TW201025207A - Drowsiness detection method and apparatus thereof - Google Patents

Description

201025207 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種睡意偵測方法與裝置。 【先前技術】 在長時間駕驶的過程中，駕駛員的注意力被強迫集中於 路況與車況的判斷，因此容易產生疲倦甚至瞌睡情形。在 產生睡意的初期，瞌睡的維持時間十分短暫，縱使其精神 有短時間（3 0秒以下）的渙散狀態產生，也會因為有正在駕駛 的危機意識而甦醒’但接著又逐漸疲勞。如此短時間的睡 眠與清醒交錯發生，將逐漸正式進入睹睡狀態。此外，從 事高危險性之靜態工作者，例如在實驗室内進行危險物質 分析員，在需要高度集中注意力以及安靜的環境下，亦容 易在極短時間内有精神渙散狀態產生。因此’在進入瞌睡 狀態的過程中便無法注意工作週遭之危險狀況。 美國專利第7,088,250號使用疲勞級別估算儀器判斷疲勞 程度。美國專利第6,070,098號利用觀察與疲勞有關的活動 且經過大量資料運算判斷疲勞程度。美國專利第4,967，186 號利用紅外線檢測眼驗活動判斷疲勞程度。然而，其谓測 之標的，如觀察駕敬者的行為或眼驗活動，在非睹睡的狀 態下亦可能出現類似行為。因此如何降低資料運算量且有 效偵測睡意，已成為產業界努力的方向。 【發明内容】 本發明提供-種睡意γ貞測方法及裝置，其藉由多個時間 區間内之心跳頻率值進行睡意偵測。 201025207 本發明之一實施範例揭示一種睡意偵測方法其包含下 列步驟：取得儲存有複數個生理特徵值之一仵列中之一第 一最小值、一第二最小值、一第一最大值及該佇列之一第 一個位置之值；以及取得該第一最小值、該第二最小值、 該第一最大值及該第一個位置之值之間之複數個差值，並 比較該複數個差值與複數個門檻值之大小以產生一睡意偵 測結果。 本發明之另一實施範例揭示一種睡意偵測方法，其包含 下列步驟：取得儲存有複數個生理特徵值之一仵列中之一 最大值、一第一最小值及一第二最小值；以及取得該最大 值、該第一最小值及該第二最小值之間之複數個差值並 比較該複數個差值與複數個門檻值之大小以產生一睡意债 測結果。 本發明之再一實施範例揭示一種睡意偵測方法，其包含 下列步驟：取得儲存有複數個生理特徵值之一第一仔列及 一第二佇列；取得該第一佇列中之一第一最大值、一第一 最小值及一第二最小值；比較該第一最大值與該第一最小 值之差值與一第一門檻值之大小及該第一最大值與該第二 最小值之差值與一第二門檻值之大小以產生一第一比較結 果；取得該第二佇列中之一第二最大值及一第三最小值； 比較該第一最大值與該第三最小值之差值與一第三η楹值 之大小以產生一第二比較結果；以及根據該第—比較結果 及該第二比較結果產生一睡意偵測結果。 本發明之再一實施範例揭示一種睡意偵測裝置，其包含 4 201025207 一訊號偵測單元及一運算模組。該訊號偵測單元用以在複 數個時間區間内取得複數個連續訊號。該運算模組用以轉 換該複數個連續訊號為複數個頻率值及求得該複數個頻率 值之相互關係。 【實施方式】 圖1係根據本發明—實施範例之睡意偵測方法之步驟流 程圖。在步驟S101中，啟動睡意偵測流程。在步驟S102中， 取得第一時間區間之心跳訊號。在本實施範例之心跳訊號 可由心電圖機器或超寬頻心跳偵測天線量測得到。在步驟 S103中，取得第二時間區間之心跳訊號。在步驟sl〇4中， 取最新第三時間區間之心跳訊號，並根據其波峰數轉換成 心跳頻率值，其單位為"次/分鐘"。