CN107648719A - 基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统 - Google Patents

基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其包括：佩戴本体，用于佩戴到眼部；图像采集单元，用于实时采集眼部图像；头部运动轨迹采集单元，用于采集头部运动实时轨迹信息；光刺激单元，用于照明刺激眼部；声刺激单元，用于发出声音；振动刺激单元，用于提供特定序列的振动刺激；控制单元包括分别与上述各单元通信连接的控制器，用于通过接收的实时眼部图像和头部运动实时轨迹信息对人体疲劳度进行判断，输出觉醒度等级，并根据觉醒度等级发出光刺激和/或声刺激和/或振动刺激的信号。本发明输出觉醒度等级的同时，提供声、光、振动刺激以提高觉醒度，系统集成度高，适用于个体检测和集群检测。

Description

基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统
技术领域
本发明涉及疲劳检测与觉醒刺激技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统。
背景技术
觉醒度(Vigilance)是指人集中精力执行一项操作任务时所表现出的灵敏程度，包括对疲劳和瞌睡状态的度量。许多人机交互系统需要操作人员保持一定的警觉度，例如，空中管制中心的管制员、军事作战指挥部指战员、飞行员、高速公路上的长途客车驾驶员，都需要保持较高的警觉度，并且需要对觉醒度有一定反馈供监控与管理。
如何快速准确的识别佩戴人员的疲劳状态并转换为相应的觉醒度等级，是该类设备的一个重要问题，关系到设备能否被真正使用到生产实践当中，尤其在复杂作业环境中，可靠，稳定，快速的获取佩戴人员的状态，并给予相应的刺激信号，提高人员觉醒度，提高作业能力，防止误操作及危险操作的发生。
现有技术中，出现通过佩戴眼镜式的装置来检测觉醒度，例如，申请号为201510495779.3的专利提出了一种基于眼镜式佩戴装置，光电检测为手段的清醒状态检测及刺激装置，该装置检测手段单一，存在一定的漏检及错误检测概率，有一定的局限性。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，进行人体疲劳度判断、输出觉醒度等级的同时，提供声、光、振动刺激以提高作业人员的觉醒程度，系统集成度高，适用于个体检测和集群检测。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供一种基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其包括：佩戴本体，其用于佩戴到眼部；图像采集单元，其位于所述佩戴本体上对应眼部的位置，用于实时采集眼部图像；头部运动轨迹采集单元，其安装到所述佩戴本体上，用于采集头部运动实时轨迹信息；光刺激单元，其位于所述佩戴本体上对应眼部的位置，用于照明刺激眼部；声刺激单元，其位于所述佩戴本体上对应耳部的位置，用于发出声音；振动刺激单元，其位于所述佩戴本体的一侧，用于提供特定序列的振动刺激；以及，控制单元，其位于所述佩戴本体一侧；其中，所述控制单元包括分别与上述各单元通信连接的控制器，用于通过接收的所述实时眼部图像和所述头部运动实时轨迹信息对人体疲劳度进行判断，输出觉醒度等级，并根据所述觉醒度等级发出光刺激和/或声刺激和/或振动刺激的信号。
优选的是，所述图像采集单元包括：图像采集器，其通信连接到所述控制器，用于实时采集眼部图像并发送给所述控制器进行处理；红外光源，其分别通信连接到所述图像采集器和所述控制器，为所述图像采集器提供红外照明。
优选的是，所述光刺激单元包括：冷光带，其通信连接到所述控制器，用于发出蓝光以刺激眼部。
优选的是，所述声刺激单元包括：骨传导耳机，其通信连接到所述控制器，用于提供不同频率和响度的声音刺激。
优选的是，所述振动刺激单元包括：扁平马达，其通信连接到所述控制器，用于供特定序列的振动。
优选的是，所述特定序列的振动，指的是间隔10秒钟振动3秒，间隔8秒振动4秒，间隔6秒振动5秒，间隔4秒振动4秒，间隔2秒振动2秒并重复4次。
优选的是，所述控制单元还包括：GPS模块，其通信连接到所述控制器，用于实时采集位置信息并反馈给所述控制器。
优选的是，所述控制单元还包括：无线通信组件，其通信连接到所述控制器；所述无线通信组件至少包括wifi、蓝牙中的一种。
优选的是，还包括：至少一个远程控制单元，其通信连接到所述无线通信组件，通过所述无线通信组件与所述控制器通信。
优选的是，还包括：选择与切换单元，其通信连接到所述控制器，用于对光刺激、声刺激以及振动刺激进行选择与切换。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明提供的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，通过佩戴本体佩戴的方式，实现控制器对采集的实时眼部图像进行人体疲劳度的判断、输出觉醒度等级的同时，提供声、光、振动刺激以提高作业人员的觉醒程度，系统集成度高，通信便利，也适用于个体监测和集群监测。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统的通信示意图；
