CN110502102A - 基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于疲劳监控预警的虚拟现实交互方法，其通过对眨眼频率以及α节律在全部脑电波中的能量占比判断操作人员是否处于疲劳状态，在监测过程中，只要α节律在全部脑电波中的能量占比或眨眼频率之一大于各自预设的阈值，则缩小缩短采样间隔，重新对未超过阈值限定的参数进行重新采样，判断是否超过预设阈值，当全部参数满足报警要求时，启动飞控系统进行自主飞行并进行报警，将采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；关闭飞控系统，进入人工操作模式。

Description

基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，更为具体地，涉及一种基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法。
背景技术
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，其利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，能够在虚拟三维空间中为用户提供沉浸式的交互环境。
近几年来，虚拟现实因其在娱乐、游戏、教育、医疗、艺术创作、工程设计等各个领域的巨大潜力而备受重视。多家电子设备厂商推出了消费级的设备套装，基于虚拟现实的应用软件、游戏和全景视频随之大量出现。
在虚拟现实领域中，由于价格及便利性的优势，市场上面向普通消费者的主要是头戴式虚拟现实设备，用户可以通过头戴式虚拟现实设备的显示器透过光学镜片在距离很近的屏幕上观看虚拟场景，目前现有技术中的虚拟现实设备，例如，头戴式虚拟现实设备，其对视力缺陷的人员，例如，对于眼睛存在近视、远视、散光等问题需要佩戴眼镜的操作人员不够友好，佩戴舒适性差，影响使用效果。
现有技术当中的虚拟现实装置，例如，头戴式虚拟现实设备，仅能够对虚拟场景进行简单呈现或观察，而与相机拍摄视频相比，头戴式虚拟现实设备的显示器中呈现的视频通常含有大量静止和/或活动的由计算机生成的图形、文字，还可能包含较大的、与自然界不同的运动，渐进、渐出等特性，考虑到在现实空间中用户的视觉注意力会在不同距离物体上移动、注视和扫描等，在虚拟现实空间中的用户视觉注意力焦点的变化也有着类似的行为，人类视力的敏锐度随着偏离视网膜中心的距离增大而急剧下降，在通过虚拟现实头戴式设备观看虚拟场景时，用户的视力在同一时刻不可能对屏幕上所有区域保持高敏锐度，现有技术中的虚拟现实装置并未充分考虑到用户的视觉特性。
而眼动捕捉是通过测量眼睛的视觉注意力焦点的位置实施追踪。此外，现有技术中的头戴式虚拟现实设备虽然能够对虚拟现实设备的使用者的较大的头部动作进行监控，但是其不能对使用者的生理或认知状态以及情绪变化，例如，惊吓、刺激等反应，进行监控。
同时，现有技术中脑电信号处理技术已经广泛应用于脑-机接口的研发、脑部疾病的诊断和人类认知活动研究等方面。其中，脑电信号由大脑神经元群的生物电活动产生，属于自发性电位活动。研究表明，脑电信号中含有能够反映疲劳的成分。因此，也期望提出一种虚拟现实交互的头戴式装置，其能够基于虚拟现实游戏意念控制功能，实现更加灵活的虚拟现实(VR)交互体验，并且能对使用者疲劳程度进行监控。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其通过对眨眼频率以及α节律在全部脑电波中的能量占比判断操作人员是否处于疲劳状态，在监测过程中，只要α节律在全部脑电波中的能量占比或眨眼频率之一大于各自预设的阈值，则缩小缩短采样间隔，重新对未超过阈值限定的参数进行重新采样，判断是否超过预设阈值，当全部参数满足报警要求时，启动飞控系统进行自主飞行并进行报警，将采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；同时，关闭飞控系统，进入人工操作模式。
更进一步地，针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，其具有屈光度调节装置和瞳距调节装置，其能够针对不同的操作者进行适应性调节，提高佩戴的舒适性并。进一步地，其具有脑电采集设备和眼动跟踪装置，所述眼动跟踪装置配置用于跟踪眼镜的运动轨迹以及瞳孔的尺寸，脑电采集设备采集脑电信号，综合脑电信号和瞳孔的尺寸判断操作人员的疲劳程度。本发明基于非侵入式脑电采集电极，所述各数据采集电极均设置有注入导管，通过所述注入导管将导电膏，使各选定的数据采集电极与头皮相连以采集所需要的脑电信号。
