一種具有眨眼檢測功能的智能眼鏡及實現(xiàn)方法
【專利摘要】一種具有眨眼檢測功能的智能眼鏡及實現(xiàn)方法，所述智能眼鏡包括鏡框、鏡橋、鏡片、鼻托及鏡腿，所述鼻托及鏡腿上分別設置肌電傳感器，所述鏡橋上設置振動提醒器，所述鏡腳上還設置肌電信號處理裝置及攝像頭。所述實現(xiàn)方法包括如下步驟：1.通過肌電傳感器采集眼部變化的肌電信號；2.將采集到的肌電信號發(fā)送至信號處理電路進行處理，獲取肌電信號的特征；3.將獲取的肌電信號特征與預設置的肌電信號特征進行對比，與預設置的肌電信號特征一致則判斷為一次眨眼動作，否則繼續(xù)下一次判斷；4.獲取單位時間內的眨眼動作次數(shù)，得到眨眼頻率；5.根據(jù)眨眼頻率判斷用戶眨眼是否異常，是則通過振動提醒器振動發(fā)出提醒。能及時有效的保護眼睛。
【專利說明】一種具有眨眼檢測功能的智能眼鏡及實現(xiàn)方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能眼鏡檢測技術，特別是涉及一種基于肌電信號的具有眨眼檢測功 能的智能眼鏡及實現(xiàn)方法。

【背景技術】
[0002] 隨著無線傳感器技術和生物信息技術的發(fā)展，人們對可以用于保健的智能可穿戴 移動設備的需求與日俱增。谷歌智能眼鏡的開發(fā)，使人們看到了利用智能眼鏡實現(xiàn)各種功 能的可能性。然而，智能眼鏡具有電量小，計算能力有限，位置固定等限制。如何在這種限 制條件下最大程度地開發(fā)智能眼鏡的潛在作用，成為研究熱點。
[0003] 由于智能眼鏡主要位于眼部，其最大的潛在功能之一就是監(jiān)測用戶的眨眼行為。 眨眼行為的監(jiān)測具有多重意義。首先，正常規(guī)律的眨眼是防止干眼病的最自然有效的方法。 正常的眨眼頻率是6?30次/分鐘。然而，研究顯示，人們如果長時間集中注意力觀看同 一物體(如看書，盯著電腦屏幕)，眨眼頻率會下降到3?4次/分鐘，大大增加干眼病的幾 率。其次，研究顯示，疲勞駕駛的駕駛員眨眼頻率顯著降低。通過監(jiān)測這一現(xiàn)象可以進行千 預措施防止車禍發(fā)生。再次，眨眼也可以作為智能人機交互的方法之一。
[0004] 現(xiàn)有的探測眨眼行為的方法有兩種。90%以上的研究工作采用的是用照相機拍攝 眼部視頻，然后通過圖像分析判斷眨眼行為。Hoang Le提出在兩側鏡框下緣各安裝一個微 型照相機分別拍攝雙眼。照相機位于鏡框最下方以防止遮擋視線。然后通過分析每一幀視 頻畫面找到閉眼畫面作為眨眼的判斷標準。Ioana Bacivarov提出了一個統(tǒng)計模型用來判 斷拍攝的眼部視頻中眼睛的位置和眨眼行為。其他拍攝眼睛畫面并由此判斷眨眼行為的方 法包括利用電腦攝像頭和利用智能手機攝像頭。然而通過視頻或者圖像判斷眨眼行為的方 法計算復雜度高，因此耗電量大，將照相機安置在眼鏡上難度大。另一種探測眨眼行為的方 法是測腦電信號。眨眼會引起腦電信號的噪音，通過提取這種噪音信號并加以分析，可以判 斷眨眼行為。然而，監(jiān)測腦電信號的傳感器十分復雜，很難整合在眼鏡上，而噪音與正常信 號并存的情況也降低了這種方法的準確性。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種具有眨眼檢測功能的智能眼鏡 及實現(xiàn)方法，能有效提高判斷眨眼頻率的精確度，簡化運算程序。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是： 一種具有眨眼檢測功能的智能眼鏡，包括鏡框、鏡橋、鏡片、鼻托及鏡腿，所述鼻托及鏡 腿上分別設置肌電傳感器，所述鏡橋上設置振動提醒器，所述鏡腳上還設置肌電信號處理 裝置及攝像頭。
[0007] 較佳地，所述肌電信號處理裝置內部設置肌電信號處理電路，肌電信號處理電路 由中央處理器組成。
