CN208769778U - 一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能监测技术领域，公开了一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，包括眼镜端和手机端；眼镜端包括：眼镜主体、生物电极、眼电信号处理模块、无线传输模块、充电供电模块；生物电极包括位于鼻托中心处的第一电极、分别位于鼻托左右侧的第二电极和第三电极、分别位于左右镜腿一侧的第四电极和第五电极；生物电极用于采集眼电信号；眼电信号处理模块用于对信号进行处理；无线传输模块用于将眼电数字信号传输至手机端；充电供电模块用于对眼电信号处理模块、无线传输模块进行供电；手机端用于判断驾驶员的疲劳程度。本实用新型解决了现有技术中驾驶疲劳检测系统的准确度和抗干扰性较差的问题，具有鲁棒性高，受干扰性小的优点。

Description

一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统

技术领域

本实用新型涉及智能监测技术领域，尤其涉及一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统。

背景技术

驾驶员处于疲劳的状态时，对外界刺激事物的关注力和应急能力相较平时皆会降低，对突发状况未能及时做出有效反应就容易导致交通事故发生。所以，探寻驾驶疲劳的发生原理、产生规律和测试途径，不仅有非凡的学术意义并且对于有力的减少交通安全事故，于社会安定及经济层面的非凡的实际意义。

目前关于疲劳驾驶检测方法的研究中，主要是通过视频技术采集眼睑运动特征。但是此类基于计算机视觉的面部特征提取方法，不可避免地会受到外界因素的限制而影响其效果，虽然各种研究正在不断地提高算法的鲁棒性，但是亮度、角度以及其他的一些不可控因素仍然在一定程度上限制着算法的性能。另一种常见的方法则是通过红外线对人头部进行成像，从视频图像中通过各种算法获取人眼的闭合状态或眼球充血度以判定驾驶员疲劳程度。这两种方法从根本上来说，其目的是一致的。而这两种方法一般是通过检测眼睑闭合状态来判断驾驶员是否疲劳，对于眼睑的速度，眼球的运动等能更为准确地反映驾驶员疲劳的特征信息却很难捕捉到。此外，基于视觉的疲劳驾驶监测系统在夜晚无光和强光干扰的条件下可靠性明显下降。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，解决了现有技术中疲劳驾驶监测系统的准确度和抗干扰性较差的问题。

本申请实施例提供一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，包括眼镜端和手机端；其中，眼镜端包括：眼镜主体、生物电极、眼电信号处理模块、无线传输模块、充电供电模块；

所述生物电极包括位于所述眼镜主体鼻托中心处的第一电极、位于所述眼镜主体鼻托左侧的第二电极、位于所述眼镜主体鼻托右侧的第三电极、位于所述眼镜主体左镜腿一侧的第四电极、位于所述眼镜主体右镜腿一侧的第五电极；

所述生物电极用于采集眼电信号；所述眼电信号处理模块用于对所述眼电信号进行处理；所述无线传输模块用于将处理后得到的眼电数字信号传输至手机端；所述充电供电模块用于对所述眼电信号处理模块、所述无线传输模块进行供电；

所述手机端接收所述眼电数字信号并进行数据处理，根据驾驶员的眼睛眨动次数及眼睑闭合速度判断驾驶员的疲劳程度，若满足疲劳驾驶条件，所述手机端发出警报。

优选的，所述眼电信号处理模块包括依次连接的前级放大电路、滤波电路、钳位电路、A/D转换电路；

所述前级放大电路用于放大所述眼电信号；所述滤波电路用于滤除所述眼电信号中的杂波；所述钳位电路用于限制所述眼电信号中的尖冲信号；所述A/D转换电路用于将模拟信号转换为数字信号并进行数字信号处理得到所述眼电数字信号。

