專利名稱：疲勞工作在線預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種wt系統(tǒng)，尤其涉及一種對使用者在工作過程中出現(xiàn)的疲勞傾向和
疲勞狀態(tài)進行在線識別并吿警的疲勞工作在線預(yù)曹系統(tǒng)，
背景技術(shù)：
重要崗位的值班人員在較長的工作過程中，尤其在夜間，經(jīng)常會出現(xiàn)精神疲勞、精力集
中程度下降的箭況a這將導(dǎo)致其出現(xiàn)眩攀、打盹癥狀，從而發(fā)生決策鐨誤、知覺鐠誤和操作 錯誤。決策錯誤主要是預(yù)攤不準和判幽銪誤，知覺銪誤包括琉忽大意、糖神恍像、注意不當、 視力下降。操作鐨誤主聲是動作不準確，這些疲勞引起的行為鐠誤，是導(dǎo)致工作事故發(fā)生的 重要原因。據(jù)統(tǒng)計，對社會造成巨大的生命、財產(chǎn)損失的機動車輛交通事故中，由于駕駛員 精神疲勞造成糖力不集中、甚至過度疲勞造成瞳睡而引發(fā)的死亡事故占交通事故總數(shù)的比例
超過25%。
目前已有多項專利涉及到通過采集人的生物信息，對疲勞狀態(tài)進行判別。例如，在駕駛 室內(nèi)安裝視頻攝像機，采集駕駛員面都信息并連接圖像處理設(shè)備，由于眾所周知的原因，圖 像的不穩(wěn)定、使用人員蹇態(tài)變化等會造成特征提取困難，尤其是眼醣的準確跟蹤難以可靠地 實現(xiàn)。此外，由于非特定使用者之間生物特征存在較大差異性，導(dǎo)致單純運用面部特征判斷 精神狀態(tài)的方法不夠理想。
還有方案采n使用奢的生物電信號，例如體電、腦電等，并經(jīng)過處理后作為其糖神狀態(tài) 判別的依據(jù)。這類方法# 對身體接觸鑭量要求苛刻，從而3t^采集裝釁輸出個體差異較大、
使用不方便等問龎，導(dǎo)致無法在日常生產(chǎn)、生活活動中在線使用，
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，徵型化、便攜式圖像采集裝置已適于人體穿戴。使用簡便而且廉 價的入體心率和呼吸率傳感裝置已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得普及應(yīng)用，在常規(guī)條件下，便于采集的 心率、呼吸率等生物信號對采集裝置與身體的接觸要求不商，更重要的是，醫(yī)學(xué)研究早己確 認這類信息與人的精神狀態(tài)存在確定關(guān)系， 發(fā)明內(nèi)容
本實用新邀的目的就是為了解決目前所用的疲勞預(yù)曹裝置，不能很好的滿足預(yù)警要求， 無法根據(jù)個體蹇異自動確定精神狀態(tài)，起到預(yù)曹作用等問通，提供一種具有結(jié)構(gòu)規(guī)范統(tǒng)一， 使用方便，,確的判斷使用者糖神狀態(tài),預(yù)警作用可靠并能輔助改養(yǎng)使用人員的糖力集中 程度，預(yù)防事被發(fā)生的癀勞工作在線預(yù)曹系統(tǒng)，
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案-
一種疲勞工作在線預(yù)，系統(tǒng)，它包括電池，報警裝置，它還有設(shè)置在人體頭部用于采集 人眼部動作,都圖像采集裝愛，設(shè)置在人體鼴腹部的心率及呼吸率采集裝置，以及訓(xùn)練控 制接口，它們均與疲勞識別裝置連接，疲勞識別裝置則與報警裝置連接。
所述眼雜圉儺采集翁置包括工作鲴，在其糖沿前端與人眼對應(yīng)位豐設(shè)有微型攝像頭，井 通過信號傳,與疲勞識別裝置連接，
