基于藍(lán)牙腦電耳機(jī)的實(shí)時(shí)駕駛疲勞檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)檢測(cè)駕駛員駕駛疲勞狀態(tài)的方法和設(shè)備，特別是包含一種基于 MindWave腦電耳機(jī)和智能手機(jī)的駕駛員疲勞檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，交通事故已成為當(dāng)前全球所面臨的嚴(yán)重問(wèn)題， 研究如何有效預(yù)防和監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞駕駛狀態(tài)具重要的現(xiàn)實(shí)意義。疲勞駕駛是指由于駕駛 員長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)駕駛車輛，產(chǎn)生生理機(jī)能和心理機(jī)能的失調(diào)，而在客觀上出現(xiàn)駕駛技能下降 的現(xiàn)象。
[0003]目前駕駛員疲勞檢測(cè)技術(shù)一般可分為主觀檢測(cè)和客觀監(jiān)測(cè)，主觀檢測(cè)是由自己或 他人，通過(guò)主觀調(diào)查表，駕駛員自我記錄表等進(jìn)行的疲勞評(píng)定?？陀^監(jiān)測(cè)可分為：基于駕駛 員生理信號(hào)特征，基于駕駛員操作特征，基于車輛行駛狀態(tài)和多特征信息融合的檢測(cè)方法。 從生理學(xué)的角度，疲勞的狀態(tài)可通過(guò)對(duì)腦電、眨眼頻率等體征的變化來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這也是目 前公認(rèn)的最為有效的監(jiān)測(cè)方法。
[0004] 本發(fā)明將基于NeuroSky公司最新研發(fā)的Mindwave腦電耳機(jī)采集駕駛員的腦電及 眨眼信號(hào)，并通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送給智能手機(jī)，經(jīng)過(guò)特征提取和分類，檢測(cè)駕駛員是否 疲勞駕駛，最后再將疲勞信息及時(shí)反饋給駕駛員。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于藍(lán)牙腦電耳機(jī) 的實(shí)時(shí)駕駛疲勞檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，克服了現(xiàn)有關(guān)于駕駛疲勞檢測(cè)研究中，大型腦機(jī)接 口設(shè)備體積大，費(fèi)用高，不能廣泛應(yīng)用于實(shí)際的缺點(diǎn)，具有體積小，成本低，使用簡(jiǎn)單，攜帶 方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 基于藍(lán)牙腦電耳機(jī)的實(shí)時(shí)駕駛疲勞檢測(cè)系統(tǒng)，包括腦電耳機(jī)和智能終端，所述腦 電耳機(jī)一個(gè)輸入端與使用者前額的腦電傳感器連接，另一個(gè)輸入端與使用者耳部電極連 接，通過(guò)干電極獲得使用者FP1和A1信道的腦電波電壓變化，所述腦電耳機(jī)將反映腦電強(qiáng) 度的數(shù)字信號(hào)輸出至智能終端進(jìn)行疲勞駕駛檢測(cè)。
[0008] 基于藍(lán)牙腦電耳機(jī)的實(shí)時(shí)駕駛疲勞檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，首先提示駕駛員將耳機(jī) 正確佩戴，將前額傳感器貼于左前額，將耳套圈的耳夾夾在耳垂上，確保傳感器與額頭、耳 夾與耳垂完全接觸，并建立腦電耳機(jī)與智能終端的連接配對(duì)；
[0009] 包括以下步驟：
[0010] 第一步：讀取腦電耳機(jī)數(shù)據(jù)并傳至智能終端，腦電耳機(jī)數(shù)據(jù)中包含原始腦電信號(hào) Rawdata和眨眼信息；
[0011] 第二步，智能終端對(duì)第一步收到的原始腦電信號(hào)Rawdata通過(guò)離散短時(shí)傅里葉變 換的方法，進(jìn)行特征提取和去除其中的干擾信號(hào)，分離出三種需要的腦電信號(hào)theta，low alpha，highalpha;
[0012] 第三步，利用腦電耳機(jī)提供的眨眼數(shù)據(jù)接口，記錄每分鐘眨眼次數(shù)，得到眨眼頻率 E；
[0013] 第四步，利用第二步處理得到的腦電信號(hào)Rawdata，求取不疲勞時(shí)三種腦電特征信 號(hào)的正常值，設(shè)定其為疲勞檢測(cè)判斷的標(biāo)準(zhǔn)值。
[0014] 第五步，將之后讀到的三種實(shí)時(shí)腦電信號(hào)數(shù)據(jù)與第四步得到的標(biāo)準(zhǔn)值分別進(jìn)行比 較，得出三種疲勞參數(shù)；
[0015] 第六步，根據(jù)眨眼頻率E和三種疲勞參數(shù)判斷駕駛員疲勞程度值，并將疲勞程度 值通過(guò)智能終端反饋給駕駛員，從而實(shí)現(xiàn)基于藍(lán)牙腦電耳機(jī)的實(shí)時(shí)駕駛疲勞檢測(cè)系統(tǒng)。
[0016] 進(jìn)一步的，上述第二步包括以下過(guò)程：
[0017] 利用離散短時(shí)傅里葉變換，將腦電信號(hào)Rawdata從時(shí)域變換到頻域，進(jìn)行特征提 取，將腦電信號(hào)中theta，lowalpha，highalpha三種腦電信號(hào)提取出來(lái)，同時(shí)將原始腦電 信號(hào)Rawdata中高頻眨眼肌肉抖動(dòng)或低頻眼動(dòng)偽跡去除；離散短時(shí)傅里葉變換公式如下：