該心跳頻率值為本實施 例所使用之生理特徵值’該生理特徵值亦可為脈搏訊號轉 換之脈搏頻率值。在步驟81〇5中，將最新心跳頻率值儲存 於一心跳佇列中。在步驟S1 〇6中，進行一判斷流程。在步 驟S107中’判斷是否結束睡意偵測。若否，則回到步驟 S103。若是，則在步驟S108中結束睡意偵測流程。在本實 施範例中’第一時間區間大致為20秒，第二時間區間大致 為10秒’第三時間區間大致為30秒。該第三時間區間（大致 為30秒）之最新心跳訊號包含第二時間區間（大致為1〇秒）之 心跳訊號以及在第二時間區前大致20秒之心跳訊號。此 外，本實施範例之該仵列可以依據心跳頻率值取得之頻率 來設計長度。本實施範例之該佇列為具有20個儲存位置之 佇列，所取得之每一個新的心跳頻率值由該佇列之頭端（即 5 201025207 該仵列第一個位置）開始儲存。假使20個位置都已有儲存之 心跳頻率值’當取得下一個新的心跳頻率值時，將該佇列 第一個位置之儲存值刪除’其他位置之儲存值儲存在原位 置之前一個位置，並將最新取得之心跳頻率值儲存在該件 列末端（即該佇列最後一個位置）。上述方式可利用佇列的指 標以完成上述功能。 根據本發明之一實施範例，圖2係步驟s 106中之詳細判斷 流程圖。在步驟S105中，將最新之心跳頻率值儲存於心跳 佇列中。在步驟S201中，取得該心跳佇列頭端之心跳頻率 值（HRHead)及自該心跳仵列頭端開始持續下降之最低點之 值（HRDown)。尋找HRDown之一實施方式，可自心跳佇列 頭端往末端方向尋找，其佇列内之心跳頻率值兩兩比較直 到心跳頻率值停止下降。在步驟S202中，判斷HRHead與 HRDown之差值是否大於一落差門檻值。若否，則表示未進 入瞌睡狀態（步驟S206)。若是，在步驟S203中，尋找自心 跳頻率值HRDown之儲存位置起，一佇列長度（stbLen)内之 最大值（StbMax)和最小值（StbMin)。在步驟S204中，判斷 StbMax與HRDown之差值是否小於一條件門檻值。若否， 則表示未進入瞌·睡狀態（步驟S206)。若是，則表示即將進 入睹睡狀態，系統發出睡意警報並清空該心跳仔列所有儲 存值（步驟S205)。在步驟S207中，結束判斷流程。在本實 施範例中，落差門檻值=DownThxHRHead，其中DownTh之 值大致為0· 1。在本實施範例中，StbLen之長度大致為6個位 置、條件門檻值=StbThx(HRHead-HRDown)，其中 StbTh之 6 201025207 值大致為0.4。 圖3繪示根據本發明實施範例之一偵測情形。圖3中，在 取得心跳頻率值31後系統發出睡意警報。區段32為人工判 讀腦波為睡眠之區段。 根據本發明之另一實施範例，圖4係步驟S106中之詳細判 斷流程圖。在步驟8105中，將最新之心跳頻率值儲存於心 跳仔列中。在步驟S401中，由該心跳佇列末端往頭端方向 _ 取得該佇列之最大心跳頻率值（HRMax)。在步驟S402中， 分別取得從該佇列頭端及末端往心跳頻率值HRMax位置方 向之最小值（MinH及MinT) »在步驟S403中，判斷HRMax與 ΜιηΗ之差值是否大於或等於一上升門檻值，且 ΜιηΤ之差值是否大於或等於一下降門檻值。若是，則表示 即將進入睦睡狀態’系統發出睡意警報並清空該心跳仵列 所有儲存值（步驟S404)。若否，則表示未進入瞌睡狀態（步 驟S405)。在步驟S4〇6中，結束判斷流程。在本實施範例中， | 上升Η檻值=UpRatioxMinH，其中UpRatio之值大致為〇」。 在本實施範例中，下降門檻值=DownRati〇xHRMax，其中 DownRati〇之值大致為0.1。 