[0008] 較佳地，所述鼻托上的肌電傳感器包括三相接口，一相為接地端，另外兩相為肌電 差分電路，分別置于鼻托兩側。
[0009] 一種利用所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，包括如下步驟： 步驟1.通過肌電傳感器采集眼部變化的肌電信號； 步驟2.將采集到的肌電信號發(fā)送至信號處理電路進行處理，獲取肌電信號的特征； 步驟3.將獲取的肌電信號特征與預設置的肌電信號特征進行對比，與預設置的肌電 信號特征一致則判斷為一次眨眼動作，否則繼續(xù)下一次判斷； 步驟4.獲取單位時間內的眨眼動作次數(shù)，得到眨眼頻率； 步驟5.根據(jù)眨眼頻率判斷用戶眨眼是否異常，是則通過振動提醒器振動發(fā)出提醒。 [0010] 較佳地，所述方法還包括預設置的肌電信號特征，步驟如下： 步驟S101.通過肌電傳感器采集眼部變化的肌電信號，肌電傳感器包括三相接口，一 相為接地端，另外兩相為肌電差分電路，置于鼻托兩側； 步驟S102.根據(jù)采集到的肌電信號計算肌電信號的平均值和標準差； 步驟S103.設置眨眼動作引發(fā)的肌電信號特征為：首先產生一個不低于平均值+標準 差的信號峰值，然后產生一個不高于平均值-標準差的信號谷值，肌電信號峰值與肌電信 號谷值的差大于設定的閾值，判斷為一次眨眼動作； 步驟S104.對設置的眨眼動作引發(fā)的肌電信號特征進行存儲。
[0011] 較佳地，步驟5具體包括： 步驟S201.連續(xù)獲取數(shù)次單位時間內的眨眼頻率； 步驟S202.逐個判斷單位時間內的眨眼頻率是否異于正常眨眼頻率，所述正常眨眼頻 率預先設置并存儲在肌電信號處理電路中； 步驟S203.若連續(xù)數(shù)次眨眼頻率均異于正常眨眼頻率，則觸發(fā)振動提醒器產生振動進 行提醒。
[0012] 較佳地，所述的方法進一步包括關閉振動提醒，關閉振動提醒通過手動或自動方 式實現(xiàn)。
[0013] 較佳地，所述的手動方式關閉包括用戶通過觸摸或按壓振動提醒器來關閉振動提 醒器。
[0014] 較佳地，所述的自動方式關閉包括：預設置振動提醒器的振動時間及振動模式。
[0015] 較佳地，所述方法還包括通過設置特定眨眼頻率控制攝像頭的特定操作操作，特 定眨眼頻率為設定快速眨眼次數(shù)及兩次眨眼之間的時間間隔，特定操作包括打開、關閉攝 像頭及拍攝圖片。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：通過眼鏡鼻托部位的肌電傳感器采集肌 電信號；通過分析眼鏡鼻托部位采集的肌電信號計算眨眼頻率；將計算出的眨眼頻率與健 康眨眼頻率比較判斷眨眼頻率是否異常；探測眨眼頻率異常時，通過振動提醒用戶提高或 者降低眨眼頻率，使用戶能及時休息或通過做眼保健操采取護眼措施；當眨眼頻率呈現(xiàn)某 種規(guī)律時，按照既定的規(guī)則實行人機交互或者特定控制動作。且通過眼鏡鼻托部位的傳感 器采集肌電信號，分析后判斷眨眼頻率，其運算相對現(xiàn)有技術復雜度小，判斷準確度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的方法流程圖； 圖3為本發(fā)明根據(jù)肌電信號判斷眨眼動作的波形示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例參照附圖進行詳細說明，以便對本發(fā)明的技術特征及優(yōu)點進行更 深入的詮釋。
[0019] 本發(fā)明的結構示意圖如圖1所示，一種具有眨眼檢測功能的智能眼鏡，包括鏡框 1、鏡橋2、鏡片3、鼻托4及鏡腿5,所述鼻托4及鏡腿5上分別設置肌電傳感器，所述鏡橋2 上設置振動提醒器，所述鏡腳5上還設置肌電信號處理裝置6及攝像頭7。
