本發明屬于醫療器械領域，具體涉及一種眨眼頻率檢測裝置及其檢測方法。

背景技術：

據cnnic《第39次中國互聯網絡發展狀況統計報告》，截至2016年12月底，我國網民規模達7.31億，手機網民達6.95億。流行病學調查表明，年齡在30～40歲人群中超過20％患有干眼癥。近年來，干眼癥發病率正逐步上升，這與中國日益增長的網民規模和使用電腦市場密切相關。

現有的針對干眼癥的治療或保健儀器設備多采用蒸汽熱敷、超聲霧化、濕房鏡、中藥加熱熏蒸，還有穴位按摩，這些技術存在體積大、攜帶不便、效果不好等問題。并且在治療使用過程中，用戶常常會眨眼，因此必須準確檢測用戶的眨眼時間以及眨眼頻率，而現有檢測方法存在以下缺陷：

(1)不夠精確，距離測量單位為厘米。

(2)只能處理單一情況，對于未知錯誤處理能力較單一。

(3)距離傳感器重量太大，置于鏡框前方會有不便，

(4)紅外接近測距和肌電分析成本較高。

(5)整個arduino表達邏輯的代碼還不夠嚴謹。

技術實現要素：

技術目的：為解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種眨眼檢測裝置及其檢測方法，本發明整體的檢測過程嚴謹，分類模型更完善，距離傳感器檢測距離更精確。

技術手段：為實現上述技術目的，本發明提供一種眨眼檢測裝置，包括戴于眼睛的框架、距離傳感器和環境光傳感器，所述環境光傳感器安裝于框架上靠近眼角一側，距離傳感器安裝于框架上且正對眼球位置。

本發明還公開了一種眨眼檢測裝置的檢測方法，用戶帶上檢測裝置，打開總電源，在用戶睜眼時使用距離傳感器采集眼距數據，然后計算平均睜眼距離x，完成數據初始化測量；再次使用距離傳感器采集數據，進行數據處理，得出平均值x’，進行svm分類模型匹配，判定用戶是否眨眼，最后進入下一循環重新采集數據，具體包括以下步驟：

(1)操作開始：用戶佩戴檢測裝置，打開電源，由環境光傳感器判斷檢測用戶是否佩戴完成而決定是否開始；

(2)初始化數據的采集，采用arduino開發板作為主處理器，距離傳感器將測量的數據以二進制補碼的形式通過接口總線傳輸給主處理器，使用距離傳感器獲取用戶睜眼時的測量初始距離，該距離傳感器采集用戶睜眼的原始距離值；

(3)數據的預處理；對距離傳感器的數據進行誤差校正即去除淚液和角度的影響進行預處理，進而得到用戶睜眼的初始化距離的平均值x；

(4)特征提取：采用測量距離判斷來提取特征，由于測量距離與眼球動態有密切聯系，所以測量距離可以作為分類的特征；

(5)建立訓練樣本：輸入的數據為x1、x2、x3......x200，為1秒內進行的200次測量所計算出的平均距離值x’，采樣周期為60s；

(6)構建svm分類預測模型；

①若x’≥x，則判斷用戶為睜眼狀態；

②若x’＜x，則判斷用戶為閉眼狀態，計用戶眨眼一次；

(7)將初始化后的測量值放入步驟(5)中的svm分類模型，得知該患者當前眼球動態，并根據實時動態來測定用戶是否眨眼；

(8)進入下一輪的數據采集和眨眼判定，記錄眨眼總次數。

進一步的，所述步驟(2)中，使用距離傳感器在30秒內進行200次距離測量，然后將這200個距離數據預處理得到用戶初始平均睜眼距離x。

上述眨眼檢測裝置應用于霧化器中，若測得干眼患者60s內眨眼次數少于12次，則啟動霧化器。

上述眨眼檢測裝置還設置有警示燈，若測得用戶眨眼頻率較高，則警示燈亮起，起到提醒作用。例如發現長途司機眨眼頻率每分鐘次數很高，那就說明其很困，就可以啟動警示燈提醒司機；例如檢測用戶刺激感和眨眼頻率的關系，用于臨床試驗時，如果用戶刺激較大，可以直接停止試驗。例如用來研究眨眼頻率和學習閱讀專注程度的關系，在用戶開小差或者犯困時提醒用戶。

有益效果：本發明采用arduino作為主處理器，通過距離傳感器檢測鏡框與眼球各點距離的變化以檢測眼瞼運動來判斷眨眼。同時，通過環境光傳感器可以感知周圍光線情況，并判斷儀器是否佩戴完成，當人佩戴時護眼儀才會工作。摘下儀器會告知arduino即自動調節停止儀器工作，降低產品的功耗，具體包括以下優點：

