者犯困时提醒用户。
有益效果：本发明采用Arduino作为主处理器，通过距离传感器检测镜框与眼球各点距离的变化以检测眼睑运动来判断眨眼。同时，通过环境光传感器可以感知周围光线情况，并判断仪器是否佩戴完成，当人佩戴时护眼仪才会工作。摘下仪器会告知Arduino即自动调节停止仪器工作，降低产品的功耗，具体包括以下优点：
(1)本发明系统地提出一种监测眼球动态的方式，有利于提高本发明所应用仪器的工作效率；
(2)能够精确地测量距离以及距离的变化，出错率低，自动化程度较高，便于操作和使用；
(3)本发明整体结构架构简单、清晰，易于实现。
附图说明
图1为本发明的检测装置示意图；
图2为实施例的整体工作流程图；
图3为本发明中距离传感器初始化进行模型训练的流程图；
图4为本发明中距离传感器匹配分析眼球动态的流程图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明提供一种眨眼检测装置，包括戴于眼睛的框架、距离传感器2和环境光传感器1，环境光传感器1安装于框架上靠近眼角一侧，距离传感器2安装于框架上且正对眼球位置。
本发明还公开了一种眨眼检测装置的检测方法，用户带上检测装置，打开总电源，在用户睁眼时使用距离传感器2采集眼距数据，然后计算平均睁眼距离X，完成数据初始化测量；再次使用距离传感器2采集数据，进行数据处理，得出平均值X’，进行svm分类模型匹配，判定用户是否眨眼，最后进入下一循环重新采集数据，具体包括以下步骤：
(1)操作开始：用户佩戴检测装置，打开电源，由环境光传感器1判断检测用户是否佩戴完成而决定是否开始；
(2)初始化数据的采集，采用Arduino开发板作为主处理器，距离传感器2将测量的数据以二进制补码的形式通过接口总线传输给主处理器，使用距离传感器2获取用户睁眼时的测量初始距离，该距离传感器2采集用户睁眼的原始距离值；
(3)数据的预处理；对距离传感器2的数据进行误差校正即去除泪液和角度的影响进行预处理，进而得到用户睁眼的初始化距离的平均值X；
(4)特征提取：采用测量距离判断来提取特征，由于测量距离与眼球动态有密切联系，所以测量距离可以作为分类的特征；
(5)建立训练样本：输入的数据为X1、X2、X3......X200，为1秒内进行的200次测量所计算出的平均距离值X’，采样周期为60s；
(6)构建SVM分类预测模型；
①若X’≥X，则判断用户为睁眼状态；
②若X’＜X，则判断用户为闭眼状态，计用户眨眼一次；
(7)将初始化后的测量值放入步骤(5)中的SVM分类模型，得知该患者当前眼球动态，并根据实时动态来测定用户是否眨眼；
(8)进入下一轮的数据采集和眨眼判定，记录眨眼总次数。
上述检测方法通过Arduino开发软件编写代码作为主处理器，并控制距离传感器2和环境光传感器1，由距离传感器2检测测试点与眼球各点距离的变化以检测眼睑运动来判断是否眨眼。同时，将环境光传感器1置于眼角附近，通过环境光传感器1感知周围光线情况，并判断仪器是否佩戴完成，当人佩戴时护眼仪才会工作，摘下仪器会告知主处理器自动调节停止仪器工作，降低产品的功耗。
实施例：
首先，用户佩戴镜框，通过环境光传感器1判断检测是否开始；
其次，使用距离传感器2进行每秒200次测量模块与眼球的距离，该距离传感器2主要采集眼球表面与测量点之间的原始距离。
距离传感器2的数据进行误差校正，过滤无用数据，去除眼球表面泪液等干扰因素影响等预处理，通过发射激光，并测量此光脉冲从发射到被眼球反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离即使用飞行时间法来测量距离。
该算法使用每秒200次的精确测量，在初始化中测算出距离平均值，当距离小于初始化平均值则为闭眼，大于等于初始化平均值则为睁眼，通过这样判断距离是否变化判断眨眼次数。当测量出一分钟眨眼次数小于12次，则打开雾化器，并且LED灯闪烁，提醒用户眨眼。若大于12次，则继续测量。
综上所述，本发明能够自动初始化识别该用户眼球动态，例如用于雾化器时，当患者每分钟眨眼次数小于12次，主处理器的控制模块控制自动打开雾化器，进行雾化治疗，并且LED灯闪烁，提醒用户眨眼。而当患者每分钟眨眼次数多于12次，默认眼球动态正常，不打开雾化器。

Claims (4)

1.一种眨眼检测装置，其特征在于：包括戴于眼睛的框架、距离传感器和环境光传感器，所述环境光传感器安装于框架上靠近眼角一侧，距离传感器安装于框架上且正对眼球位置；
该眨眼检测装置的检测方法为：用户带上检测装置，打开总电源，在用户睁眼时使用距离传感器采集眼距数据，然后计算平均睁眼距离X，完成数据初始化测量；再次使用距离传感器采集数据，进行数据处理，得出平均值X’，进行svm分类模型匹配，判定用户是否眨眼，最后进入下一循环重新采集数据，具体包括以下步骤：
(1)操作开始：用户佩戴检测装置，打开电源，由人体红外运动传感器判断检测用户是否佩戴完成而决定是否开始；
(2)初始化数据的采集，采用Arduino开发板作为主处理器，距离传感器将测量的数据以二进制补码的形式通过接口总线传输给主处理器，使用距离传感器获取干眼症患者睁眼时的测量初始距离，该距离传感器采集用户睁眼的原始距离值；
(3)数据的预处理；对距离传感器的数据进行误差校正即去除泪液和角度的影响进行预处理，进而得到用户睁眼的初始化距离的平均值X；
(4)特征提取：采用测量距离判断来提取特征，由于测量距离与眼球动态有密切联系，所以测量距离可以作为分类的特征；
(5)建立训练样本：输入的数据为X1、X2、X3......X200，为1秒内进行的200次测量所计算出的平均距离值X’，采样周期为60s；
(6)构建SVM分类预测模型；
①若X’≥X，则判断用户为睁眼状态；
②若X’＜X，则判断用户为闭眼状态，计用户眨眼一次；
(7)将初始化后的测量值放入步骤(5)中的SVM分类模型，得知该用户当前眼球动态，并根据实时动态来测定用户是否眨眼；
(8)进入下一轮的数据采集和眨眼判定，记录眨眼总次数。
2.根据权利要求1所述的眨眼检测装置，其特征在于：所述步骤(2)中，使用距离传感器在30秒内进行200次距离测量，然后将这200个距离数据预处理得到用户初始平均睁眼距离X。
3.根据权利要求1所述的眨眼检测装置，其特征在于：所述检测装置应用于雾化器中，若测得干眼患者60s内眨眼次数少于12次，则启动雾化器。
4.根据权利要求1所述的眨眼检测装置，其特征在于：所述检测装置还设置有警示灯，若测得用户眨眼频率较高，则警示灯亮起，起到提醒作用。
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