本发明的技术方案如下：
基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其具体步骤如下：
S1：通过眼动跟踪装置获得瞳孔边界的初始参考值d0，以及通过脑电采集装置获得初始状态下α节律在全部脑电波中的能量占比的初始值A0；设置为A0升高30％后的值为第二阈值；
S2：将采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；
S3：判断眨眼频率f1是否大于第一阈值；或α节律在全部脑电波中的能量占比A1是否大于第二阈值；
S4：若眨眼频率f1大于第一阈值，转入步骤S5,；若α节律在全部脑电波中的能量占比A1大于第二阈值，转入步骤S6；
若眨眼频率f1大于第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1大于第二阈值，则转入S9；
若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；
S5：将采样间隔调整至第二采样间隔t2，计算α节律在全部脑电波中的能量占比A2，转入S7；
S6：缩短采样间隔至第二采样间隔t2，计算得到眨眼频率f2；转入S8；
S7：判断α节律在全部脑电波中的能量占比A2是否大于第二阈值；若α节律在全部脑电波中的能量占比A2大于第二阈值，转入S9；若α节律在全部脑电波中的能量占比A2是否≤第二阈值，则转入S5；
S8：判断眨眼频率f2是否大于第一阈值；若眨眼频率f2大于第一阈值，转入S9；若眨眼频率f2≤第一阈值，则转入步骤S6；
S9：进行疲劳预警,同时启动飞控系统进行自主飞行；
S10:采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；同时，关闭飞控系统，进入人工操作模式。
优选地，第二采样间隔t2大于第一采样间隔t1。
优选地，第一阈值为每分钟眨眼10次，当眨眼频率高于每分钟10次时，判定为操作人员疲劳。
优选地，当眨眼过程中的闭眼时间超过1s，判定为操作人员疲劳。
优选地，在S1至S8中，通过眼动跟踪装置实时采集瞳孔边界值以进行情绪判断。
优选地当瞳孔边界值大于瞳孔边界的初始参考值d0的50％，判定操作人员情绪紧张。
优选地，当瞳孔边界值小于瞳孔边界的初始参考值d0的50％，判定操作人员疲劳。
优选地，瞳孔边界值大于瞳孔边界的初始参考值d0的30％-50％，判定操作人员紧张。
优选地，采集到连续N1帧的图像无瞳孔，N1＝T1/t,则判定为眨眼；其中 T1为连续图像采集的时间长度，200ms≤T1≤400ms；t为采样间隔，t为t1或t2；
采集到连续N2帧的图像无瞳孔，N2>T2/t,则判定为闭眼；其中T2为连续图像采集的时间长度，T2＞400ms；t为采样间隔，t为t1或t2；
采集到连续N3帧的图像无瞳孔，N3<T3/t,则判定为无眨眼；其中T3为连续图像采集的时间长度，T3＜200ms；t为采样间隔，t为t1或t2。
一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，其包括壳体、瞳距调节装置、显示器和透镜，所述显示器在所述壳体的内部，所述透镜的主体设置在所述壳体的内部，虚拟现实交互装置还包括脑电采集设备和眼动跟踪装置，瞳距调节装置与位于壳体内部的透镜的镜筒通过第一连接件相连，所述脑电采集设备包括内衬、外壳和设置在内衬和外壳之间的各个弹性连接件；所述外壳的内侧壁或外侧壁设置有屏蔽层，所述内衬上述设置有多个数据采集电极，所述数据采集电极通过有线方式连接至外部主机；所述眼动跟踪装置包括红外光源发射器和摄像头，红外光源发射器位于所述壳体的第六部分的外侧壁且朝向操作人员眼部的方向，且两个红外光源发射器分别设置透镜的外侧，两个摄像头也分别设置在透镜外侧，通过眼动跟踪装置得到初始参考瞳距值，所述瞳距调节装置根据初始参考瞳距值带动所述透镜进行瞳距调节。通过眼动跟踪装置获得初始参考瞳距值以及瞳孔边界的初始参考值。
优选地，所述显示器、所述瞳距调节装置以及脑电采集设备分别连接至电源装置；所述显示器可外接主控装置。
优选地，所述内衬设置有地电极、至少一个参考电极，所述数据采集电极与注入导管连通。
优选地，摄像头以瞳距中点的垂线为基准对称布置，红外光源发射器以瞳距中点的垂线为基准对称布置。
