CN107788967B

CN107788967B - 疲劳检测装置与疲劳检测方法

Info

Publication number: CN107788967B
Application number: CN201610765712.1A
Authority: CN
Inventors: 张家齐; 许弘毅
Original assignee: Winbond Electronics Corp
Current assignee: Winbond Electronics Corp
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: US20180055436A1; CN107788967A

Abstract

本发明提供一种疲劳检测装置与疲劳检测方法，其疲劳检测装置，包括第一检测单元、第二检测单元以及处理单元。第一检测单元用以取得第一生理信号，第二检测单元用以取得第二生理信号。处理单元耦接于第一检测单元以及第二检测单元，依据第一生理信号以及第二生理信号取得多个特征时间差，并且依据所取得的多个特征时间差随着时间的变化趋势来判定疲劳检测结果。此外，一种疲劳检测方法也被提出。本发明能够准确且即时的判定使用者的精神状态变化。

Description

疲劳检测装置与疲劳检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置与检测方法，尤其涉及一种疲劳检测装置与疲劳检测方法。

背景技术

传统上，常用于疲劳检测的技术有两大类，分别为脑波分析以及心血管指标分析。在脑波的分析上，主要是检测在脑波当中是否有睡眠波的出现，进而判定受测者的意识状态。然而，此等方法由于个体差异大、脑波复杂度高，且加上易受噪音干扰的特性，使得脑波分析的可靠度始终无法得到良好的应用。另一方面，在心血管的指标分析上，主要是检测心血管相关的单一生理指标来评估受测者是否出现睡眠状态会出现的表征，例如心跳减缓等，来判定受测者是否进入疲劳状态。换言之，分析心跳的频谱能够反映出受测者的副交感神经是否活跃，进而判定受测者是否处于疲劳状态。然而，藉由此等方法在分析频谱时，由于其他频率相近的变因(例如，呼吸)而容易导致频谱中所要分析的对象出现失真的状况。此外，一旦受测者出现疲倦状态时，心跳并不会立即减缓，因此反应不够即时也导致其在应用上有所限制。如此一来，如何建立准确且更为即时的疲劳检测装置与方法仍是本领域技术人员致力的目标。

发明内容

本发明提供一种疲劳检测装置与疲劳检测方法，能够准确且即时的判定使用者的精神状态变化。

本发明的疲劳检测装置包括第一检测单元、第二检测单元以及处理单元。第一检测单元用以取得第一生理信号，第二检测单元用以取得第二生理信号。处理单元耦接于第一检测单元以及第二检测单元，依据第一生理信号以及第二生理信号取得多个特征时间差，并且依据所取得的多个特征时间差随着时间的变化趋势来判定疲劳检测结果。

本发明的疲劳检测方法包括以下步骤。取得第一生理信号。取得第二生理信号。依据第一生理信号以及第二生理信号取得多个特征时间差。依据所取得的特征时间差随着时间的变化趋势来判定疲劳检测结果。

基于上述，本发明的疲劳检测装置与疲劳检测方法，利用两个生理信号的多个特征时间差随着时间的变化趋势作为依据，来判定疲劳检测结果，此种判定方式能够准确且更即时的判定使用者的精神状态变化，具有更广泛的应用。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1显示本发明一实施例的疲劳检测装置的概要方框图；

图2显示本发明一实施例的车用疲劳检测装置的示意图；

图3显示本发明一实施例的疲劳检测方法的流程图；

图4显示本发明一实施例的疲劳检测方法的示意图。

具体实施方式

图1显示本发明一实施例的疲劳检测装置的概要方框图。请参考图1，本实施例的疲劳检测装置100包括第一检测单元110、第二检测单元130以及处理单元150。在本实施例中，第一检测单元用以取得对应于第一生理指标的第一生理信号，第二检测单元用以取得对应于第二生理指标的第二生理信号。处理单元150耦接于第一检测单元110以及第二检测单元130，依据第一生理信号以及第二生理信号计算以得到多个特征时间差，并且依据所得到的特征时间差随着时间的变化趋势来判定疲劳检测结果。

第一检测单元110以及第二检测单元130例如包括用以检测对应于血压、体温、心音、心电、脉波、呼吸或血氧浓度等生理指标的生理信号检测器，以取得对应的生理信号，本发明并不在此限制。在本实施例中，第一检测单元110例如为心电检测器，例如可藉由至少两个电极来检测使用者体表不同部位的电位变化，以得到作为第一生理信号的心电图信号。第二检测单元130例如为心音检测器，例如可藉由压电薄膜来检测使用者的心音，以得到作为第二生理信号的心音图信号。然而，本发明并不在此限制第一检测单元110与第二检测单元130的实施方式。换言之，所属领域普通技术人员当可依需求来调整上述各生理信号检测器的实施方式，以取得对应的生理信号。