[0020] 所述肌電傳感器為一種設置在皮表的皮表肌電傳感器。一般其電路結構由前置 級、放大級、陷波級和輸出級四個部分組成，其特點是采用同一硅片制造的兩個運算放大 器組成同相并連輸入的前置級，陷波級采用雙T有源網(wǎng)絡。表面肌電信號（SEMG)是由肌 肉興奮時所募集的運動單位產生的一個個動作電位序列（Motor Unit Action Potential Trains，MUAPT)在皮膚表面疊加而成，是一種非平穩(wěn)的微弱信號。
[0021] 較佳地，所述肌電信號處理裝置6內部設置肌電信號處理電路，肌電信號處理電 路由中央處理器組成。中央處理器包括對肌電信號進行接收后計算、分析、判斷和處理，發(fā) 出提醒指令等。
[0022] 較佳地，所述鼻托4上的肌電傳感器包括三相接口，一相為接地端，另外兩相為肌 電差分電路，分別置于鼻托4兩側。
[0023] 一種利用所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，包括如下步驟： 首先，所述方法要預設置的肌電信號特征，步驟如下： 步驟S101.通過肌電傳感器采集眼部變化的肌電信號，肌電傳感器包括三相接口，一 相為接地端，另外兩相為肌電差分電路，置于鼻托兩側； 步驟S102.根據(jù)采集到的肌電信號計算肌電信號的平均值和標準差；一般肌電傳感器 采集到的肌電信號發(fā)送至信號處理電路，由信號處理電路的中央處理器中的計算單元對肌 電信號進行技術，計算出肌電信號的平均值和標準差，特別需要注意的是，在預設置肌電信 號特征時，因為是采集個體用戶的肌電信號特征，所以為了更準確的判斷眨眼行為，肌電信 號采樣頻率要遠高于眨眼頻率以準確判斷眨眼行為，所以根據(jù)不同的個體用戶，能分別設 置自己的肌電信號特征； 步驟S103.設置眨眼動作引發(fā)的肌電信號特征為：首先產生一個不低于平均值+標準 差的信號峰值，然后產生一個不高于平均值-標準差的信號谷值，肌電信號峰值與肌電信 號谷值的差大于設定的閾值，判斷為一次眨眼動作； 步驟S104.對設置的眨眼動作引發(fā)的肌電信號特征進行存儲。存儲以后供用戶在實際 操作中與實時眨眼動作進行對比。
[0024] 本發(fā)明的方法流程圖如圖2所示，具體步驟如下： 步驟1.通過肌電傳感器采集眼部變化的肌電信號，肌電傳感器包括三相接口，一相為 接地端，另外兩相為肌電差分電路，分別置于鼻托兩側；差分電路獲得的肌電信號也為差分 信號，一般用戶戴上眼鏡后，則肌電傳感器自動進行肌電 /[旨號的米集，而且在肌電信號采集 后輸送至信號處理電路進行處理； 步驟2.將采集到的肌電信號發(fā)送至信號處理電路進行處理，獲取肌電信號的特征，信 號處理電路一般是由中央處理器或者主芯片組成，步驟2所述的肌電信號特征為實時肌電 信號特征，即當下用戶眼部肌肉變化所呈現(xiàn)的肌電信號特征； 步驟3.將獲取的肌電信號特征與預設置的肌電信號特征進行對比，與預設置的肌電 信號特征一致則判斷為一次眨眼動作，否則繼續(xù)下一次判斷；即，采集到的肌電信號滿足， 首先產生一個不低于平均值+標準差的信號峰值，然后產生一個不高于平均值-標準差的 信號谷值，肌電信號峰值與肌電信號谷值的差大于設定的閾值，判斷為一次眨眼動作；如果 不符合上述要求，則繼續(xù)獲取肌電信號進行再判斷； 步驟4.獲取單位時間內的眨眼動作次數(shù)，得到眨眼頻率；因為一次眨眼動作來判斷眨 眼頻率顯然不準確，所以必須獲取多次眨眼動作次數(shù)從而確定眨眼頻率；也可以獲得多個 單位時間內的眨眼頻率，例如可以設置單位時間為10秒、20秒或者更長時間，具體根據(jù)需 要設置； 步驟5.根據(jù)眨眼頻率判斷用戶眨眼是否異常，是則通過振動提醒器振動發(fā)出提醒。步 驟5具體包括： 步驟S201.連續(xù)獲取數(shù)次單位時間內的眨眼頻率；假如設置單位時間為10秒，那么1 分鐘內可以獲得6次單位時間內的眨眼頻率；例如利用滑動窗口的方式計算用戶的眨眼頻 率。