优选地，两个摄像头位于各红外光源发射器的正下方，两个红外光源发生器的第一中心连线与两个摄像头的第二中心连线相互平行且第一中心连线与第二中心连线均与双眼瞳孔的中心连线平行。
优选地，从所述壳体的第六部分的外侧壁设置有沿着远离所述壳体的本体部进行延伸的支撑部，与所述支撑部相连的所述壳体的第六部分的区域内设置有多个第一孔，所述第一孔配置用于导线和控制线的进出。
优选地，在所述支撑部的外层设置有与人体皮肤接触有弹性垫，所述弹性垫可拆卸地连接至所述支撑部。
优选地，所述支撑部为环形结构件，所述环形结构件的内部为中空，支撑部远离所述壳体的第六部分的端部设置有凹槽，所述弹性垫的基部压入所述凹槽内；所述支撑部的侧部和下部均设置透气结构和透光结构。
优选地，还包括屈光度调节装置，所述屈光度调节装置与瞳距调节装置相连。
优选地，所述支撑部的第一部分的内部还设置有伸缩单元，所述伸缩单元调节所述屈光度调节单元的竖直方向的高度，所述伸缩单元与导轨固接，所述伸缩单元包括伸缩电机、齿轮、齿条，所述伸缩电机的输出轴连接所述齿轮，所述齿轮与齿条啮合，所述齿条与所述导轨固接，如此设置以调整所述镜片相对于操作人员的瞳孔的竖直距离。
与现有技术相比，本发明的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其通过对眨眼频率以及α节律在全部脑电波中的能量占比判断操作人员是否处于疲劳状态，在监测过程中，只要α节律在全部脑电波中的能量占比或眨眼频率之一大于各自预设的阈值，则缩小缩短采样间隔，重新对未超过阈值限定的参数进行重新采样，判断是否超过预设阈值，当全部参数满足报警要求时，启动飞控系统进行自主飞行并进行报警，将采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；同时，关闭飞控系统，进入人工操作模式。
与现有技术相比，本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，其基于非侵入式脑电采集电极，所述各数据采集电极均设置有注入导管，通过所述注入导管将导电膏，使各选定的数据采集电极与头皮相连以采集所需要的脑电信号用于疲劳监测。
进一步地，本发明设置有眼动跟踪装置，其采集当前时刻瞳孔的位置、偏转角度以及瞳孔边界值，建立瞳孔的运动轨迹，并将瞳孔边界值与正常情况下瞳孔的初始边界值进行比较，对操作人员的疲劳状况进行综合监控，并进行疲劳预警。
进一步地，本发明的目的在于提出一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，其具有屈光度调节装置和瞳距调节装置，其能够针对不同的操作者进行适应性调节，提高佩戴的舒适性。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法的流程图；
图2是根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置的第一结构示意图。
图3是根据本发明的基于虚拟现实交互的头戴式装置的第二结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，如图1所示，其具体步骤如下：
S1：通过眼动跟踪装置获得瞳孔边界的初始参考值d0，以及通过脑电采集装置获得初始状态下α节律在全部脑电波中的能量占比的初始值A0；设置为A0升高30％后的值为第二阈值；
S2：将采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；
S3：判断眨眼频率f1是否大于第一阈值；或α节律在全部脑电波中的能量占比A1是否大于第二阈值；
S4：若眨眼频率f1大于第一阈值，转入步骤S5,；若α节律在全部脑电波中的能量占比A1大于第二阈值，转入步骤S6；
若眨眼频率f1大于第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1大于第二阈值，则转入S9；
若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；
S5：将采样间隔调整至第二采样间隔t2，计算α节律在全部脑电波中的能量占比A2，转入S7；
S6：缩短采样间隔至第二采样间隔t2，计算得到眨眼频率f2；转入S8；
S7：判断α节律在全部脑电波中的能量占比A2是否大于第二阈值；若α节律在全部脑电波中的能量占比A2大于第二阈值，转入S9；若α节律在全部脑电波中的能量占比A2是否≤第二阈值，则转入S5；
S8：判断眨眼频率f2是否大于第一阈值；若眨眼频率f2大于第一阈值，转入S9；若眨眼频率f2≤第一阈值，则转入步骤S6；