优选的，所述滤波电路为0～40Hz的低通滤波电路。

优选的，所述眼电信号处理模块还包括光耦隔离芯片，所述光耦隔离芯片分别与所述A/D转换电路、所述无线传输模块连接；所述光耦隔离芯片用于隔开模拟电路和数字电路。

优选的，所述无线传输模块为蓝牙模块。

优选的，所述蓝牙模块采用DA14580蓝牙芯片。

优选的，充电供电模块包括可充电电池、USB充电接口、电池充电控制电路、电源指示灯。

优选的，所述生物电极为氯化银电极。

优选的，所述眼镜主体的镜片可拆卸，可更换为近视镜片或太阳镜片。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，通过生物电极采集眼电信号，由五个生物电极组成双通道连接方式，位于眼镜主体鼻托中心处的第一电极采集人体自身所带的电信号并作为参考电极，位于鼻托左右两侧的第二电极和第三电极作为正电极，分别位于左右镜腿一侧的第四电极和第五电极作为负电极；第二电极和第四电极构成左眼运动测量回路，第三电极和第五电极构成右眼运动测量回路，检测人眨眼或者眼球转动而在眼部周围产生的眼电信号，通过电位差变化判断疲劳程度。本实用新型基于眼电信号进行警觉度估计分析，相比起基于脑电信号的警觉度分析在实用性方面有很大的提升。脑电信号仅有微伏级别的电位，而眼电信号可达毫伏级水平，因此，基于眼电信号能够极大降低实现难度与成本。并且由于眼电信号强度大，噪声干扰少，所需检测电极的数量较少，为佩戴带来了极大的方便。基于眼电信号进行警觉度估计分析，只需要采集人眼电信号，相比起基于机器视觉的驾驶疲劳监测系统，克服了其在夜晚无光和强光干扰条件下系统可靠性明显下降的缺点，并且具有数据量小、直接、全面、不需要复杂加工处理即可传输的优点，传送速度的要求降低。此外，采用本实用新型进行疲劳度智能监测，由于只采集眼电信号，不会曝光个人隐私。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统中眼镜端的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统中眼镜端的眼电采集示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统的结构框图。

其中，10-眼镜主体、20-生物电极、30-眼电信号处理模块、40-无线传输模块、51-可充电电池、52-USB充电接口、53-电池充电控制电路、54-电源指示灯。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，解决了现有技术中疲劳驾驶监测系统的准确度和抗干扰性较差的问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，包括眼镜端和手机端；其中，眼镜端包括：眼镜主体、生物电极、眼电信号处理模块、无线传输模块、充电供电模块；

所述生物电极包括位于所述眼镜主体鼻托中心处的第一电极、位于所述眼镜主体鼻托左侧的第二电极、位于所述眼镜主体鼻托右侧的第三电极、位于所述眼镜主体左镜腿一侧的第四电极、位于所述眼镜主体右镜腿一侧的第五电极；

所述生物电极用于采集眼电信号；所述眼电信号处理模块用于对所述眼电信号进行处理；所述无线传输模块用于将处理后得到的眼电数字信号传输至手机端；所述充电供电模块用于对所述眼电信号处理模块、所述无线传输模块进行供电；

所述手机端接收所述眼电数字信号并进行数据处理，根据驾驶员的眼睛眨动次数及眼睑闭合速度判断驾驶员的疲劳程度，若满足疲劳驾驶条件，所述手机端发出警报。

本实用新型通过生物电极采集眼电信号，由五个生物电极组成双通道连接方式，位于眼镜主体鼻托中心处的第一电极采集人体自身所带的电信号并作为参考电极，位于鼻托左右两侧的第二电极和第三电极作为正电极，分别位于左右镜腿一侧的第四电极和第五电极作为负电极；第二电极和第四电极构成左眼运动测量回路，第三电极和第五电极构成右眼运动测量回路，检测人眨眼或者眼球转动而在眼部周围产生的眼电信号，通过电位差变化判断疲劳程度。本实用新型基于眼电信号进行警觉度估计分析，相比起基于脑电信号的警觉度分析在实用性方面有很大的提升。脑电信号仅有微伏级别的电位，而眼电信号可达毫伏级水平，因此，基于眼电信号能够极大降低实现难度与成本。并且由于眼电信号强度大，噪声干扰少，所需检测电极的数量较少，为佩戴带来了极大的方便。基于眼电信号进行警觉度估计分析，只需要采集人眼电信号，相比起基于机器视觉的驾驶疲劳监测系统，克服了其在夜晚无光和强光干扰条件下系统可靠性明显下降的缺点，并且具有数据量小、直接、全面、不需要复杂加工处理即可传输的优点，传送速度的要求降低。此外，采用本实用新型进行疲劳度智能监测，由于只采集眼电信号，不会曝光个人隐私。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在以往的研究中显示，眼睛的眨动频率、皮肤的电阻抗值、人体温度和血压值等生理信息都曾作为判断疲劳状态的重要信息。除了这些生理指标之外，由于眼球与大脑之间的联系非常紧密，眼球运动会导致眼电信号随之发生变化，眼电信号相较其他生理体征而言，它对疲劳度的检测呈现出鲁棒性高，受干扰性小等方面的优点。

本实施例提供了一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，如图1、图2、图3所示，包括眼镜端和手机端；其中，眼镜端包括：眼镜主体10、生物电极20、眼电信号处理模块30、无线传输模块40、充电供电模块。

其中，所述生物电极20包括位于所述眼镜主体10鼻托中心处的第一电极、位于所述眼镜主体10鼻托左侧的第二电极、位于所述眼镜主体10鼻托右侧的第三电极、位于所述眼镜主体10左镜腿一侧的第四电极、位于所述眼镜主体10右镜腿一侧的第五电极。一种优选的情况，所述生物电极20为氯化银电极。