滑動窗口的大小為1分鐘，一次滑動的距離為10秒(或其他設定值）； 步驟S202.逐個判斷單位時間內的眨眼頻率是否異于正常眨眼頻率，所述正常眨眼頻 率預先設置并存儲在肌電信號處理電路中；即判斷6次單位時間內的眨眼頻率是否都異于 正常眨眼頻率，假設正常眨眼頻率為6-30次/分鐘，高于或低于均判斷為異于正常眨眼頻 率； 步驟S203.若連續(xù)數(shù)次眨眼頻率均異于正常眨眼頻率，則觸發(fā)振動提醒器產生振動進 行提醒，為了提高準確率，一般設置為連續(xù)數(shù)次眨眼頻率均異于正常眨眼頻率，因為在特殊 情況下，因用戶的關注度或其他異物容易造成對眨眼頻率產生影響，從而造成誤判斷，所以 連續(xù)數(shù)次眨眼頻率均異常才出發(fā)振動提醒器，振動提醒器內置振動芯片或連接振動馬達。 [0025] 作為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明可以將用戶使用情況存儲起來，將數(shù)據(jù)作為判 斷疾病的依據(jù)之一，如妥瑞癥，中風和神經系統(tǒng)異常等。
[0026] 較佳地，所述的方法進一步包括關閉振動提醒，關閉振動提醒通過手動或自動方 式實現(xiàn)。所述的手動方式關閉包括用戶通過觸摸或按壓振動提醒器來關閉振動提醒器。所 述的自動方式關閉包括：預設置振動提醒器的振動時間及振動模式。例如用戶可手動關閉 振動提醒，若用戶沒有手動關閉振動提醒，則在10秒后(或其他設定的時長）自動關閉。提 醒振動電路的振動時間長度可由用戶事先手動設定；提醒振動電路的振動模式可由用戶事 先手動設定；在振動電路未停止振動時，用戶可手動關閉振動。
[0027] 較佳地，所述方法還包括通過設置特定眨眼頻率控制攝像頭的特定操作操作，特 定眨眼頻率為設定快速眨眼次數(shù)及兩次眨眼之間的時間間隔，特定操作包括打開、關閉攝 像頭及拍攝圖片。例如，事先通過設置存儲確定特定的眨眼頻率(如快速兩次眨眼，快速三 次眨眼)，并將特定的眨眼頻率與特定的操作結合起來(如打開/關閉智能眼鏡攝像頭）；當 監(jiān)測用戶表現(xiàn)出已存儲過的眨眼頻率時，執(zhí)行特定操作。快速兩次眨眼，打開眼鏡攝像頭， 快速三次眨眼則關閉攝像頭，或者多次眨眼，拍攝圖片。
[0028]如圖3所示為本發(fā)明根據(jù)肌電信號判斷眨眼動作的示意圖，圖中橫軸11為時間 (單位：秒)，縱軸12為信號強度虛擬值，實線波形13為肌電信號，實心圓點14為真實眨眼 行為，星號15為智能眼鏡判斷用戶眨眼行為。根據(jù)圖 3所示的肌電信號波形判斷真實眨眼 行為。能有效獲取單位時間內的眨眼頻率。從而及時提醒用戶采取護眼措施，如提高或降 低眨眼頻率，或做眼保健操，從而達到保護眼鏡的目的。
[0029]除此之外，本發(fā)明還可以通過眼鏡鼻托、鏡腳等部位的肌電信號判斷用戶典型行 為和表情，從而根據(jù)表情和行為判斷用戶情緒等。
[0030]通過以上實施例中的技術方案對本發(fā)明進行清楚、完整的描述，顯然所描述的實 施例為本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范 圍。
【權利要求】
1. 一種具有眨眼檢測功能的智能眼鏡，包括鏡框（1)、鏡橋（2)、鏡片（3)、鼻托（4)及鏡 腿（5)，其特征在于：所述鼻托（4)及鏡腿（5)上分別設置肌電傳感器，所述鏡橋（2)上設置 振動提醒器，所述鏡腳（5 )上還設置肌電信號處理裝置（6 )及攝像頭（7 )。
2. 根據(jù)權利要求1所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡，其特征在于：所述肌電信號 處理裝置（6 )內部設置肌電信號處理電路，肌電信號處理電路由中央處理器組成。