S9：进行疲劳预警,同时启动飞控系统进行自主飞行；
S10:采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；同时，关闭飞控系统，进入人工操作模式。
优选地，第二采样间隔t2大于第一采样间隔t1。
优选地，第一阈值为每分钟眨眼10次，当眨眼频率高于每分钟10次时，判定为操作人员疲劳。
优选地，当眨眼过程中的闭眼时间超过1s，判定为操作人员疲劳。
优选地，在S1至S8中，通过眼动跟踪装置实时采集瞳孔边界值以进行情绪判断。
优选地当瞳孔边界值大于瞳孔边界的初始参考值d0的50％，判定操作人员情绪紧张。
优选地，当瞳孔边界值小于瞳孔边界的初始参考值d0的50％，判定操作人员疲劳。
优选地，瞳孔边界值大于瞳孔边界的初始参考值d0的30％-50％，判定操作人员紧张。
优选地，采集到连续N1帧的图像无瞳孔，N1＝T1/t,则判定为眨眼；其中 T1为连续图像采集的时间长度，200ms≤T1≤400ms；t为采样间隔，t为t1或t2；
采集到连续N2帧的图像无瞳孔，N2>T2/t,则判定为闭眼；其中T2为连续图像采集的时间长度，T2＞400ms；t为采样间隔，t为t1或t2；
采集到连续N3帧的图像无瞳孔，N3<T3/t,则判定为无眨眼；其中T3为连续图像采集的时间长度，T3＜200ms；t为采样间隔，t为t1或t2。
与现有技术相比，本发明的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其通过对眨眼频率以及α节律在全部脑电波中的能量占比判断操作人员是否处于疲劳状态，在监测过程中，只要α节律在全部脑电波中的能量占比或眨眼频率之一大于各自预设的阈值，则缩小缩短采样间隔，重新对未超过阈值限定的参数进行重新采样，判断是否超过预设阈值，当全部参数满足报警要求时，启动飞控系统进行自主飞行并进行报警，将采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1第二阈值，则转入S2；同时，关闭飞控系统，进入人工操作模式。
基于虚拟现实交互的头戴式装置，其包括脑电采集设备和眼动跟踪装置、壳体，瞳距调节装置与位于壳体内部的透镜的镜筒通过第一连接件相连，脑电采集设备包括内衬、外壳和各个弹性连接件；所述外壳的内侧壁或外侧壁设置有屏蔽层，所述内衬上述设置有多个数据采集电极，所述数据采集电极通过有线方式连接至外部主机；所述眼动跟踪装置包括红外光源发射器和摄像头，红外光源发射器位于所述壳体的第六部分的外侧壁且朝向操作人员眼部的方向，且两个红外光源发射器分别设置在透镜的外侧，两个摄像头也分别设置在透镜外侧且对称布置通过眼动跟踪装置测得初始参考瞳距值，所述瞳距调节装置根据初始参考瞳距值带动透镜镜筒运动以进行调节。
具体地，一种基于虚拟现实交互的头戴式装置100，如图2所示，其包括壳体1瞳距调节装置、显示器和透镜2，所述显示器在所述壳体1的内部，所述透镜3的主体设置在所述壳体1的内部.
虚拟现实交互装置100还包括脑电采集设备和眼动跟踪装置，所述透镜的镜筒通过第一连接件与瞳距调节装置相连，具体地，与同距调节装置中的滑块相连；所述滑块与导轨配合。所述脑电采集设备5包括内衬51、外壳52和设置在内衬和外壳之间的各个弹性连接件53；所述外壳52的内侧壁或外侧壁设置有屏蔽层54，所述内衬51上述设置有多个数据采集电极，优选地，所述数据采集电极通过有线方式连接至外部主机；所述眼动跟踪装置包括红外光源发射器3和摄像头4，红外光源发射器3位于所述壳体的第六部分的外侧壁且朝向操作人员眼部的方向，且两个红外光源发射器3分别设置透镜的外侧，两个摄像头4也分别设置在透镜外侧，通过眼动跟踪装置得到初始参考瞳距值，所述瞳距调节装置根据初始参考瞳距值带动透镜进行调节。
优选地，所述显示器、所述瞳距调节装置以及脑电采集设备分别连接至电源装置6；所述显示器可外接主控装置。
优选地，所述内衬设置有地电极、至少一个参考电极，所述数据采集电极与注入导管连通。
优选地，摄像头4以瞳距中点的垂线为基准对称布置，红外光源发射器以瞳距中点的垂线为基准对称布置。
优选地，两个摄像头4位于各红外光源发射器的正下方，两个红外光源发生器的第一中心连线与两个摄像头的第二中心连线相互平行且第一中心连线与第二中心连线均与双眼瞳孔的中心连线平行。
优选地，从所述壳体1的第六部分的外侧壁设置有沿着远离所述壳体的本体部进行延伸的支撑部7，与所述支撑部相连的所述壳体的第六部分的区域内设置有多个第一孔，所述第一孔配置用于导线和控制线的进出。