[0019] x[n]是輸入的離散信號(hào)，即原始腦電信號(hào)Rawdata;
[0020] X(wk)是x[n]w(n-m)的短時(shí)傅里葉變化結(jié)果。
[0021] R表不窗口長(zhǎng)度；
[0022] wk是固定的中心頻率；
[0023] w[n]表示窗函數(shù)，此發(fā)明中用到海明窗，可以抵消高頻信號(hào)的干擾，函數(shù)表達(dá)式如 下：
[0025] 將上面兩式合并，即可得到窗函數(shù)為海明窗的離散短時(shí)傅里葉變換公式：
[0027]將窗 口長(zhǎng)度R設(shè)為 2s，每次采樣 1024 個(gè)點(diǎn)；根據(jù)theta:4_7Hz，lowalpha:8_9Hz，highalpha:12-14Hz各自的頻率段，將固定中心頻率wk分別設(shè)為w 5. 5Hz，w2= 8. 5Hz， w3= 13Hz，帶入上面的變換公式，即可頻域中提取分離得到theta，lowalpha，highalpha各自的頻率譜，分別表示為Xt (Wl)，Xal (w2)，Xah (w3)，利用短時(shí)傅里葉反變換，公式如下：
[0031]L為頻率采樣點(diǎn)數(shù)，因?yàn)榇啊蹰L(zhǎng)度為2s，結(jié)合本硬件的采樣頻率，L= 1024。
[0032] 即可得到時(shí)域中theta，lowalpha，highalpha的實(shí)時(shí)變化值T，ApAh。
[0033] 進(jìn)一步的，上述第四步包括以下過(guò)程：
[0034] 第一次讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先ApAh，T各取30個(gè)值，求平均值，作為正常狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)值， 用Cal，Cah，Ct分別表示lowalpha，highalpha，theta的標(biāo)準(zhǔn)值。
[0035] 進(jìn)一步的，上述第五步包括以下步驟：
[0036] 將之后讀到的實(shí)時(shí)腦電數(shù)據(jù)心，Ah，T與標(biāo)準(zhǔn)值Cal，Cah，Ct分別進(jìn)行比較，得出三種 疲勞參數(shù)：
[0037] (1)lowalpha的比較：
[0038] 如果AfXal ·Cal，則lowalpha的疲勞參數(shù)SI= 2 ;Xal= 0· 7
[0039] (2)highalpha的比較：
[0040] 如果Ah<Xah ·Cah，則highalpha的疲勞參數(shù)S2 = 2 ;Xah= 0· 6
[0041] (3)theta的比較：
[0042]如果T<Xt ·Ct，則theta的疲勞參數(shù)S3 = 2 ;Xt=0·7;
[0043] 進(jìn)一步的，上述第六步包括以下步驟：
[0044] 將三種疲勞參數(shù)按權(quán)重相加，得出疲勞程度值；公式如下：
[0045] S=Si· 2+S2+S3
[0046] 根據(jù)眨眼頻率E和三種疲勞參數(shù)判斷駕駛員疲勞程度值；分以下情況：
[0047] (1)如果E〈 = 7,或者E> = 20,直接向駕駛員發(fā)出警告3嚴(yán)重疲勞信號(hào)警告；
[0048] (2)如果7〈E〈20且S> = 4,則根據(jù)三種疲勞參數(shù)判斷駕駛員疲勞程度值：S= 4， 發(fā)出警告1疲勞信號(hào)警告；S= 6,發(fā)出警告2較疲勞信號(hào)警告；S= 8,發(fā)出警告3嚴(yán)重疲勞 信號(hào)警告；
[0049] (3)如果7〈E〈20且S〈4,不發(fā)出警告；
[0050] 警告等級(jí)：警告3>警告2>警告1。
[0051] 有益效果：本發(fā)明基于消費(fèi)級(jí)的可穿戴腦電耳機(jī)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)發(fā)，克服了現(xiàn)有關(guān)于 駕駛疲勞檢測(cè)研究中，大型腦機(jī)接口設(shè)備體積大，費(fèi)用高，不能廣泛應(yīng)用于實(shí)際的缺點(diǎn)，具 有體積小，成本低，使用簡(jiǎn)單，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0052] 同時(shí)，利用腦電變化判斷眨眼行為，不會(huì)受到光線變化，個(gè)體眼睛大小的差異等因 素的影響。聯(lián)合腦電波和眨眼兩種方法進(jìn)行駕駛疲勞檢測(cè)，可增強(qiáng)系統(tǒng)檢測(cè)的精度和魯棒 性。算法上通過(guò)使用每個(gè)人的清醒狀態(tài)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，避免了個(gè)體的差異性。
[0053] 本發(fā)明的效果是能對(duì)駕駛員的精神狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在駕駛員出現(xiàn)疲勞特征的 后及時(shí)警告，降低發(fā)生交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0054]圖1是本發(fā)明基于腦電耳機(jī)的駕駛員疲勞檢測(cè)系統(tǒng)整體框架圖。
[0055]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0056] 圖3是本發(fā)明的算法設(shè)計(jì)流程圖。
[0057]圖4是本發(fā)明的短時(shí)傅里葉變換時(shí)海明窗函數(shù)時(shí)域和頻域的函數(shù)圖。
[0058]圖5是本發(fā)明腦電波和眨眼聯(lián)合判斷疲勞的算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0060] 本發(fā)明的目的是提出了一種利用