CN114397773A

CN114397773A - 一种监测用眼状况的智能眼镜及监测方法

Info

Publication number: CN114397773A
Application number: CN202210159803.6A
Authority: CN
Inventors: 李晓涛; 倪敬轩; 王可
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2022-04-26

Abstract

本发明涉及一种监测用眼状况的智能眼镜及监测方法，包括镜框、安装在镜框上的镜腿；镜框上设置有采集眼部状况的摄像头，镜腿和镜框上设置有EEG传感器，镜腿上设置有PPG生物传感器，镜腿和/或镜框上还设置有控制线路板、给控制线路板供电的电池、与控制线路板电性连接的无线通信模块；摄像头、EEG传感器、PPG生物传感器均与控制线路板电性连接，镜框上还设置有与控制线路板电性连接的红外测距仪或无创激光测距仪、温度传感器，温度传感器设置在镜框的靠近鼻侧眼角膜的位置，并同时公开了利用该智能眼镜监测用眼状况的方法。该发明通过多参数的监测，能全面了解用眼状况，做到健康安全用眼，防治干眼症等常见眼部疾病。

Description

一种监测用眼状况的智能眼镜及监测方法

技术领域

本发明涉及智能眼镜，尤其是一种监测用眼状况的智能眼镜及监测方法。

背景技术

眼睛是心灵的窗户，在如今电子产品极速发展时代，人们长期盯着电子产品，对眼睛造成一定的损坏，也造成了大量的近视眼。现有的一些防近视智能眼镜能实现光学测距，感知光照强度等功能，但这些防近视智能眼镜产品普遍存在两个问题：1.面向对象主要是14岁以下的低龄儿童；2.只能通过经验判断青少年的用眼方式是否正确，不能根据使用者眼部状态实时性地判断其是否存在用眼疲劳、专注降低、眼部干涩等健康问题，不能对这种眼部状况进行早期的评估和预警。

发明内容

针对现有的不足，本发明提供一种监测用眼状况的智能眼镜及监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种监测用眼状况的智能眼镜，包括镜框、安装在镜框上的镜腿；所述镜框上设置有采集眼部状况的摄像头，所述镜腿和镜框上设置有EEG传感器，所述镜腿上设置有PPG生物传感器，所述镜腿和/或镜框上还设置有设有处理器的控制线路板、给控制线路板供电的电池、与控制线路板电性连接的无线通信模块；所述摄像头、EEG传感器、PPG生物传感器均与控制线路板电性连接，所述镜框上还设置有与控制线路板电性连接的红外测距仪或无创激光测距仪、温度传感器，所述温度传感器设置在镜框的靠近鼻侧眼角膜的位置。

作为优选，所述镜框在对应于额头位置的外表面上设置有与控制线路板电性连接的光敏传感器。

作为优选，所述PPG生物传感器包括PPG电极，所述镜腿的尾端设置有耳夹，所述PPG电极设置在耳夹内侧对应于左右两耳乳突旁的耳后动脉处皮肤表面位点，所述EEG传感器包括主电极和辅助电极，所述主电极设置在耳夹上对应于T7、T8脑电位点及附近皮肤处，所述辅助电极设置在镜框两侧的鼻夹处贴鼻梁皮肤面。

作为优选，所述红外测距仪设置在镜框正面的外侧并邻近桩头的位置。

作为优选，所述处理器是集成有操控摄像头、EEG传感器、PPG生物传感器、红外测距仪、温度传感器的MCU集成芯片。

作为优选，所述摄像头设置在镜框上对应于眼角的位置。

作为优选，所述镜腿或镜框上还设置有与控制线路板电性连接的报警装置。

一种监测用眼状况的监测方法，使用如前述任意一项所述的智能眼镜来进行检测，

S1，通过摄像头采集眼部角膜成像，并将采集到的信息传输至控制线路板，经过控制线路板上处理器的分析处理形成角膜地形图，在角膜地形图上提取指定点位的信息并通过运算得到眼睛实际状况的参数数据，之后与标准参数数据相比较得出眼睛状况；

S2，利用EEG传感器通过检测脑电波来测定情感认知状态指标；

S3，利用PPG生物传感器采集自主神经系统数据来进行视觉疲劳识别；

S4，利用红外测距仪监测用眼距离；

S5，利用温度传感器监测靠近鼻侧眼角膜的温度，进而判断眼睛的干湿状况；

S6，控制线路板上的处理器综合前述各监测的数据，分析并得出实际的用眼情况。

作为优选，所述角膜地形图通过等高线的方法制得，所述指定点位的数量是300-750个，所述参数数据包括角膜表面不规则指数、角膜表面规则指数、模拟角膜散光柱变化指数、不规则散光指数、角膜预测视力参数。