图中：
10-控制单元；11-控制器；12-GPS模块；13-无线通信组件；
20-图像采集单元；21-图像采集器；22-红外光源；
30-光刺激单元；31-冷光带；
40-声刺激单元；41-骨传导耳机；
50-振动刺激单元；51-扁平马达；
60-头部运动轨迹采集单元；
70-选择与切换单元；80-远程控制单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本发明提供一种基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其包括佩戴本体、图像采集单元20、光刺激单元30、声刺激单元40、振动刺激单元50、头部运动轨迹采集单元60以及控制单元10。佩戴本体用于佩戴到眼部。佩戴本体可以是眼镜，也可以是佩戴到人体头部的帽子，帽子具有可佩戴到眼部以检测的部分，本发明对佩戴本体的具体形式不做具体限定。图像采集单元20位于佩戴本体上对应眼部的位置，用于实时采集眼部图像。头部运动轨迹采集单元60，安装到佩戴本体上，用于采集头部运动实时轨迹信息。光刺激单元30位于佩戴本体上对应眼部的位置，用于照明刺激眼部。声刺激单元40位于佩戴本体上对应耳部的位置，用于发出声音刺激。振动刺激单元50位于佩戴本体的一侧，用于提供特定序列的振动刺激。控制单元10位于佩戴本体一侧，控制单元10包括分别与上述各单元通信连接的控制器11，用于通过接收实时眼部图像和头部运动实时轨迹信息对人体疲劳度进行判断；根据判断结果，输出觉醒度等级；并根据觉醒度等级，发出光刺激和/或声刺激和/或振动刺激的信号。
上述实施方式中，佩戴该佩戴本体后，图像采集单元20实时采集眼部图像和头部运动轨迹采集单元60采集的头部运动实时轨迹信息分别发送给控制器11后，控制器11结合眼部实时图像和头部运动实时轨迹信息，对人体疲劳度进行判断，输出觉醒度等级。采用同时对眼部和头部运动状态监测以进行疲劳度的判断和觉醒度等级划分的方法，具有较高的精确性。当觉醒度等级较低，并低于控制器11预存的觉醒度阈值时，控制器11发出相应的刺激信号去刺激佩戴本体上的相关单元以刺激人体。具体地，控制器发出光刺激信号给光刺激单元30进行照明刺激眼部；控制器11发出声刺激信号给声刺激单元40发声以刺激耳部；控制器11发出振动刺激信号给振动刺激单元50发出特定序列的振动刺激人体头部。由此可见，本发明提供的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，通过佩戴到眼部的方式，进行人体疲劳度判断、输出觉醒度等级的同时，提供声、光、振动刺激以提高作业人员的觉醒程度，系统集成度高。
需要说明的是，根据人体觉醒度的不同等级，控制器11可以优选上述光刺激、声刺激以及振动刺激中的一种或几种刺激信号驱动相应刺激。至于具体的觉醒度等级与其对应的刺激种类，本发明不做具体限制，可由用户自行设置进行选择。作为进一步优选，基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统还包括通信连接到控制器11的择与切换单元70，用于对光刺激、声刺激以及振动刺激进行选择与切换。至于选择与切换单元70的具体实现形式，可以是设置到佩戴本体的按钮组件，手动操作各个刺激单元的选择与切换，也可以是以无线方式与控制器11通信的手持操作装置，本发明不做具体限制。
上述实施方式中，头部运动轨迹采集单元60，优选为基于三轴加速度和三轴陀螺仪的传感器，可精确获取头部运动实时轨迹信息。
上述实施方式中，图像采集单元20包括图像采集器21和红外光源22。图像采集器21通信连接到控制器11，用于实时采集眼部图像并发送给控制器11进行处理。红外光源22分别通信连接到图像采集器21和控制器11，红外光源22在控制器11的光刺激信号的驱动下，提供红外照明，以红外照明辅助图像采集器21进行眼部图像采集。为了保证红外照明的同时，不对眼部造成伤害，红外光源22的波长优选为850nm。
上述实施方式中，光刺激单元30包括冷光带31。冷光带31通信连接到控制器11，用于发出蓝光以刺激眼部，提高用户的觉醒度。蓝光的波长范围优选为480-480nm，保证刺激眼部的同时，不会对眼部造成伤害。
上述实施方式中，声刺激单元40包括骨传导耳机41。骨传导耳机41通信连接到控制器11，用于提供不同频率和响度的声音刺激，提高用户的觉醒度。声音刺激的频率范围是5000-7000Hz，响度范围是声强为70-80dB，保证刺激耳部的同时，不会对耳部造成伤害。