所述工^i的轜沿上與使用者限部對應(yīng)位置設(shè)有對準其眼部的紅外照明光源，
所述心率及呼吸率采集裝置包括帶狀織物，其兩端設(shè)有可活動連接的連接頭和連接座， 腰腹式壓力傳感器園聯(lián)在帶狀織物上，并束縛在人體騣腹部，
所述疲勞識別裝*包括采用DSP芯片的數(shù)宇信號處理器，它通過圖像信號接口與覼部圖 像采集裝置纖以接收鼉部儐號，并利用覼部信息處理軟件班行處理通過壓力信號接口與 心率及呼吸^集鶄 連接，接收人體翁心率和呼吸率信號，并利用心率和呼吸率處理 軟件處理iili訓(xùn)練控i!ift口利用訓(xùn)練耬拔形成軟件形成訓(xùn)練模板特征參數(shù);通過疲勞分析 識別軟件識i^用者的癍勞狀態(tài)Ha搌曹控制接口與報l^置連接。
所述報ir裝置包括語音存儲和播放電路、輸出放大電路、揚聲器組成疲勞識別裝置根 據(jù)識別結(jié)果，通過報曹控制接口觸發(fā)譖音存儲和棰放電路，語音信號經(jīng)過放大輸出，提示使 用者保持瞀覺、集中精力。
該疲勞工作在線預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)整方法為
a、 系統(tǒng)加電啟動，進行初始化
b、 由眼輛髑像采集蹇置采集使用奢眼郁圃像，以鬮像禎為單位，利用軟件對使用者眼部 圖像處理，計算眼睹的位置、瞻孔大小、開合度，眼瞼閉合時間、眼瞼閉合頻率，然后轉(zhuǎn)入 下一步如未采集完一幀圖儺，則直接轉(zhuǎn)入下一歩
c、 由心率及呼吸率采il裝置采集使用者的心率和呼吸率壓力數(shù)據(jù)，如采集完，則利用軟 件計算心率和呼吸率呼吸頻率及其變化；如未采集完，則直接轉(zhuǎn)入下一歩；
d、 由軟伴判斷目前是否處于訓(xùn)練狀態(tài)，如處于訓(xùn)練狀態(tài)，鵬生成駕駛員狀態(tài)模板參數(shù)包 括眼睛的大小、閉合的頻率、瞳孔的大小、呼吸頻率；如未處于訓(xùn)練狀態(tài)，則通過疲勞傾向 判斷軟件，裉據(jù)駕駛員眼都圖像和呼吸率參數(shù)進行疲勞狀態(tài)模式識別
e、 根據(jù)識別結(jié)果，如果使用者處于疲勞狀態(tài)則通過報警裝置發(fā)出審報如未處于疲勞狀 態(tài)了，則轉(zhuǎn)回歩驟b中，重新進行檢瀾判斷，
本實用Sffi在預(yù)警過程中，實時采集使用者眼部信息、心率、呼吸率信息，它采用頭戴 式圖像傳感器，采集使用者的眼部信息，圃像傳感器與臉部圖像的位置相對畫定，獲取的圖 像信息受振動、環(huán)境光線的彩響小，不受使用者姿勢的影響-這,點使得S艮部圖像的處理 計箅量大為減少，提取的眼醣的動作信息更耱確，采用饜腹式傳感器采集使用者的心率和呼 吸率以及哈欠信息。通過信息處理提取出反應(yīng)使用者精神狀態(tài)相關(guān)的眼瞎瞳孔變化、眼瞼閉 合頻率變化、眼瞼閉合時間變化、心率變化和呼吸頻率變化##征參數(shù)，運用模式識別原理， 分析使用者表現(xiàn)出的疲勞傾向，對其疲勞狀態(tài)進行匹配識別，設(shè)備根據(jù)疲勞狀態(tài)判別結(jié)果，
發(fā)出警告信息，從而輔助使用者集中精力或采取相應(yīng)措施，避免因疲勞原因造成工作錯誤和
事故，
本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)形式規(guī)范統(tǒng)一，信息采集方便精確，能更加準確的發(fā)出 預(yù)瞀，減少了疲勞原因途成工作鐠誤和事故。