作为优选，所述温度传感器监测的是睁眼5秒和10秒后靠近鼻侧眼角膜的温度。

本发明的有益效果在于：该发明通过多方面参数的监测，能实时的全面了解用眼状况，帮助人们做到健康安全的用眼，利用摄像头来探测用户是否出现眼睛红肿、眼球移动迟缓、眨眼频率增加且速率下降等特征来判断其是否用眼疲劳，同时使用EEG传感器和PPG生物传感器来做是否视觉认知疲劳的分析，避免因精神疲劳而导致的眼睛疲劳，通过红外测距防止用户因距离过近而导致的近视问题，通过温度传感器监测眼角膜的温度变化，辅助筛查干眼症等眼部疾病，进一步提高监测识别的精准性。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的电路模块示意图；

图中零部件名称及序号：1-镜框10-报警装置2-镜腿20-开关21-调节装置22-充电接口23-耳夹3-摄像头4-EEG传感器40-辅助电极41-主电极5-PPG生物传感器6-控制线路板60-电池61-无线通信模块62-处理器7-红外测距仪8-温度传感器9-光敏传感器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。此外，本发明中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附加图示的方向，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指本发明必须具有的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例如图1和图2中所示，一种监测用眼状况的智能眼镜，包括镜框1、安装在镜框1上的镜腿2，镜框1就可以选择半框或全框结构的，可以采用现有的制作眼镜镜框的材料来制得，根据不同的需求，镜框1上可以安装不同功能的镜片，包括近视、远视、平视以及遮阳镜片，镜腿2则是与传统眼镜一样通过桩头枢接在镜框1上，镜腿2包括有左右镜腿，镜框1也包括有左右镜框；所述镜框1上设置有采集眼部状况的摄像头3，该摄像头3采用微型电子摄像头，在智能眼镜的左右两边的镜框1上均设置有微型电子摄像头，即设置在左镜框的左上方，右镜框的右上方，其采集到眼部动态数据后就将相关信息传递至控制线路板6，摄像头3可以设置在镜框1上的任意位置，只需要能采集到眼部状况即可，而为了方便对眼部动态数据的采集，摄像头3设置在镜框1上对应于眼角的位置，即眼角斜上方的位置，在这个位置既不会影响视力，也能全面的监测到眼睛的状态，通过摄像头3来采集眼部的实时状态，从而实时监控眼部的状况，所述镜腿2和镜框1上设置有EEG传感器4，所述镜腿2上设置有耳夹23，耳夹23内测设有EEG传感器主电极41和PPG生物传感器5，所述镜腿2和/或镜框1上还设置有设有处理器62的控制线路板6、给控制线路板6供电的电池60、与控制线路板6电性连接的无线通信模块61如蓝牙和WiFi通讯，EEG传感器4是对脑电信号敏感的元件，这样就能更好的感应监测到对应的脑认知数据，结合EEG技术收集相关的脑电波信号，这样就通过采集和分析使用者身心方面的多维度数据，测定用户认知水平上的疲劳度，专注度以及各种情绪指标，所述EEG传感器4包括主电极41和辅助电极40，所述主电极41设置在两侧镜腿终端耳夹处对应于T7、T8脑电位点及附近皮肤处，所述辅助电极40设置在镜框两侧的鼻夹处贴鼻梁皮肤面；PPG生物传感器5是通过对皮肤生物电敏感的芯片模块，用于做疲劳状态识别，使用PPG技术采集跟自主神经系统相关的数据，包括心率、血氧和呼吸频率等，此时所述PPG生物传感器5包括PPG电极，所述PPG电极设置在镜腿2上耳夹处23内侧对应于左右两耳乳突旁的耳后动脉处皮肤表面位点；控制线路板6同传统的控制线路板一样具有不同的电子元器件组成的电路，处理器62也就是数据控制处理中心，如MCU，其是集成有操控摄像头、EEG传感器、PPG生物传感器、红外测距仪、温度传感器的MCU集成芯片，集成芯片用于连接各传感器，起到一个总控作用，更利于操控，控制线路板6作为该眼镜的控制中心来控制各模块部件的运行，其可以是软质线路板来方便其安装，也可以是依据其所设置的位置来选择具体形状结构的硬质的线路板，为了方便操控，可以在镜腿2上设置与控制线路板6电性连接的滑动开关，体积小；电池60就是给各个部件提供电力来保证它们的正常运行，优选其是可充电的锂离子电池，其可以是先固定设置在控制线路板6上然后再设置在镜腿2或镜框1上，也可以是可拆装方式设置在镜腿2或镜框1上，并与控制线路板6电性导通的，为了方便对其的充电，则在镜腿2上设置充电接口22即可，此时充电接口就选用USB接口；无线通信模块61用来无线通信连接智能终端，其可以和控制线路板6设置成一体，也可以分开设置，两者只要电性导通能够传送相应的信息即可，无线通信模块就采用现有常规的模块，比如蓝牙模块结合WiFi、4G、5G通讯模块等，在智能终端上就可以通过相应的APP软件来对各功能进行调控，设置成适合自己的模式，连接手机App操纵，可进行智能性、个性化的功能调节和干预，包括数据采集周期，然后根据智能眼镜采集使用者心身方面的多维度数据，通过App呈现脑力与眼力监测相关的详细数据，并通过模型计算出脑力与眼力的得分值，进而能协助人们科学用眼用脑，并及时调整状态。而为了解决远端操控通信连接好坏的问题，可以在镜腿2上设置与控制线路板6电性连接的调节装置，通过调节装置来调节相应的参数，如定时、采集周期，此时调节装置21就可以采用手动模式，之后利用相应的操控程序进行操控；所述摄像头3、EEG传感器4、PPG生物传感器5均与控制线路板6电性连接，所述镜框1上还设置有与控制线路板6电性连接的红外测距仪7或无创激光测距仪、温度传感器8，所述温度传感器8设置在镜框1的靠近鼻侧眼角膜的位置，红外测距仪7用来测量用户的用眼距离，当距离过近时与眼镜配套的程序会弹出警报，进而防止用户因用眼距离不当而导致的近视或远视问题，将其设置在镜框1正面的外侧并邻近桩头的位置，左右镜框1上均设置有红外测距仪7，两侧的红外测距仪7射出的光线交汇在一点，就能更好的更精确的检测出用眼距离，镜腿2或镜框1上还设置有与控制线路板6电性连接的报警装置10，报警装置10就可以采用声、光、电、振动中的任意一种方式来体现，就能更直观或直接的提醒用户用眼距离不对，温度传感器8用来监测眼角膜的温度变化，将其设置在镜框1靠近鼻侧眼角膜的位置，如眼镜的鼻托处靠近眼角膜的位置，通过和正常眼角膜温度的比对就能辅助筛查眼部状况，进一步提高监测识别的准确性，正常眼角膜温度参数就可以利用程序提前烧录在控制线路板6的处理器62中，也就意味着温度传感器8对应于左右眼角膜也是设置有两个的。同时为了避免眼镜的滑落，就可以在镜腿2上设置用以固定眼镜在耳朵上的防滑的耳夹23，耳夹23不仅作为固定器，使得眼镜在穿戴时更加稳固，同时还可以作为载体嵌入EEG传感器41和PPG传感器5。