所述第一电极采集人体自身所带的电信号并作为参考电极，所述第二电极和所述第三电极作为正电极，所述第四电极和所述第五电极作为负电极；第二电极和第四电极构成左眼运动测量回路，第三电极和第五电极构成右眼运动测量回路。

所述生物电极20用于采集眼电信号；所述眼电信号处理模块30用于对所述眼电信号进行处理；所述无线传输模块40用于将处理后得到的眼电数字信号传输至手机端；所述充电供电模块用于对所述眼电信号处理模块30、所述无线传输模块40进行供电。

所述手机端接收所述眼电数字信号并进行数据处理，根据驾驶员的眼睛眨动次数及眼睑闭合速度判断驾驶员的疲劳程度，若满足疲劳驾驶条件，所述手机端发出警报。

所述眼电信号处理模块30包括依次连接的前级放大电路、滤波电路、钳位电路、A/D转换电路；所述前级放大电路用于放大所述眼电信号；所述滤波电路用于滤除所述眼电信号中的杂波；所述钳位电路用于限制所述眼电信号中的尖冲信号；所述A/D转换电路用于将模拟信号转换为数字信号并进行数字信号处理得到所述眼电数字信号。一种优选的情况，所述滤波电路为0～40Hz的低通滤波电路。

一种优选的情况，所述眼电信号处理模块30还包括光耦隔离芯片，所述光耦隔离芯片分别与所述A/D转换电路、所述无线传输模块40连接；所述光耦隔离芯片用于隔开模拟电路和数字电路。

一种优选的情况，所述无线传输模块40为蓝牙模块，所述蓝牙模块可采用DA14580蓝牙芯片。采用低功耗蓝牙模块能够有效降低传输功率，免于连接数据线的麻烦，具有操作方便的优点。

所述充电供电模块包括可充电电池51、USB充电接口52、电池充电控制电路53、电源指示灯54。所述USB充电接口位于所述眼镜主体的腿架上，未额外添加任何其他设备，不增加眼镜体积，使用者佩戴更为舒适。

此外，所述眼镜主体10的镜片可拆卸，可更换为近视镜片或太阳镜片,能够有效增加使用人群范围。

本实用新型涉及的原理如下：

眼电信号是非常微弱的，并且由于人体较大的内阻(几十kΩ到几百kΩ)，致使经过输入导线进入放大电路板的过程中，眼电信号非常容易受到其他信号的干扰(如空间电流、噪声等)，必须采取相应的措施进行保护，以确保其不受干扰或少受干扰。在此通过选用集成仪表放大器提供一个较大的共模抑制比，抑制共模信号对眼电信号的影响。

所述前级放大电路中，为检测出幅值在50μV～3.5mV的眼电信号，需将其放大成一个幅值达到mV级的电压信号。将前级放大电路的放大倍数设置在1000倍内，根据眼电信号幅值的大小对放大倍数进行适当地调整。

人体产生的眼电信号的频率大约在0～40Hz之间，因此滤波电路中，设计一个通带为0～40Hz的低通滤波电路，滤掉噪声信号，保留眼电信号。眼电信号属于微弱的差模信号，电极与皮肤接触时会产生一个幅值在10～100mV之间的属于直流电压的极化电势，所以在滤波电路中还应设置一个截止频率很低的高通滤波器，用以限制极化电压。

经过高通滤波的两路信号，再分别通过电压跟随器，进入仪表放大器。在后级放大电路中，采用二阶低通滤波器对信号进行滤波。

经两级放大的信号进入多通道A/D转换电路，在DSP的控制下选择一路信号进行转换，转换结果送入DSP片上FIFO缓存，由DSP读取数据并进行数字信号处理，处理的结果通过无线传输模块将放大信号传输到手机端完成数字输出。输入到无线传输模块之前优选采用专用的光耦隔离芯片将模拟电路与数字电路隔开。

手机端计算出驾驶员的眼睛眨动次数及眼睑闭合速度，进而判断驾驶员的疲劳程度。具体的，手机端将接收到的眼电数字信号做一次差分。用V_c1和V_op表示两个阈值，前者用来判断眼睑闭合，后者用来判断眼睑睁开，都是作用在差分后的波形上的。以眼电数字信号的峰值点，也就是差分信号的0点为界，可将眨眼信号分成闭眼部分和开眼部分两个部分。闭眼部分可以通过差分信号是否超过V_c1来定位，而开眼部分则可以通过差分信号是否低于V_op来定位。V_c1和V_op的大小可先通过经验设定一个初始值，然后通过采集一段时间的信号来进行调整。基于闭眼与睁眼的定位，就可以定位一次眨眼行为，也就可以根据睁眼与闭眼之间的时间间隔计算出人眼闭合时间。