上述实施方式中，振动刺激单元50包括扁平马达51。扁平马达51通信连接到控制器11，用于供特定序列的振动，通过振动提高人体觉醒度。作为一种优选，特定序列的振动，指的是间隔10秒钟振动3秒，间隔8秒振动4秒，间隔6秒振动5秒，间隔4秒振动4秒，间隔2秒振动2秒并重复4次。该序列的振动不会对人体头部造成伤害，也能有效提高人体觉醒度。
上述实施方式中，控制单元10还包括GPS模块12。GPS模块12通信连接到控制器11，用于实时采集位置信息并反馈给控制器11，则在控制器11获得觉醒度等级的同时获得该觉醒度等级用户所处的实时位置信息。
上述实施方式中，控制单元10还包括无线通信组件13。无线通信组件13通信连接到控制器11。通过无线通信组件13，控制器11在获得觉醒度等级以及该觉醒度等级用户所处的实时位置信息时，可通过无线通信组件13以无线方式输出觉醒度等级及其对应用户的实时位置信息，供远程监控。作为进一步优选，无线通信组件13至少包括wifi、蓝牙中的一种，通信便利。
作为上述实施方式的优选，基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统还包括至少一个远程控制单元80。远程控制单元80通信连接到无线通信组件13，远程控制单元80通过无线通信组件13与控制单元10的控制器11通信，实现觉醒度等级、实时位置信息等的远程监控。需要说明的是，至少一个远程控制单元80与GPS模块12的合作，实现多个远程监控用户对一个或多个用户的疲劳状态、觉醒度以及所在位置进行监控，适合疲劳度的集群监测，例如，远程控制单元80对其控制的至少一个驾驶员进行疲劳状态、觉醒度以及位置的检测，并在出现觉醒度较低的危险状态下及时了解用户位置，作出应急措施。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，其包括：
佩戴本体，其用于佩戴到眼部；
图像采集单元，其位于所述佩戴本体上对应眼部的位置，用于实时采集眼部图像；
头部运动轨迹采集单元，其安装到所述佩戴本体上，用于采集头部运动实时轨迹信息；
光刺激单元，其位于所述佩戴本体上对应眼部的位置，用于照明刺激眼部；
声刺激单元，其位于所述佩戴本体上对应耳部的位置，用于发出声音；
振动刺激单元，其位于所述佩戴本体的一侧，用于提供特定序列的振动刺激；以及，
控制单元，其位于所述佩戴本体一侧；
其中，所述控制单元包括分别与上述各单元通信连接的控制器，用于通过接收的所述实时眼部图像和所述头部运动实时轨迹信息对人体疲劳度进行判断，输出觉醒度等级，并根据所述觉醒度等级发出光刺激和/或声刺激和/或振动刺激的信号。
2.如权利要求1所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，所述图像采集单元包括：
图像采集器，其通信连接到所述控制器，用于实时采集眼部图像并发送给所述控制器进行处理；
红外光源，其分别通信连接到所述图像采集器和所述控制器，为所述图像采集器提供红外照明。
3.如权利要求1所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，所述光刺激单元包括：
冷光带，其通信连接到所述控制器，用于发出蓝光以刺激眼部。
4.如权利要求1所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，所述声刺激单元包括：
骨传导耳机，其通信连接到所述控制器，用于提供不同频率和响度的声音刺激。
5.如权利要求1所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，所述振动刺激单元包括：
扁平马达，其通信连接到所述控制器，用于供特定序列的振动。
6.如权利要求5所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，
所述特定序列的振动，指的是间隔10秒钟振动3秒，间隔8秒振动4秒，间隔6秒振动5秒，间隔4秒振动4秒，间隔2秒振动2秒并重复4次。
7.如权利要求1所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，所述控制单元还包括：
GPS模块，其通信连接到所述控制器，用于实时采集位置信息并反馈给所述控制器。
8.如权利要求1所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，所述控制单元还包括：
无线通信组件，其通信连接到所述控制器；所述无线通信组件至少包括wifi、蓝牙中的一种。
9.如权利要求8所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，还包括：
至少一个远程控制单元，其通信连接到所述无线通信组件，通过所述无线通信组件与所述控制器通信。
10.如权利要求1所述的基于疲劳检测与觉醒刺激的眼部可穿戴系统，其特征在于，还包括：
选择与切换单元，其通信连接到所述控制器，用于对光刺激、声刺激以及振动刺激进行选择与切换。
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