圖5繪示根據本發明實施範例之另一偵測情形。圖$中， 在取得心跳頻率值51後系統發出睡意警報。區段52為人工 判讀腦波為睡眠之區段。 根據本發明之再一實施範例，圖6係步驟S106中之詳細判 斷流程圖。在步驟8105中，將最新之心跳頻率值儲存於心 跳佇列中。在步驟S601中’進行第一情況判斷流程。在步 7 201025207 驟S602中，進行第二情況判斷流程。在步驟S603中，檢視 第一情況是否成立在第二情況成立之前’且第一情況成立 與第二情況成立之時間間隔是否不超過一區間門檻值（本 實施範例之區間門檻值可大致為3分鐘）。若是，則表示即 將進入瞌睡狀態，系統發出睡意警報。在步驟S605中，結 束判斷流程》 圖7係根據本發明實施範例之步驟S601中之第一情況判 斷流程圖。在步驟S105中，將最新之心跳頻率值儲存於心 跳佇列中。在步驟S701中，由該心跳佇列末端往頭端方向 取得該佇列之最大心跳頻率值（HRMax)。在步驟S702中， 分別取得從該佇列頭端及末端往心跳頻率值HRMax位置方 向之最小值（MinH及MinT)。在步驟S703中，判斷HRMax與 MinH之差值是否大於或等於一上升門檻值，且HRMax與 MinT之差值是否大於或等於一下降門檻值。若是，則表示 第一情況判斷成立，並清空該心跳佇列所有儲存值（步驟 S704)。若否，則表示第一情況判斷不成立（步驟S705) 〇在 步驟S706中，回傳判斷結果。在本實施範例中，上升門檻 值=UpRatioxMinH，其中UpRatio之值大致為0.1。在本實施 範例中，下降門檻值=DownRatioxHRMax，其中DownRatio 之值大致為0.1。 圖8係根據本發明實施範例之步驟S602之第二情況判斷 流程圖。在步驟S801中，將最新之心跳頻率值儲存於心跳 佇列（P2Len)中。在步驟S802中，取得佇列P2Len中之最大 值（HRMax)與最小值（HRMin)。在步驟S803中，判斷HRMax 8 201025207 與HRMin之差值是否小於或等於一幅度門檻值 (HRRange)。若是’則表示第二情況判斷成立（步驟S8〇4)。 右否，則表不第二情況判斷不成立（步驟S8〇5)。在步驟s8〇6 中，回傳判斷結果。本實施範例之佇列p2Len為具有6個儲 存位置之佇列。HRRange大致為2 (次/分鐘）。 圖9繪不根據本發明之再一實施範例之偵測情形。圖9 中，在取得心跳頻率值91後系統發出睡意警報。區段”為 人工判讀腦波為睡眠之區段。 為了使本領域通常知識者可以透過本實施範例的教導實 施本發明，以下搭配上述睡意偵測方法，另提出裝置之實 施範例。 圖10係根據本發明一實施範例之睡意偵測裝置之系統方 塊圖。利用超寬頻天線1〇1發射超寬頻訊號至一人體（圖未 不出）。接收器102用以接收該超寬頻訊號經過該人體反射 之心跳訊號，並在多個時間區間取得該些區間内之連續訊 • 號。該些時間區間長短可全部相同、部分相同、部分不同 或全部不同。運算模組1〇3根據每一連續訊號之波峰數轉換 該連續訊號為一心跳頻率值，並將該心跳頻率值儲存於儲 存媒體104 ^該心跳頻率值為本實施例所使用之生理特徵 值，該生理特徵值亦可為脈搏訊號轉換之脈搏頻率值。運 算模組103也用以處理儲存於儲存媒體ι〇4中之心跳頻率值 之相互關係，並判斷是否進入睡眠狀態。警報器1〇5係根據 運算模組103之輸出結果產生警報訊息。 圖11係根據本發明另一實施範例之睡意偵測裝置之系統 9 201025207 方塊圖。利用訊號偵測單元111在多個時間區間取得該些區 間内之連續心跳訊號。該訊號偵測單元1 i i可利用一心電圖 模組以心電圖訊號取得心跳訊號。