优选地，在所述支撑部的外层设置有与人体皮肤接触有弹性垫，所述弹性垫可拆卸地连接至所述支撑部。
优选地，所述支撑部为环形结构件，所述环形结构件的内部为中空，支撑部远离所述壳体的第六部分的端部设置有凹槽，所述弹性垫的基部压入所述凹槽内；所述支撑部的侧部和下部均设置透气结构和透光结构，例如，所述透气结构和透光结构为长条形通孔8，以维持可穿戴装置在壳体第六部分的外侧壁和操作人员眼部之间形成的空间的亮度，调节眼部肌肉，保护视力。
优选地，所述基于虚拟现实交互的可穿戴装置还包括屈光度调节装置。所述屈光度调节装置与所述瞳距调节装置相连，所述支撑部的第一部分的内部还设置有伸缩单元，所述伸缩单元调节所述屈光度调节单元的竖直方向的高度，所述伸缩单元与导轨固接，所述伸缩单元包括伸缩电机、齿轮、齿条，所述伸缩电机的输出轴连接所述齿轮，所述齿轮与齿条啮合，所述齿条与所述导轨固接，如此设置以调整所述镜片相对于操作人员的瞳孔的竖直距离。
优选地，根据本发明的基于虚拟现实交互的头戴式装置，其还包括报警器、扬声器、话筒和耳罩；扬声器根据用户界面显示的交互内容播放相应的三维立体声；所述话筒设置在所述壳体的下方；所述耳罩连接至根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置的壳体内部的显示器，所述耳罩的外侧设置有音量调节旋钮和音量开关；所述报警器与主控装置相连；所述报警器为声、光、电、磁、振动报警器。
优选地，根据本发明的基于虚拟现实交互的头戴式装置100，其包括壳体、显示器、透镜、脑电采集设备和电源装置，优选地，所述显示器能够外接主控装置，所述显示器、脑电采集设备和所述主控装置分别连接至电源装置。所述壳体的两个侧部均设置有连接固定装置9，所述连接固定装置将本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置连接至所述操作人员的头部。优选地，所述脑电采集设备连接至所述连接固定装置。
优选地，所述弹性内衬通过固定带10确保数据采集电极紧贴头皮。
优选地，所述外壳的内侧壁或外侧壁设置有屏蔽层54，以避免操作人员周围无大功率用电器及手机等无线通讯设备干扰脑电信号。
所述内衬设置有地电极、参考电极和数据采集电极，所述数据采集电极与注入导管连通，工作前通过注入导管将导电膏注入至相应的数据采集电极。
所述内衬为弹性层，所述内衬设置有在操作者的两侧的耳部向下延伸的绑带，以便当佩戴所述脑电采集设备时，通过张紧所述绑带时所述内衬紧贴头皮。
所述脑电采集设备通过有线或无线方式连接至主机。优选地，所述脑电采集设备上还包括无线收发模块，所述地电极、参考电极以及数据采集电极分别与无线收发模块相连，通过无线收发模块将所采集到的脑电信号传输至主机。
进一步地，所述脑电采集设备还包括存储模块，以便当无线收发模块出现故障时，能够临时存储所采集到的脑电信号。
所述壳体具有第一部分、第二部分、第三部分、第四部分、第五部分和第六部分，其中所述第一部分为壳体的顶部，所述第二部分为所述壳体的底部，所述第三部分为所述壳体的第一侧部，所述第四部分为所述壳体的第二侧部，所述壳体的各个部分连接处为流线形，例如，采用圆角，所述第五部分为所述壳体的前部，所述第六部分为所述壳体的后部，所述壳体的后部靠近操作人员的眼部。
所述壳体的第六部分上设置透镜孔，所述透镜的镜筒的第一端位于所述壳体内部，通过第一夹持装置，将所述透镜支撑在所述壳体的内部，所述透镜的镜筒的第二端穿过所述壳体的第六部分上的透镜孔伸出所述壳体外，所述透镜的镜筒卡至所述透镜孔，所述透镜孔对所述镜筒起到支撑以及固定的作用。优选地，所述透镜设置有透镜调节机构，所述透镜调节机构根据操作人员的瞳距至调节透镜的两个镜筒之间的距离。优选地，所述个透镜孔的水平方向的尺寸大于透镜孔的直径，优选地，所述透镜的镜筒上设置有第一贴片和第二贴片，所述各贴片与透镜的镜筒固结，随镜筒移动，以便在进行瞳距调节时，挡住所述透镜孔上的空隙，保护壳体内部结构。
所述显示器通过第二夹持定位装置固定至所述壳体的内侧壁。
所述透镜的镜筒的第一端位于所述显示器的屏幕和所述壳体的第六部分之间。
所述主控装置位于所述壳体外部，所述主控装置依靠第三夹持定位装置进行固定。
所述主控装置设置有多个接口，所述接口至少包括显示器接口、电机接口、红外光源发射器接口和锁紧机构接口。
优选地，所述主控装置通过有线方式连接至主机。
并列地，所述主控装置通过无线方式与主机进行通讯，所述主控装置与所述无线收发模块相连。
从所述壳体的第六部分的外侧壁设置有沿着远离所述壳体的本体部进行延伸的支撑部，所述支撑部与操作人员的面部接触，在所述操作人员的面部，例如，操作人员的眼部与透镜的镜筒的第二端之间形成容纳空间。