圖i為疲勞駕駛在饞預(yù)警設(shè)備框圖2為覼都國像采ll義置組成框圖3為心率及呼吸率采絲置組成框圖4為疲勞識別裝置組成框圖5為,裝置組虛框圖6為本實用新型電氣康理圖
圖7為癍勞識別裝置電氣攝理圖
圖8為圃黴信號接口電鼴的電氣原理圖。
其中，1.眼都翻像采IK裝置，10.工作權(quán)，11.微型攝儺頭，12.紅外照明光源，13.信 號傳輸線，2.心率及呼吸聿采集裝置，20.帶狀織物，21.壓力傳感器，22.連接頭，23.連 接座，3.疲勞識別裝置，30.數(shù)字信號處理器，31.圖像信號接口， 32.壓力信號接口， 33.眼 部信息處理軟件，34.心率和呼吸率處理軟件，35.訓(xùn)練模板形成軟件，36.疲勞分析識別軟 件，37.報瞀控繊口， 4.報曹裝置，40.語音存儲和播放電路，41.輸出放大電路，42.揚 聲器，5.訓(xùn)練控翻接口， 6.電池，
具體實施方式
下面結(jié)舍附圖與實鐘擁對本實用新型作進一步說明。
疲勞工作在線 拔備幽轚郁幽像采集裝置1、心率及呼吸率采集裝置2、疲勞識別裝置
3、報警裝置4、訓(xùn)練控制接口5等部分組成，系統(tǒng)各部分的作用關(guān)系如圖1所示。
眼部圖像采集裝豕1的作用是采集使用者的鼷都圉像。它由工作幗IO、微型攝像頭ll、 紅外照明光源12和信號傳輸線13組成，微型攝像頭ll、紅外瓶明光瀬12安裝在工作帽10
的帽沿上，方向?qū)适褂谜哐鄄?，紅外照明光源12用于夜暗l^下增強圖像淸晰圖a工作帽
10的結(jié)構(gòu)如國2所示，工作權(quán)10權(quán)沿部材料可以透過紅外光線。微型攝像頭ll選用紅外線 敏感的CMOS攝像頭，其取彔中心指向使用者的左眼或右眼，取景范圍是以該眼睛為中心的 上半臉部。圖像械分辨率640 X480 (30萬像素)， 一組近紅外線發(fā)光二極管作為夜暗條件下 的照明光源，照明范圍與攝像頭取榮范圍相同。微型攝佳頭ll、紅外照明光源12、疲勞識別 裝置3部分的元器件和軟件代碼首先裝配在一塊多層印刷電路板上，再安裝在工作帽10的帽
沿上o
心率及呼吸率采集H置2的使用方法H似于蘑帶，系于使用者的展腹部，如圖3所示， 它由帶狀織物20、壓力傳感器21、連接頭22、連接座23等組成。壓力傳感器21與帶狀織 物20固走在一起。連接頭22和連接座23分別固定在帶狀織物20的兩端，連接頭22和連接 座23搭扣使用，使帶狀織物20貼緊使用者身體。其壓力傳 21信號最大幅度一般可以達 到2伏，通過信號線與癍勞識別裝置3連接。
疲勞識別裝置3如圉4、圖6、國7所示，包括數(shù)字信號處理器30、圖像信號接口31、 壓力信號接口32、眼部侑息處理軟件33、心率和呼吸率處理軟件34、訓(xùn)練模板形成軟件35、 疲勞分析識別軟件36等部分，圖像信號接口31接收來自眼部圖像采集裝置1的數(shù)據(jù)，并按 照圖像幀格式進行數(shù)據(jù)暫存，其電路圉如圖8所示。數(shù)字信號處理器30運行眼部信息處理軟 件33，以一楨圖像作為處理單位，首先通過二值法把圉像轉(zhuǎn)換成黑白圃像，然后對圖像進行 腐蝕和膨脹處理，過濾搏國像中的雜波。進行水平和垂直直方圖運算，判定眼瞎的位置區(qū)域。 進一歩對fl艮ffll翁圖像進行水平和垂直直方圖分析，判斷眼瞎的閉合、眼瞼開度瞳孔的大小。 對相繼的幀數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理后，計算出眼瞼閉合頻率、眼瞼閉合時間、平均眼瞼開度大小。 壓力信號接口 32將來自心率及呼吸率采集裝置2的模擬式壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。心動信 號是含有較高頻率分量的脈沖波，呼吸傳感信號是頻率很低的脈沖波。心率和呼吸率處理軟 件34從數(shù)字式壓力信號中提取低頻成分和高頻成分,并進一步計算出使用者的呼吸率和心率 參數(shù)。