(1)本發明系統地提出一種監測眼球動態的方式，有利于提高本發明所應用儀器的工作效率；

(2)能夠精確地測量距離以及距離的變化，出錯率低，自動化程度較高，便于操作和使用；

(3)本發明整體結構架構簡單、清晰，易于實現。

附圖說明

圖1為本發明的檢測裝置示意圖；

圖2為實施例的整體工作流程圖；

圖3為本發明中距離傳感器初始化進行模型訓練的流程圖；

圖4為本發明中距離傳感器匹配分析眼球動態的流程圖。

具體實施方式

如圖1至圖4所示，本發明提供一種眨眼檢測裝置，包括戴于眼睛的框架、距離傳感器2和環境光傳感器1，環境光傳感器1安裝于框架上靠近眼角一側，距離傳感器2安裝于框架上且正對眼球位置。

本發明還公開了一種眨眼檢測裝置的檢測方法，用戶帶上檢測裝置，打開總電源，在用戶睜眼時使用距離傳感器2采集眼距數據，然后計算平均睜眼距離x，完成數據初始化測量；再次使用距離傳感器2采集數據，進行數據處理，得出平均值x’，進行svm分類模型匹配，判定用戶是否眨眼，最后進入下一循環重新采集數據，具體包括以下步驟：

(1)操作開始：用戶佩戴檢測裝置，打開電源，由環境光傳感器1判斷檢測用戶是否佩戴完成而決定是否開始；

(2)初始化數據的采集，采用arduino開發板作為主處理器，距離傳感器2將測量的數據以二進制補碼的形式通過接口總線傳輸給主處理器，使用距離傳感器2獲取用戶睜眼時的測量初始距離，該距離傳感器2采集用戶睜眼的原始距離值；

(3)數據的預處理；對距離傳感器2的數據進行誤差校正即去除淚液和角度的影響進行預處理，進而得到用戶睜眼的初始化距離的平均值x；

(4)特征提取：采用測量距離判斷來提取特征，由于測量距離與眼球動態有密切聯系，所以測量距離可以作為分類的特征；

(5)建立訓練樣本：輸入的數據為x1、x2、x3......x200，為1秒內進行的200次測量所計算出的平均距離值x’，采樣周期為60s；

(6)構建svm分類預測模型；

①若x’≥x，則判斷用戶為睜眼狀態；

②若x’＜x，則判斷用戶為閉眼狀態，計用戶眨眼一次；

(7)將初始化后的測量值放入步驟(5)中的svm分類模型，得知該患者當前眼球動態，并根據實時動態來測定用戶是否眨眼；

(8)進入下一輪的數據采集和眨眼判定，記錄眨眼總次數。

上述檢測方法通過arduino開發軟件編寫代碼作為主處理器，并控制距離傳感器2和環境光傳感器1，由距離傳感器2檢測測試點與眼球各點距離的變化以檢測眼瞼運動來判斷是否眨眼。同時，將環境光傳感器1置于眼角附近，通過環境光傳感器1感知周圍光線情況，并判斷儀器是否佩戴完成，當人佩戴時護眼儀才會工作，摘下儀器會告知主處理器自動調節停止儀器工作，降低產品的功耗。

實施例：

首先，用戶佩戴鏡框，通過環境光傳感器1判斷檢測是否開始；

其次，使用距離傳感器2進行每秒200次測量模塊與眼球的距離，該距離傳感器2主要采集眼球表面與測量點之間的原始距離。

距離傳感器2的數據進行誤差校正，過濾無用數據，去除眼球表面淚液等干擾因素影響等預處理，通過發射激光，并測量此光脈沖從發射到被眼球反射回來的時間，通過測時間間隔來計算與物體之間的距離即使用飛行時間法來測量距離。

該算法使用每秒200次的精確測量，在初始化中測算出距離平均值，當距離小于初始化平均值則為閉眼，大于等于初始化平均值則為睜眼，通過這樣判斷距離是否變化判斷眨眼次數。當測量出一分鐘眨眼次數小于12次，則打開霧化器，并且led燈閃爍，提醒用戶眨眼。若大于12次，則繼續測量。

綜上所述，本發明能夠自動初始化識別該用戶眼球動態，例如用于霧化器時，當患者每分鐘眨眼次數小于12次，主處理器的控制模塊控制自動打開霧化器，進行霧化治療，并且led燈閃爍，提醒用戶眨眼。而當患者每分鐘眨眼次數多于12次，默認眼球動態正常，不打開霧化器。