优选地，在所述支撑部的外层设置有与人体皮肤接触有弹性垫，所述弹性垫能够增加使用过程中操作人员的舒适性，避免在低温时设备温度随之下降，影响眼部周围血液流通；同时，可避免使用过程中所述支撑部直接接触皮肤造成的勒痕，影响眼部周围血液流通。
优选地，所述弹性垫可拆卸地连接至所述支撑部。
优选地，所述支撑部为环形结构件，所述环形结构件的内部为中空，支撑部远离所述壳体的第六部分的端部设置有凹槽，所述弹性垫的基部压入所述凹槽内，当所述弹性垫损坏或被污染后，或气温过高被汗液浸湿后，可根据需要进行更换。
优选地，所述支撑部的侧部和下部均设置透气结构和透光结构，以维持本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置的容纳空间内的环境与外部环境一致，避免在全封闭黑暗环境下瞳孔收缩，影响眼部肌肉动作，长期以往对视力造成不可逆的影响。
与所述支撑部相连的所述壳体的第六部分的区域内设置有多个第一孔，所述第一孔配置用于导线和控制线的进出。
本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，还包括屈光度调节装置和瞳距调节装置，以便精准地解决屈光不正的问题，所述屈光度调节装置包括镜片、托架、托架连接件；所述瞳距调节装置包括导轨、滑块、电机、传动装置、限位装置和锁紧装置，所述电机和所述锁紧装置与所述电源装置相连，所述电机、锁紧装置分别与所述主控装置相连，主控装置控制所述电机带动所述传动装置进行运动，所述传动装置与电机的输出轴相连，所述传动装置的输出端与滑块相连，从而带动所述滑块进行动作进行瞳距调整，所述限位机构分别位于导轨的中部和两侧，其限制所述滑块的移动范围，当瞳距等于通过脑电采集设备测得的初始参考瞳距值时，主控装置控制所述锁紧机构进行动作将所述滑块固定在该位置。
所述托架与所述滑块的底部通过所述托架连接件进行连接，所述托架为框架结构，所述托架具有支撑边缘，以避免镜片从框架结构中滑出的边缘，所述托架的底部设置托板，所述托板托住所述镜片以避免所述镜片从所述托架的底部滑出，所述托架的四周设置有卡爪，所述卡爪为弹性结构件，镜片安装至托架后，拨动所述卡爪将镜片卡紧固定至所述托架，通过放置相应的使用者的所需要的镜片，实现屈光度的调节。
当镜片安装固定后，通过主控装置发出控制信号，控制电机动作从而带动滑块进行运动，实现瞳距的调节。
优选地，所述卡爪的数量为四个。
所述电机包括第一电机和第二电机，所述限位装置包括第一限位装置、第二限位装置和第三限位装置，所述滑块包括第一滑块和第二滑块，所述锁紧装置包括第一缩紧装置和第二锁紧装置，所述托架连接件包括第一托架连接件和第二托架连接件，所述传动装置包括第一传动位置和第二传动装置。第三限位装置位于第一限位装置和第二限位装置之间。
所述第一电机、第一锁紧装置分别与所述主控装置相连，主控装置控制所述第一电机带动第一传动装置进行运动，所述第一传动装置与第一电机的输出轴相连，所述第一传动装置的输出端与第一滑块相连，从而带动所述第一滑块进行动作实现瞳距调整，所述第一限位机构位于导轨的远离第三限位装置的一侧，第三限位装置和第一限位装置共同限制所述第一滑块的移动范围，当瞳距等于测得的初始参考瞳距值，主控装置控制所述第一锁紧机构进行动作将所述第一滑块固定在该侧瞳孔所对应的位置。
所述第一电机与所述电源装置相连。所述第一托架与所述第一滑块的底部通过所述第一托架连接件进行连接，所述第一托架为框架结构，所述第一托架具有支撑边缘，以避免镜片从框架结构中滑出的边缘，所述第一托架的底部设置托板，所述托板托住所述镜片以避免所述镜片从所述第一托架的底部滑出，所述第一托架的四周设置有卡爪，所述卡爪为弹性结构件，镜片安装至托架后，拨动所述卡爪将镜片卡紧固定至所述第一托架。通过放置相应的使用者的所需要的镜片，实现屈光度的调节。
所述第二电机、第二锁紧装置分别与所述主控装置相连，主控装置控制所述第二电机带动所述第二传动装置进行运动，所述第二传动装置与第二电机的输出轴相连，所述第二传动装置的输出端与第二滑块相连，从而带动所述第二滑块进行动作进行瞳距调整，所述第二限位机构位于导轨的远离第三限位装置的一侧，第三限位装置和第二限制位置装置共同限制所述第二滑块的移动范围，当瞳距等于测得的初始参考瞳距时，主控装置通过控制所述第二锁紧机构进行动作将所述第二滑块固定在该侧瞳孔所对应的位置。