进一步的改进，如图1中所示，所述镜框1在对应于额头位置的外表面上设置有与控制线路板6电性连接的光敏传感器9，光敏传感器9用于对环境光照的识别，可以为用户建议当前环境是否适宜工作或阅读。

一种监测用眼状况的监测方法，使用如前述任意一项所述的智能眼镜，S1，通过摄像头3采集眼部角膜成像，并将采集到的信息传输至控制线路板6，经过控制线路板6上处理器62的分析处理形成角膜地形图，在角膜地形图上提取指定点位的信息并通过运算得到眼睛实际状况的参数数据，之后与标准参数数据相比较得出眼睛状况；微型摄像头3探测用户是否出现眼睛红肿、眼球移动迟缓、眨眼频率增加且速率下降等症状来判断其是否用眼疲劳，同时对其采集的图像经过处理后就形成角膜地形图。

角膜地形图指通过对整个角膜进行成像，绘制等高线并获取角膜表面多个数据点并进行计算分析而成，用于精确分析整个角膜形态和曲率变化，在临床医学领域常被用于角膜规则散光和不规则散光分析以及圆锥角膜的判定，通过计算分析拍摄的到的角膜地形图，用主成分分析(PCA)的方法可以得到角膜表面不规则指数(SAI)、角膜表面规则指数(SRI)、模拟角膜散光柱变化指数(CYL)、不规则散光指数(IAI)、角膜预测视力参数等干眼症病变时变化明显的指标，SRI、SAI、CYL、PVA指标上面干眼症组的平均值比对照组均高出了近一倍，SRI诊断指标的ROC曲线下面积更是达到了0.818。通过对角膜表面成像，用等高线的方法绘制得到角膜地形图，在等高线上提取特定的位点，数量为300到750个，优选700个数据点，经过算法运算，得到与干眼症症状筛查相关的参数；