訓(xùn)練控制接口 5處于訓(xùn)練狀態(tài)時，數(shù)字信號處理器30運行訓(xùn)練模板形成軟件35。采集使 用者正常工作狀態(tài)下(糖神狀態(tài)良好)的眼部圖像、心率、呼吸率信息，經(jīng)過上述信號處理、 參數(shù)提取后，進一步經(jīng)過統(tǒng)計學(xué)方法處理，形成訓(xùn)練模板特征參數(shù)。
系統(tǒng)處于在線預(yù)曹狀態(tài)下，數(shù)字信號處理器30運行疲勞分析識別軟件36。進行疲勞狀 態(tài)匹配識別的判據(jù)主要有在一定持續(xù)時間內(nèi)，眼瞼閉合的頻率增高、眼瞼閉合的時間延長、 眼瞼開度變小、心率和呼吸率減緩、哈欠增多等，運用特征信息融合技術(shù)，提高識別穩(wěn)健程 度。采用特征參數(shù)的相對變化量作為匹配度量，進行疲勞傾向在線識別。同時出現(xiàn)多個特征 匹配時，判定使用者出現(xiàn)癀勞狀態(tài)a識別結(jié)果輸出到報警裝置4，
報警裝置4采用數(shù)字語音存儲和播放技術(shù)。如圖5所示，由語音存儲和播放電路40、輸 出放大電路4K揚聲器42組成。語音存儲和播放電路40中預(yù)先存儲多種提示信息和警告信 息，并接受報警控制接口37的控制。該電路輸出的語音提醒或者報警聲響信號，經(jīng)過放大電 路后驅(qū)動揚聲器還原為聲音，提示使用者保持曹覺、集中精力。報整裝置4通過信號線與疲 勞識別裝置3相連接。
電池6為本設(shè)備°的其他都分鑼供電源，報1F裝置4和電池6組裝在一個殼體內(nèi)，殼體的 外形與移動電話手櫬IWIL糧爨使用環(huán)境，殼體可以懈戴在使用者的簾帶上或掛在使用者的 身上，也可以置于工作糖成工作臺位上，圖6給出了本實用新型的電氣康理圖，
訓(xùn)練控制功能由一組操縱開關(guān)實現(xiàn)，控制進入訓(xùn)練狀態(tài)后，模板特征數(shù)據(jù)自動開始形成。以短時平均值的變化量作為收斂基本依據(jù)，達到規(guī)定要求之后，系統(tǒng)給出訓(xùn)練完成提示信息。 ,練過程完成后，設(shè)備即可轉(zhuǎn)入疲勞工作在線預(yù)替狀態(tài)。 本實用新型的疲勞工作在線預(yù)養(yǎng)系統(tǒng)預(yù)警方法為
a、 系統(tǒng)加電啟動，進行初始化；
b、 由眼雜國像采集雜置,使用者眼郁圖像，以圖像幀為單位，利用軟件對使用者眼部 圖像處理，計算吸睛的位置、瘇孔大小、開合度，眼瞼閉合時間、眼瞼閉合頻率，然后轉(zhuǎn)入 F.—步；如未采集完—袖圖像,爽幽j直接轉(zhuǎn)入下—歩s
c、 '由心率及呼吸率采集^置采集使用者的心^和呼吸率壓力數(shù)據(jù)，如采集完，鵬利用軟 件計算心率和呼吸率呼吸頻率及其變化如未采集完，則直接轉(zhuǎn)入下一歩
d、 由軟件判斷目前是否處于訓(xùn),態(tài)，如處于訓(xùn)練狀態(tài)，則生成駕駛員狀態(tài)模板參數(shù)包 括眼睛的大小、閉合的頻率、疃孔的大小、呼吸頻率；如未處于訓(xùn)練狀態(tài)，則通過疲勞傾向 判斷軟件，根據(jù)駕駛員敏部圖像和呼吸率參數(shù)進行疲勞狀態(tài)模式識別