采用P80标准作为判断是否疲劳驾驶的标准，当人眼瞳孔被遮住部分超过整个瞳孔的80％，视为驾驶员处于疲劳驾驶状态。

手机端根据接收到的眼电数字信号，通过相关算法分析出司机处于疲劳驾驶的状态之后，发出警报声提醒司机注意休息，假如长期处于疲劳驾驶状态，手机端可自动向预先设置好的亲情号码发送信息提醒。

综上，本实用新型通过眼镜主体上的生物电极对眼电信号进行采集，并通过前级放大电路、滤波电路、钳位电路、A/D转换电路对眼电信号进行预处理并作为数字信号输出，将数字信号通过无线传输模块传输到手机端进行分析处理，通过对眨眼次数与眼睑闭合速度与预设阈值的比较预测判断司机是否疲劳驾驶，并相应地发出警报。本实用新型方法步骤简单、数据量小且实现方便，能简便、快速、实时地对驾驶员的疲劳驾驶状态进行准确监测，防止安全事故发生。

本实用新型实施例提供的一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统至少包括如下技术效果：

在本申请实施例中，通过生物电极采集眼电信号，由五个生物电极组成双通道连接方式，位于眼镜主体鼻托中心处的第一电极采集人体自身所带的电信号并作为参考电极，位于鼻托左右两侧的第二电极和第三电极作为正电极，分别位于左右镜腿一侧的第四电极和第五电极作为负电极；第二电极和第四电极构成左眼运动测量回路，第三电极和第五电极构成右眼运动测量回路，检测人眨眼或者眼球转动而在眼部周围产生的眼电信号，通过电位差变化判断疲劳程度。本实用新型基于眼电信号进行警觉度估计分析，相比起基于脑电信号的警觉度分析在实用性方面有很大的提升。脑电信号仅有微伏级别的电位，而眼电信号可达毫伏级水平，因此，基于眼电信号能够极大降低实现难度与成本。并且由于眼电信号强度大，噪声干扰少，所需检测电极的数量较少，为佩戴带来了极大的方便。基于眼电信号进行警觉度估计分析，只需要采集人眼电信号，相比起基于机器视觉的驾驶疲劳监测系统，克服了其在夜晚无光和强光干扰条件下系统可靠性明显下降的缺点，并且具有数据量小、直接、全面、不需要复杂加工处理即可传输的优点，传送速度的要求降低。此外，采用本实用新型进行疲劳度智能监测，由于只采集眼电信号，不会曝光个人隐私。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，包括眼镜端和手机端；其中，眼镜端包括：眼镜主体、生物电极、眼电信号处理模块、无线传输模块、充电供电模块；

所述生物电极包括位于所述眼镜主体鼻托中心处的第一电极、位于所述眼镜主体鼻托左侧的第二电极、位于所述眼镜主体鼻托右侧的第三电极、位于所述眼镜主体左镜腿一侧的第四电极、位于所述眼镜主体右镜腿一侧的第五电极；

所述生物电极用于采集眼电信号；所述眼电信号处理模块用于对所述眼电信号进行处理；所述无线传输模块用于将处理后得到的眼电数字信号传输至所述手机端；所述充电供电模块用于对所述眼电信号处理模块、所述无线传输模块进行供电；

所述手机端接收所述眼电数字信号并进行数据处理，根据驾驶员的眼睛眨动次数及眼睑闭合速度判断驾驶员的疲劳程度，若满足疲劳驾驶条件，所述手机端发出警报。

2.根据权利要求1所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，所述眼电信号处理模块包括依次连接的前级放大电路、滤波电路、钳位电路、A/D转换电路；

所述前级放大电路用于放大所述眼电信号；所述滤波电路用于滤除所述眼电信号中的杂波；所述钳位电路用于限制所述眼电信号中的尖冲信号；所述A/D转换电路用于将模拟信号转换为数字信号并进行数字信号处理得到所述眼电数字信号。

3.根据权利要求2所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，所述滤波电路为0～40Hz的低通滤波电路。

4.根据权利要求2所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，所述眼电信号处理模块还包括光耦隔离芯片，所述光耦隔离芯片分别与所述A/D转换电路、所述无线传输模块连接；所述光耦隔离芯片用于隔开模拟电路和数字电路。

5.根据权利要求1或2所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，所述无线传输模块为蓝牙模块。

6.根据权利要求5所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，所述蓝牙模块采用DA14580蓝牙芯片。

7.根据权利要求1或2所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，充电供电模块包括可充电电池、USB充电接口、电池充电控制电路、电源指示灯。

8.根据权利要求1或2所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，所述生物电极为氯化银电极。

9.根据权利要求1或2所述的基于眼电信号监测疲劳驾驶的智能系统，其特征在于，所述眼镜主体的镜片可拆卸，可更换为近视镜片或太阳镜片。