值得一提的是，在本实施例中，第一检测单元110与第二检测单元130分别是对应不同的生理指标，以取得不同类型的生理信号。在另一实施例中，第一检测单元110与第二检测单元130也可以是对应于相同的生理指标，并取得相同类型的生理信号。举例而言，从使用者身体不同位置所取得的心音图信号可能是对应于使用者心脏运作时不同瓣膜所发出的震动波。因此，第一检测单元110与第二检测单元130也可例如是装设于使用者身体不同位置的心音检测器，以取得来自于不同瓣膜所发出的心音图信号。所属技术领域普通技术人员可依其实施本发明时的需求来决定所取得的生理信号类型，本发明并不在此限制。

处理单元150例如为包括中央处理单元(central processing unit，CPU)、微处理器(microprocessor)、数位信号处理器(digital signal processor，DSP)、现场可程序化门阵列(field-programmable gate array，FPGA)、可程序化逻辑装置(programmablelogic device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，本发明并不加以限制。在本实施例中，处理单元150例如是有线或无线地耦接于第一检测单元110以及第二检测单元130，用以取得第一生理信号以及第二生理信号，并且依据第一生理信号以及第二生理信号计算以得到多个特征时间差，并且依据所得到的特征时间差随着时间的变化趋势来判定疲劳检测结果。

此外，在本发明的其他实施例中，疲劳检测装置100还包括储存单元与警示单元。储存单元例如为硬盘或其他形式的储存媒介，耦接于处理单元150并且用以记录多个历史信息。历史信息例如包括多位使用者过去的各项生理信息等，可反映出各使用者不同的生理状况，但本发明并不在此限。如此一来，处理单元150可依据上述的特征时间差随着时间的变化趋势，配合历史信息来对应不同使用者的生理状况来判定疲劳检测结果，以得到更加准确的判定结果。另一方面，警示单元耦接于处理单元150，用以依据所判定的疲劳检测结果来发出警示信号。警示单元例如为可发出电刺激信号、声音信号、视觉信号或其他警示信号的装置，本发明并不在此限。

在本发明的一实施例中，疲劳检测装置100例如是装设于车辆上，以作为车用疲劳检测装置100。图2显示本发明一实施例的车用疲劳检测装置的示意图。请参考图2，本实施例的车用疲劳检测装置100的第一检测单元110例如为心电检测器，包括第一电极110_1以及第二电极110_2，用以分别检测使用者身体左右半部的电位以得到完整的心电图信号，以作为第一生理信号PS1。车用疲劳检测装置100的第二检测单元130例如为心音检测器，装设于安全带SB上，以藉由安全带SB紧贴人体的特性来准确地取得心音图信号，以作为第二生理信号PS2。车用疲劳装置100的处理单元150例如是装设于安全带的扣环、车辆的中控台或车辆的其他位置，本发明并不在此限。如此一来，藉由本发明实施例所提供的车用疲劳检测装置100，可在使用者驾驶时即时的判定使用者的疲劳检测结果。在其他实施例中，车用疲劳检测装置100还可在即时判定使用者的疲劳检测结果为疲劳状态时，藉由警示单元即时地发出警示信号来提醒使用者，以提升行车的安全。

然而，本发明并不限制疲劳检测装置100的装设位置或使用范围。换言之，图1实施例的疲劳检测装置100也可视使用者的需求而装设于其他位置或于其他情境当中使用。

图3显示本发明一实施例的疲劳检测方法的流程图。图4显示本发明一实施例的疲劳检测方法的示意图。请同时参照图1至图4，本实施例的疲劳检测方法适用于图1或图2实施例的疲劳检测装置100。以下将参照图1中疲劳检测装置100的各元件来描述本实施例的疲劳检测方法的详细步骤。

首先，疲劳检测装置100的处理单元150从第一检测单元110取得第一生理信号PS1(步骤S310)，并且从第二检测单元130取得第二生理信号PS2(步骤S320)。在本实施例中，第一生理信号PS1例如为心电图信号，第二生理信号PS2例如为心音图信号，其中由第一检测单元110以及第二检测单元130分别取得第一生理信号PS1以及第二生理信号PS2的方式已于图1实施例中详细说明，在此不再赘述。