3. 根據(jù)權利要求1所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡，其特征在于：所述鼻托（4)上 的肌電傳感器包括三相接口，一相為接地端，另外兩相為肌電差分電路，分別置于鼻托（4) 兩側。
4. 一種利用權利要求1-3所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，其特征在 于，所述實現(xiàn)方法包括如下步驟： 步驟1.通過肌電傳感器采集眼部變化的肌電信號； 步驟2.將采集到的肌電信號發(fā)送至信號處理電路進行處理，獲取肌電信號的特征； 步驟3.將獲取的肌電信號特征與預設置的肌電信號特征進行對比，與預設置的肌電 信號特征一致則判斷為一次眨眼動作，否則繼續(xù)下一次判斷； 步驟4.獲取單位時間內的眨眼動作次數(shù)，得到眨眼頻率； 步驟5.根據(jù)眨眼頻率判斷用戶眨眼是否異常，是則通過振動提醒器振動發(fā)出提醒。
5. 根據(jù)權利要求4所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，其特征在于，所 述方法還包括預設置的肌電信號特征，步驟如下： 步驟S101.通過肌電傳感器采集眼部變化的肌電信號，肌電傳感器包括三相接口，一 相為接地端，另外兩相為肌電差分電路，置于鼻托兩側； 步驟S102.根據(jù)采集到的肌電信號計算肌電信號的平均值和標準差； 步驟S103.設置眨眼動作引發(fā)的肌電信號特征為：首先產生一個不低于平均值+標準 差的信號峰值，然后產生一個不高于平均值-標準差的信號谷值，肌電信號峰值與肌電信 號谷值的差大于設定的閾值，判斷為一次眨眼動作； 步驟S104.對設置的眨眼動作引發(fā)的肌電信號特征進行存儲。
6·根據(jù)權利要求4所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，其特征在于，步 驟5具體包括： 步驟S20L連續(xù)獲取數(shù)次單位時間內的眨眼頻率； 步驟S2〇2·逐個判斷單位時間內的眨眼頻率是否異于正常眨眼頻率，所述正常眨眼頻 率預先設置并存儲在肌電信號處理電路中； 步驟S203·若連續(xù)數(shù)次眨眼頻率均異于正常眨眼頻率，則觸發(fā)振動提醒器產生振動進 行提醒。
7·根據(jù)權利要求4所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，其特征在于：所 述的方法進一步包括關閉振動提醒，關閉振動提醒通過手動或自動方式實現(xiàn)。
8.根據(jù)權利要求7所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，其特征在于：所 述的手動方式關閉包括用戶通過觸摸或按壓振動提醒器來關閉振動提醒器。
9·根據(jù)權利要求7所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，其特征在于，所 述的自動方式關閉包括：預設置振動提醒器的振動時間及振動模式。
10.根據(jù)權利要求4所述的具有眨眼檢測功能的智能眼鏡的實現(xiàn)方法，其特征在于，所 述方法還包括通過設置特定眨眼頻率控制攝像頭的特定操作操作，特定眨眼頻率為設定快 速眨眼次數(shù)及兩次眨眼之間的時間間隔，特定操作包括打開、關閉攝像頭及拍攝圖片。
【文檔編號】A61B5/0488GK104142583SQ201410343434
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權日:2014年7月18日
【發(fā)明者】陳艷姣, 伍楷舜, 張黔 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院