第二托架与第二滑块的底部通过第二托架连接件进行连接，所述第二托架为框架结构，所述第二托架具有支撑边缘，以避免镜片从框架结构中滑出的边缘，所述第二托架的底部设置托板，所述托板托住所述镜片以避免所述镜片从所述第二托架的底部滑出，所述第二托架的四周设置有卡爪，所述卡爪为弹性结构件，镜片安装至托架后，拨动所述卡爪将镜片卡紧固定至所述第二托架，通过放置相应的使用者的所需要的镜片，实现屈光度的调节。
优选地，当镜片放入后，第一托架和第二托架能够同时实现调节。
优选地，各电机、各传动装置、各滑块位于支撑部的内部，所述第三限位装置位于导轨的中部，所述第二限位装置和所述第一限位装置分别位于远离所述第三限位装置的导轨的其中一个端部。
优选地，所述支撑部的第一部分的内部还设置有伸缩单元，所述伸缩单元调节所述屈光度调节单元的竖直方向的高度，所述伸缩单元与导轨固接，所述伸缩单元包括伸缩电机、齿轮、齿条，所述伸缩电机的输出轴连接所述齿轮，所述齿轮与齿条啮合，所述齿条与所述导轨固接，如此设置以调整所述镜片相对于操作人员的瞳孔的竖直距离。
优选地，所述伸缩单元的数量为两个，其分别设置在导轨上，且在各个导轨上呈对称分布，以便保证伸缩单元动作的平稳性。
替换地，所述伸缩单元为蜗轮蜗杆机构。
替换地，所述伸缩单元为丝杆螺母结构。
瞳距调节装置包括红外光源发射器和摄像头，所述红外光源发射器位于所述壳体的第六部分的外侧壁，即朝向操作人员眼部的方向，例如，其位于两个透镜的之间连线的中点的上方，通过所述瞳距调节装置得到初始参考瞳距值。
进一步地，所述红外光源发射器与所述摄像头的中心之间的连线垂直于两个透镜的中心之间的连线。
优选地，红外光源为面光源。
该红外摄像头可以有效地避免根据本发明中的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置中显示屏发出的可见光的干扰，捕捉到清晰的眼球和瞳孔的运动轨迹；以及所述红外光源发射器与主控装置相连，所述主控装置上设置有红外光源发生器接口，主控装置控制所述红外光源发生器发射预先设定的频率的红外光至眼睛上，所述红外摄像头通过有线或无线方式将捕捉到的瞳孔信息传输至主机。
优选地，所述红外光源发射器为贴片式红外光LED，该红外光LED灯成本较低，并且能够均匀发射红外光，便于安装，
优选地，红外光源发射器的发射频率为100Hz至2kHz。
优选地，红外光源发射器的发射频率预设为500Hz。
所述脑电采集设备记录操作人员脑电信号，并将该信号输送至主机，所述主机输出虚拟显示的三维场景图像至所述一种基于虚拟现实交互的头戴式装置的显示器的显示屏中；同时，接收所述脑电采集设备输送来的脑电信号，通过分析处理用户的脑电信号，计算得到不同脑区的激活程度；所述显示器与所述主机，例如，通过连接线，相连，用于虚拟现实三维场景图像和交互内通的通信，
所述显示器具有显示屏，所述显示屏根据左右眼在视角上的差异分别显示虚拟现实三维场景，这样能使用户的左右眼感知到不一样的图像，形成对虚拟现实三维环境的空间认知。
所述透镜的镜筒的第二端设置有目镜，其配置用于调整用户视线在显示屏上的对焦位置，以便用户视线能够准确地对焦于显示屏上。
优选地，根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置还包括扬声器，扬声器根据用户界面显示的交互内容播放相应的三维立体声。
优选地，根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，还包括话筒，所述话筒设置在所述壳体的下方。
优选地，根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，还包括耳罩，所述耳罩连接至根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置的壳体内部的显示器，所述耳罩的外侧设置有音量调节旋钮和音量开关。
优选地，根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置，还包括报警器。
优选地，所述报警器与主控装置相连。
优选地，所述报警器为声、光、电、磁、振动报警器。
优选地，所述数据采集的数量为15个，所述数据采集电极为15导主动电极，其具体位置为FC1,FC2,FC5,FC6,Cz,C1,C2,C3,C4,CP1, CP2,CP5,CP6,P3和P4，如图3所示，其中，F额叶区，P表示顶叶区,C 表示偏中间，但不属于具体脑叶的区域，Cz表示冠状线矢状线交点。其中数字表示数据采集电极的位置，奇数表示该数据采集设置在左脑，偶数表示该数据采集电极设置右脑，数字越大离矢状线越远。
优选地，步骤二中各选定的数据采集电极的阻抗相同。