e、 根據(jù)識別結(jié)果，如果使用者處于疲勞狀態(tài)則通過報警裝置發(fā)出警報如未處于疲勞狀 態(tài)了，則轉(zhuǎn)回歩驄b中，重新進行檢糖判斷，
權(quán)利要求1、一種疲勞工作在線預(yù)警系統(tǒng)，它包括電池(6)，報警裝置(4)，其特征是它還有設(shè)置在人體頭部用于采集人眼部動作的眼部圖像采集裝置(1)，設(shè)置在人體腰腹部的心率及呼吸率采集裝置(2)，以及訓(xùn)練控制接口(5)，它們均與疲勞識別裝置(3)連接，疲勞識別裝置(3)則與報警裝置(4)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞工作在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述眼部圖像采集裝置(l) 包括工作帽(10)，在其帽沿前端與人眼對應(yīng)位置設(shè)有微型攝像頭(11)，并通過信號傳輸線(13)與疲勞識另lj裝置(3)連接。
3、 根據(jù)權(quán);U要求2所述的疲i工作在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述工作帽(10)的帽沿 上與使用者眼部對應(yīng)位置設(shè)有對準其眼部的紅外照明光源(12)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞工作在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述心率及呼吸率采集裝置(2)包括帶狀織物(20)，其兩端設(shè)有可活動連接的連接頭(22)和連接座(23)，腰腹式 壓力傳感器(21)固聯(lián)在帶狀織物(20)上，并束縛在人體腰腹部。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的疲勞工作在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所述報警裝置(4)由語 音存儲和播放電路(40)、輸出放大電路(41)、揚聲器(42)組成；疲勞識別裝置(3)根據(jù) 識別結(jié)果，通過報警控制接口 (37)觸發(fā)語音存儲和播放電路(40)，語音信號經(jīng)過放大輸出， 提示使用者保持警覺、集中精力。
專利摘要本實用新型公開了一種疲勞工作在線預(yù)警系統(tǒng)。它解決了目前所用的疲勞預(yù)警裝置，受使用環(huán)境因素影響大、對使用者個體特性差異敏感、不便于在日常生產(chǎn)條件下使用，而不能夠可靠地進行在線疲勞預(yù)警的問題。它具有結(jié)構(gòu)規(guī)范統(tǒng)一，使用方便，能準確的判斷使用者疲勞狀態(tài)，起到良好預(yù)警作用，輔助改善使用人員的精力集中程度，預(yù)防事故發(fā)生等優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)為它包括電源，報警裝置，它還有設(shè)置在人體頭部用于采集人眼部信息的眼部圖像采集裝置，設(shè)置在人體腰腹部的采集人體心跳和呼吸信息的心率及呼吸率采集裝置，以及訓(xùn)練控制接口，它們均與疲勞識別裝置連接，疲勞識別裝置則與報警裝置連接。
文檔編號A61B5/16GK201070353SQ20072002066
公開日2008年6月11日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
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