該些時間區間長短可全 部相同、部分相同、部分不同或全部不同。運算模組1 12根 據每一連續訊號之波峰數轉換該連續訊號為一心跳頻率值 並將該心跳頻率值儲存於儲存媒體113〇該心跳頻率值為本 實施例所使用之生理特徵值，該生理特徵值亦可為脈搏訊 鲁 號轉換之脈搏頻率值。運算模組112也用以處理儲存於儲存 媒體113中之心跳頻率值之相互關係，並判斷是否進入睡眠 狀態。警報器114係根據運算模組112之輸出結果產生警報 訊息。 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施範例所揭示者，而應包括各種不背離本發明 • 之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1顯示本發明一實施範例之睡意偵測方法之步驟流程 ΙΞ) · 園， 圖2顯示步驟S106中之一詳細判斷流程圖； 圖3繪示本發明實施範例之一偵測情形； 圖4顯示步驟S106中之另一詳細判斷流程圖； 圖5繪示本發明實施範例之另一偵測情形； 圖6顯示步驟S106中之再一詳細判斷流程圖； 201025207 圖7顯示步驟S601中之第一情況判斷流程圖； 圖8顯示步驟S602中之第二情況判斷流程圖； 圖9繪示本發明實施範例之再一偵測情形； 圖10顯示本發明一實施範例之睡意偵測裝置之系統方塊 圖；及 圖11顯示本發明另一實施範例之睡意偵測裝置之系統方 塊圖。 【主要元件符號說明】 S101-S108 步驟 S201-S207 步驟 S401-S406 步驟 S601-S605 步驟 S701-S706 步驟 S801-S806 步驟 101 超寬頻天線 102 接收器 103 、 112 運算模組 104 ' 113 儲存媒體 105 、 114 警報器 111 訊號偵測單元 11

Claims (1)

1. 201025207 七、申請專利範圍： 1 · 一種睡意偵測方法，包含： 偵測一受測者之複數個生理特徵值，並儲存至一佇列 中； 取得該佇列中之複數個特定值，其中該特定值包含第 一最小值、第二最小值、第一最大值及第一個位置之值； 以及 取得該複數個特定值之間之差值，並比較該差值與至 •少一門檻值之大小以產生一睡意偵測結果。 2. 根據請求項1之方法，其中該複數個生理特徵值係根據該 受測者之複數個連續訊號之波峰數求得。 3. 根據請求項1之方法，其中該複數個生理特徵值為複數個 心跳頻率值或複數個脈搏頻率值。 根據請求項1之方法，其中該第一最小值為自該仵列頭端 持續下降之最小值。 β 5·根據請求項1之方法，其中該第二最小值為該佇列中自該 第最小值之位置起一佇列長度範圍内之最小值。 6·根據請求項1之方法，其中該第一最大值為該仔列中自該 第一最小值之位置起一佇列長度範圍内之最大值。 7·根據晴求項1之方法，其中該差值包含該第一位置之值與 I第最小值之間之第一差值及該第一最大值與該第一 最小值之間之第二差值。 8· ^據請求項7之方法’其另包含#該第—差值大於或等於 第門播值且該第二差值小於或等於一第二門檀值 12 201025207 時’則產生一警報訊息並清除該佇列中所有儲存值。 9. 一種睡意偵測方法，包含： 该測一受測者之複數個生理特徵值，並儲存至一佇列 中； 取得該佇列中之一最大值、一第一最小值及一第二最 小值；以及 取得該最大值、該第一最小值及該第二最小值之間之 > 複數個差值’並比較該複數個差值與複數個門檻值之大小 以產生一睡意偵測結果。 10. 根據請求項9之方法，其中該複數個生理特徵值係根據該 受測者之複數個連續訊號之波峰數求得。 11. 根據凊求項9之方法，其中該複數個生理特徵值為複數個 心跳頻率值或複數個脈搏頻率值。 