随后，处理单元150依据第一生理信号PS1以及第二生理信号PS2取得多个特征时间差CTD1、特征时间差CTD2与特征时间差CTD3(步骤S330)。特征时间差CTD1、特征时间差CTD2与特征时间差CTD3例如为关联于第一生理信号PS1以及第二生理信号PS2的血液输出前期(pre-ejection period，PEP)时间。在本实施例中，第一生理信号PS1为心电图信号，具有多个QRS波群，其中包括多个Q波Q1至Q3。处理单元150会分别取得Q波Q1至Q3的发生时间作为第一特征时间(步骤S331)。另一方面，第二生理信号PS2为心音图信号，具有多个第一心音S11至S13。处理单元会分别取得第一心音S11至S13的发生时间以作为第二特征时间(步骤S333)。在取得第一特征时间以及第二特征时间后，处理单元150会分别计算各第一特征时间与各第二特征时间的差以作为特征时间差(步骤S335)。详细来说，在本实施例中，处理单元150会计算Q波Q1与第一心音S11发生的时间差以作为特征时间差CTD1，计算Q波Q2与第一心音S12发生的时间差以作为特征时间差CTD2，并且计算Q波Q3与第一心音S13发生的时间差以作为特征时间差CTD3。

在处理单元150取得多个特征时间差后，可依据所取得的多个特征时间差随时间的变化趋势来判定疲劳检测结果(步骤S340)。在本实施例中，处理单元150会判断特征时间差CTD1、特征时间差CTD2与特征时间差CTD3随时间的变化趋势是否一致(步骤S341)，其中变化趋势为一致表示变化趋势为递增或递减。一般而言，血液输出前期的时间长短可以反映使用者的心脏血液输出量，血液输出前期时间越长则表示心脏血液输出量越少。当心脏血液输出量渐少时，脑血流量也会渐少而导致疲倦状态的发生。具体而言，在本发明的一实施例中，以血液输出前期的时间作为特征时间差CTD1、特征时间差CTD2与特征时间差CTD3。当特征时间差CTD3大于特征时间差CTD2，且特征时间差CTD2大于特征时间差CTD1时，表示此些特征时间差随着时间的变化趋势为递增，也就可能表示使用者脑血流量渐渐减少，因而处理单元150会判定疲劳检测结果为疲劳状态(步骤S343)。反之，则处理单元150不判定疲劳检测结果为疲劳状态(步骤S345)。在一些实施例中，当处理单元150判定疲劳检测结果为疲劳状态时，还通过警示单元来发出警示信号以提醒使用者，其方式已于图1实施例中说明，在此不再赘述。

须注意的是，为了方便说明，本实施例中的第一特征时间、第二特征时间以及特征时间差的数量是以3个为例，但本发明并不在此限。在其他实施例中，视需求也可取得更多或更少数量的特征时间与特征时间差，用以判定疲劳检测结果。

值得一提的是，由于在前述的实施例中是以血液输出前期时间作为特征时间差，因此当特征时间差随着时间的变化趋势为递增时，处理单元150会判定疲劳检测结果为疲劳状态。然而，在其他实施例中，基于所取得的生理信号类型不同，所计算得到的特征时间差的类型也会随之改变。因此，本发明并不在此限制疲劳检测结果与特征时间差随时间的变化趋势之间的对应关系，其对应关系例如是视所取得的特征时间差的类型而定。换言之，在其他实施例中，处理单元150也可以是由于其他类型的特征时间差随时间的变化趋势为递减，而判定疲劳检测结果为疲劳状态。

特别是，一般而言，由于脑血流量减少一段时间后心率下降才会反应出来。因此，本发明实施例所提供的疲劳检测装置与疲劳检测方法使用了高阶的生理指标，相较于传统的技术更能够即时的作出疲劳的判定或加以提醒。另一方面，由于不同使用者可能有不同的生理状况，因此本发明实施例依据特征时间差随着时间的变化趋势是否一致来判定使用者是否处于疲劳状态，而非是依据特征时间差的绝对数值大小来判定。如此一来，本发明实施例所提供的疲劳检测装置与疲劳检测方法能够适应于不同的使用者，而判定对应使用者的疲劳检测结果，具有更广泛的应用。

此外，在本发明的另一实施例中，处理单元150还可例如搭配多个历史信息与特征时间差随着时间的变化趋势来判定疲劳检测结果。历史信息例如包括多位使用者过去的各项生理信息等，可反映不同使用者的生理状况。也就是说，疲劳检测结果的判定基准可以依据使用者过去的生理状况来决定，其中判定基准例如可能是具有同样变化趋势的特征时间差的数量等，本发明并不在此限。如此一来，更能够适应不同使用者而提供更加精准的疲劳判定功能。