并列地，步骤二中各选定的数据采集电极的阻抗不相同。
优选地，本发明的基于脑电采集的虚拟现实交互方法通过根据本发明的一种基于虚拟现实交互的头戴式装置实现。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“至少三个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，其具体步骤如下：
S1：通过眼动跟踪装置获得瞳孔边界的初始参考值d0，以及通过脑电采集装置获得初始状态下α节律在全部脑电波中的能量占比的初始值A0；设置为A0升高30％后的值为第二阈值；
S2：将采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；
S3：判断眨眼频率f1是否大于第一阈值；或α节律在全部脑电波中的能量占比A1是否大于第二阈值；
S4：若眨眼频率f1大于第一阈值，转入步骤S5,；若α节律在全部脑电波中的能量占比A1大于第二阈值，转入步骤S6；
若眨眼频率f1大于第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1大于第二阈值，则转入S9；
若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；
S5：将采样间隔调整至第二采样间隔t2，计算α节律在全部脑电波中的能量占比A2，转入S7；
S6：缩短采样间隔至第二采样间隔t2，计算得到眨眼频率f2；转入S8；
S7：判断α节律在全部脑电波中的能量占比A2是否大于第二阈值；若α节律在全部脑电波中的能量占比A2大于第二阈值，转入S9；若α节律在全部脑电波中的能量占比A2是否≤第二阈值，则转入S5；
S8：判断眨眼频率f2是否大于第一阈值；若眨眼频率f2大于第一阈值，转入S9；若眨眼频率f2≤第一阈值，则转入步骤S6；
S9：进行疲劳预警,同时启动飞控系统进行自主飞行；
S10:采样间隔设置第一采样间隔t1，得到眨眼频率f1以及获得α节律在全部脑电波中的能量占比A1；若眨眼频率f1≤第一阈值且α节律在全部脑电波中的能量占比A1≤第二阈值，则转入S2；同时，关闭飞控系统，进入人工操作模式。
2.如权利要求1所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，第二采样间隔t2大于第一采样间隔t1。
3.如权利要求2所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，其中第一阈值为每分钟眨眼10次，当眨眼频率高于每分钟10次时，判定为操作人员疲劳。
4.如权利要求3所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，当眨眼过程中的闭眼时间超过1s，判定为操作人员疲劳。
5.如权利要求4所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，在S1至S8中，通过眼动跟踪装置实时采集瞳孔边界值以进行情绪判断。
6.如权利要求5所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，当瞳孔边界值大于瞳孔边界的初始参考值d0的50％，判定操作人员情绪紧张。
7.如权利要求6所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，瞳孔边界值大于瞳孔边界的初始参考值d0的30％-50％，判定操作人员紧张。
8.如权利要求7所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，当瞳孔边界值小于瞳孔边界的初始参考值d0的50％，判定操作人员疲劳。
9.如权利要求8所述的基于疲劳监测预警的虚拟现实交互方法，其特征在于，采集到连续N1帧的图像无瞳孔，N1＝T1/t,则判定为眨眼；其中T1为连续图像采集的时间长度，200ms≤T1≤400ms；t为采样间隔，t为t1或t2；
采集到连续N2帧的图像无瞳孔，N2>T2/t,则判定为闭眼；其中T2为连续图像采集的时间长度，T2＞400ms；t为采样间隔，t为t1或t2；
采集到连续N3帧的图像无瞳孔，N3<T3/t,则判定为无眨眼；其中T3为连续图像采集的时间长度，T3＜200ms；t为采样间隔，t为t1或t2。
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