S2，利用EEG传感器4通过检测脑电波来测定情感认知状态指标，分析用户的注意力专注度，便于用户高效的进行工作或学习，避免长期的低效工作导致身心俱疲，视力受损；

S3，利用PPG生物传感器5采集自主神经系统数据来进行疲劳识别，配合EEG传感器4作是否具视觉认知疲劳的分析，避免因精神疲劳而导致的眼部疲劳；

S4，利用红外测距仪7监测用眼距离，红外测距的方法测量用户的用眼距离，当距离过近时与眼镜配套的程序会弹出警报，防止用户因用眼距离不当而导致的近视或远视问题；

S5，利用温度传感器8监测靠近鼻侧眼角膜的温度，进而判断眼睛的干湿状况；眼角结膜的温度在干眼症群体和正常群体间也存在有差异，尤其在睁眼5秒及10秒靠近鼻侧眼角膜的的温度与正常对照组之间存在差异，就使得温度传感器8监测睁眼5秒和10秒时靠近鼻侧眼角膜的温度，用来做筛查，进而提高尽早识别干眼症症状的准确性；

S6，控制线路板6上的处理器62综合前述各监测的数据，分析并得出实际的用眼情况。综合各项监测数据，就能精确的得知用眼的实际状况，进而健康安全的用眼，同时还可通过与智能眼镜配套的系统程序，根据监测到的用户的眼部状况提供更好的建议，例如饮食疗法，眼部锻炼，睡眠提示，休息计划等，或者结合眼脑一体工程理论，开发相应的小游戏将用于眼部锻炼，以及注意力训练，以达到一个训练提升的效果。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种监测用眼状况的智能眼镜，其特征在于：包括镜框、安装在镜框上的镜腿；所述镜框上设置有采集眼部状况的摄像头，所述镜腿和镜框上设置有EEG传感器，所述镜腿上设置有PPG生物传感器，所述镜腿和/或镜框上还设置有带处理器的控制线路板、给控制线路板供电的电池、与控制线路板电性连接的无线通信模块；所述摄像头、EEG传感器、PPG生物传感器均与控制线路板电性连接，所述镜框上还设置有与控制线路板电性连接的红外测距仪或无创激光测距仪、温度传感器，所述温度传感器设置在镜框的靠近鼻侧眼角膜的位置。

2.根据权利要求1所述监测用眼状况的智能眼镜，其特征在于:所述镜框在对应于额头位置的外表面上设置有与控制线路板电性连接的光敏传感器。

3.根据权利要求1所述监测用眼状况的智能眼镜，其特征在于:所述PPG生物传感器包括PPG电极，所述镜腿的尾端设置有耳夹，所述PPG电极设置在耳夹内侧对应于左右两耳乳突旁的耳后动脉处皮肤表面位点，所述EEG传感器包括主电极和辅助电极，所述主电极设置在耳夹上对应于T7、T8脑电位点及附近皮肤处，所述辅助电极设置在镜框两侧的鼻夹处贴鼻梁皮肤面。

4.根据权利要求1所述监测用眼状况的智能眼镜，其特征在于:所述红外测距仪设置在镜框正面的外侧并邻近桩头的位置。

5.根据权利要求1所述监测用眼状况的智能眼镜，其特征在于:所述处理器是集成有操控摄像头、EEG传感器、PPG生物传感器、红外测距仪、温度传感器的MCU集成芯片。

6.根据权利要求1所述监测用眼状况的智能眼镜，其特征在于:所述摄像头设置在镜框上对应于眼角的位置。

7.根据权利要求1所述监测用眼状况的智能眼镜，其特征在于:所述镜腿或镜框上还设置有与控制线路板电性连接的报警装置。

8.一种监测用眼状况的监测方法，其特征在于:使用如权利要求1至7中任意一项所述的智能眼镜来进行监测，

S4，利用红外测距仪监测用眼距离；

9.根据权利要求8所述监测用眼状况的监测方法，其特征在于:所述角膜地形图通过等高线的方法制得，所述指定点位的数量是300-750个，所述参数数据包括角膜表面不规则指数、角膜表面规则指数、模拟角膜散光柱变化指数、不规则散光指数、角膜预测视力参数。

10.根据权利要求8所述监测用眼状况的监测方法，其特征在于:所述温度传感器监测的是睁眼5秒和10秒后靠近鼻侧眼角膜的温度。