综上所述，本发明实施例提供的疲劳检测装置与疲劳检测方法，利用特征时间差随着时间的变化趋势来判定使用者的疲劳检测结果，能够适应于不同的使用者都有准确的判断结果。此外，特征时间差关联于第一生理信号以及第二生理信号，能够得到较高阶的生理指标而能更为即时的作出疲劳的判断，进而具有更广泛的应用。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，均在本发明范围内。

Claims

1.一种疲劳检测装置，其特征在于，包括：

第一检测单元，用以取得第一生理信号；

第二检测单元，用以取得第二生理信号，所述第一生理信号以及所述第二生理信号与心脏血液输出量有关；以及

处理单元，耦接于所述第一检测单元以及所述第二检测单元，

其中所述处理单元依据所述第一生理信号以及所述第二生理信号取得多个特征时间差，并且依据所述多个特征时间差随着时间的变化趋势判定疲劳检测结果，所述多个特征时间差包括第一特征时间差，所述第一特征时间差为所述第一生理信号的第一检测波与所述第二生理信号的第一检测波发生的时间差；第二特征时间差，所述第二特征时间差为所述第一生理信号的第二检测波与所述第二生理信号的第二检测波发生的时间差；以及第三特征时间差，所述第三特征时间差为所述第一生理信号的第三检测波与所述第二生理信号的第三检测波发生的时间差，当所述第一特征时间差大于所述第二特征时间差且所述第二特征时间差大于所述第三特征时间差，或所述第一特征时间差小于所述第二特征时间差且所述第二特征时间差小于所述第三特征时间差时，所述处理单元判定所述疲劳检测结果为疲劳状态。

2.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，其特征在于，所述第一生理信号对应第一生理指标，所述第二生理信号对应第二生理指标，并且所述第一生理指标不同于所述第二生理指标。

3.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，其特征在于，还包括：

储存单元，耦接于所述处理单元，用以记录多个历史信息，

其中所述处理单元依据所述多个历史信息以及所述变化趋势判定所述疲劳检测结果。

4.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，其特征在于，还包括：

警示单元，耦接于所述处理单元，用以依据所述疲劳检测结果发出警示信号。

5.根据权利要求2所述的疲劳检测装置，其特征在于，所述第一检测单元为心电检测器，并且所述第二检测单元为心音检测器。

6.根据权利要求5所述的疲劳检测装置，其特征在于，所述第一生理信号为心电图信号，所述第二生理信号为心音图信号，并且所述多个特征时间差为多个血液输出前期时间。

7.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，适于装设于车辆上，以作为车用疲劳检测装置，其特征在于，所述第一检测单元与所述第二检测单元的至少其中之一装设在所述车辆的安全带上。

8.一种疲劳检测方法，其特征在于，包括：

取得第一生理信号；

取得第二生理信号，所述第一生理信号以及所述第二生理信号与心脏血液输出量有关；

依据所述第一生理信号以及所述第二生理信号取得多个特征时间差；以及

依据所述多个特征时间差随着时间的变化趋势判定疲劳检测结果，所述多个特征时间差包括第一特征时间差，所述第一特征时间差为所述第一生理信号的第一检测波与所述第二生理信号的第一检测波发生的时间差；第二特征时间差，所述第二特征时间差为所述第一生理信号的第二检测波与所述第二生理信号的第二检测波发生的时间差；以及第三特征时间差，所述第三特征时间差为所述第一生理信号的第三检测波与所述第二生理信号的第三检测波发生的时间差，当所述第一特征时间差大于所述第二特征时间差且所述第二特征时间差大于所述第三特征时间差，或所述第一特征时间差小于所述第二特征时间差且所述第二特征时间差小于所述第三特征时间差时，判定所述疲劳检测结果为疲劳状态。

9.根据权利要求8所述的疲劳检测方法，其特征在于，所述第一生理信号对应第一生理指标，所述第二生理信号对应第二生理指标，并且所述第一生理指标不同于所述第二生理指标。

10.根据权利要求8所述的疲劳检测方法，其特征在于，依据所述多个特征时间差随时间的所述变化趋势判定所述疲劳检测结果的步骤包括：

依据多个历史信息以及所述多个特征时间差随着时间的所述变化趋势判定所述疲劳检测结果。

11.根据权利要求8所述的疲劳检测方法，其特征在于，还包括：

依据所述疲劳检测结果发出警示信号。

12.根据权利要求9所述的疲劳检测方法，其特征在于，所述第一检测单元为心电检测器，并且所述第二检测单元为心音检测器。

13.根据权利要求12所述的疲劳检测方法，其特征在于，所述第一生理信号为心电图信号，所述第二生理信号为心音图信号，并且所述多个特征时间差为多个血液输出前期时间。