12. 根據請求項9之方法，其中該第一最小值及該第二最小值 分別為從該佇列頭端及末端至該最大值位置之範圍中之 & 最小值。 13. 根據請求項9之方法，其中該複數個差值包含第一差值及 第二差值，該第一差值為該最大值與該第一最小值之間 之差值，而該第二差值為該最大值與該第二最小值之間 之差值。 14. 根據請求項13之方法，其另包含當該第一差值大於或等 於一第一門檻值且該第二差值大於或等於一第二門檻值 時則產生一警報訊息並清除該仔列中所有儲存值。 15. —種睡意偵測方法，包含： 13 201025207 摘測一受測者之複數個生理特徵值，並儲存至一第一 4宁列及一第二仵列中； 取得該第一佇列中之一第一最大值、一第一最小值及 一第二最小值； 分別取得該第一最大值與該第一最小值之差值及該第 一最大值與該第二最小值之差值，並分別以該等差值與一 第一門檻值及一第二門檻值作比較，藉以產生一第一比較 結果； 取得該第二佇列中之第二最大值及第三最小值之間之 差值’並與一第三門檻值作比較，藉以產生一第二比較結 果；以及 根據該第一比較結果及該第二比較結果產生一睡意偵 測結果。 16. 根據請求項15之方法，其中該複數個生理特徵值係根據 該受測者之複數個連續訊號之波峰數求得。 17. 根據請求項15之方法，其中該複數個生理特徵值為複數 個心跳頻率值或複數個脈搏頻率值。 18. 根據請求項15之方法，其中該第一最大值為該第—佇列 中之最大值。 19. 根據請求項15之方法，其中該第一最小值及該第二最小 值分別為從該第一佇列頭端及末端至該第一最大值位置 之範圍中之最小值。 20. 根據請求項15之方法，其中該第二最大值為該第二佇列 中之最大值。 201025207 2"艮據請求項15之方法’其中該第三最小值為該第二 中之最小值。 22.根據請求項15之方法，其另包含當該第-最大值與該第 -最小值之差值大於或等於該第—門檻值，且該第—最 大值與該第二最小值之差值大於或等於該第二門檀值 時，則產生一第—判斷結果並清除該第-仵列中所有儲 存值。 23·根據請求項22之方法，其另包含當該第二最大值與 三最小值之差值小於或等於該第三門檻值時則產生一 第二判斷結果。 24.根據請求項23之方法，其另包含當該第_ 結果產生 在該第二判斷結果之前，且兩判斷結果產生時間小於或 等於一時間區間時，則產生一警報訊息。 25· —種睡意偵測裝置，包含： -訊號偵測單元，用以在複數個時間區間内取得一受 φ 測者之複數個連續訊號；以及 -運算模乡且，用以轉換該複數個連續訊號為複數個頻 率值、求得該複數個頻率值之相互關係及藉以產生一睡意 偵測結果。 ' 26.根據請求項25之裝晋，盆人 扳置其另包含一儲存媒體，用以儲存 該複數個頻率值。 根據請求項25之裝置’其另包含一警報器，其根據該睡 意偵測結果產生複數個訊息。 28·根據請求項25之裝置，其中該運算模組係根據該複數個 15 201025207 連續訊號中之波峰數轉換為該複數個頻率值。 29 ·根據請求項25之裝置，其中該複數個時間區間長短可全 部相同、部分相同、部分不同或全部不同。 30. 根據請求項25之裝置，其中該些頻率值為心跳頻率值或 脈搏頻率值。 31. 根據請求項25之裝置，其中該些頻率值為該些時間區間 之平均頻率值。 32. 根據請求項25之裝置，其中該訊號偵測單元包含： 響 一超寬頻天線，用以發射複數個超寬頻訊號；以及 一接收器’用以接收該複數個超寬頻訊號經過該受測 者之反射訊號，並在該複數個時間區間内取得該複數個連 續訊號。 33. 根據請求項25之裝置，其中該訊號偵測單元包含一心電 圖模組。 ❿ 16