一种基于红外探测的眼睛状态识别装置及方法制造方法及图纸

一种基于红外探测的眼睛状态识别装置及方法，包括设置在眼睛周围的红外发射模块、红外接收模块，所述红外发射模块、红外接收模块连接单片机模块，单片机模块连接定位模块。所述单片机模块连接通信模块、报警模块。本发明专利技术一种基于红外探测的眼睛状态识别装置及方法，根据不同光学表面对红外光的反射率不同的性质，通过主动发射红外光，探测眼部不同位置反射光强来监测眼部的动作。具备结构简单、体积小、计算量小、实时性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外探测的眼睛状态识别装置及方法
本专利技术涉及一种图像识别方法，特别是一种基于红外探测的眼睛状态识别装置及方法。
技术介绍
目前已出现多种检测被测者是否意识清醒并预警的检测方法，比如：对行为特征(头部运动、眼部运动、凝视方向等)、生理参数(脑电图、心电图、呼吸状况、肌肉活动等)的检测判断人的意识状态。在这些检测参数中，眼部运动是应用最多的特征，对眼睛状态的识别可用于判断意识清醒程度。针对眼睛的运动或状态，有多种检测方法。PERCLOS算法即是对瞳孔直径、注目凝视、眼球转动、眼睛闭合时间长短等来测检测眼睛状态。虹膜识别是利用眼部的灰度和形状信息对眼睑和眼睫毛遮挡进行检测。对人脸进行拍照或者视频采集，基于图像识别的方法从视频图像中通过各种算法(如样本学习法、模板匹配法、眼睑曲率、灰度投影、统计等)提取出人眼区域进行识别，判断人眼的闭合状态。以上这些方法都可对人眼进行非接触性检测，但技术较为复杂，运算量大，识别速度取决于图像处理芯片运算速度，反应速度较慢，体积较大，且实现成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于红外探测的眼睛状态识别装置及方法，根据不同光学表面对红外光的反射率不同的性质，通过主动发射红外光，探测眼部不同位置反射光强来监测眼部的动作。具备结构简单、体积小、计算量小、实时性好的特点。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于红外探测的眼睛状态识别装置，包括设置在眼睛周围的红外发射模块、红外接收模块，所述红外发射模块、红外接收模块连接单片机模块，单片机模块连接电源模块。所述单片机模块连接通信模块、报警模块。所述单片机模块包括信号处理模块、模数转换模块、计时模块、调制模块；红外接收模块连接模数转换模块，模数转换模块连接计时模块，所述模数转换模块、计时模块均连接信号处理模块，调制模块连接红外发射模块。所述通信模块为蓝牙数据传输模块、或者无线WIFI模块。所述红外发射模块包括红外发光二极管L1，用于发出不可见红外光束，波长0.7μm-3μm。所述红外接收模块包括红外接收二极管L2，用于接收由眼睛不同部位反射回的红外光，并转换成电信号传输给单片机模块。所述红外发射模块、红外接收模块安装在眼镜架上。一种基于红外探测的眼睛状态识别方法，包括以下步骤：步骤一：红外发射模块与红外接收模块成对放置，均对准眼睛。步骤二：红外发射模块发出不可见红外光，单片机模块发出调节脉冲，驱动红外光周期性地照射到眼睛上，红外光由眼睛不同部位反射，由红外接收模块接收并转换为电信号送给单片机模块。步骤三：单片机模块以两倍于调制信号的频率，对红外接收模块传出的模拟电信号进行采样，将模拟电信号转成数字信号，放入待处理信号缓冲区，相邻两次采样结果做减法处理以去除背景光干扰，再对其结果做限幅滤波，减小偶然因素引起的脉冲干扰，得到较平滑的实时红外光强测量曲线。步骤四：当实时红外光强测量曲线上的值大于预设阈值时，判定眼睛处于闭合状态，状态标志设为1。当实时红外光强测量曲线的值小于预设阈值时，判定眼睛处于睁开状态，状态标志设为0。用单片机模块自带的定时计数器，对状态标志持续时间、状态标志重现次数进行测量，对连续相同的状态标志进行计数即计时，超过限定时间即可判定当前人眼处于闭合状态；对一段时间内状态标志1出现的次数进行阈值判定，超过阈值，即判定当前人眼处于半睁半闭状态；步骤五：当人眼闭合状态超过限定值时，单片机模块发出控制信号，驱动报警模块进行报警，以起到提示作用。步骤六：单片机模块把检测数据通过通信模块传输至手机或其他设备，以便进行远程监控或提醒。所述步骤一中，包括定位步骤：先用红外发射模块对准眼睛发出红外光，人眼眨眼时测试红外接收模块的接收光强，有较大变化则定位准确；否则调整红外发射模块和红外接收模块的角度，直至对准为止。所述步骤二中，在一个脉冲周期内，低电平时红外发射模块不发射红外光，红外接收模块仅接收外界自然光，传输的电信号为背景光强度信号；高电平时，红外发射模块发射红外光，红外接收模块接收外界自然光及反射的红外光，传输的电信号为背景光强度信号加上反射红外光强度信号。本专利技术一种基于红外探测的眼睛状态识别装置及方法，技术效果如下：1)、检测对象直接，检测结果直观反映人的意识状态，方法上比现有的图像识别方法简单且易于实现。2)、主动红外光源对人眼覆盖照射，基于点对面的探测，容易实现且装置简单、成本低。3)、本专利技术方法仅对被测目标的反射红外光光强及变化时间做检测，无其他干扰因素，检测及处理速度快，反应时间可达几百微秒，明显优于现有图像识别方法。附图说明图1是本专利技术的原理连接框图。图2是本专利技术为实时红外光强测量曲线。图3是本专利技术的实施例电路图；其中：图3(a)为单片机模块4；图3(b)为电源模块8；图3(c)为报警模块7；图3(d)为红外发射模块2；图3(e)为A/D转换参考电压模块；图3(f)为红外接收模块3；图3(g)为蓝牙数据传输模块RDA5868。具体实施方式原理分析：若红外光源发光强度为I，它是光源在单位立体角上的光通量。红外光源的面积为S，到眼睛的距离为r，眼睛被照射面积为S′，假设眼睑被照射面积为SL′，眼角膜被照射面积为SJ′，S′＝SL′+SJ′。眼睑与眼角膜对红外光的反射率是不同的，设眼睑反射率为RL,眼角膜反射率为RJ,两者均看成是近似余弦辐射体，则红外接收器接收到的光强为：其中i为眼睛法线方向与光源的夹角，U为接收器对眼睛的孔径角。由上式可知，当眼睛睁开时，红外光大部分照射在眼角膜上，反射回的红外光强主要由眼角膜的反射率决定；当眼睛闭合时，红外光大部分照射在眼睑上，反射回的红外光强主要由眼睑的反射率决定；当眼睛半睁半闭时，红外光部分照射在眼角膜上，部分照射在眼睑上，反射回的红外光强由眼角膜和眼睑的反射率共同决定。由于眼睑和眼角膜对红外光反射率的不同，使得不同反射面反射回的红外光强不一致。眼睛睁开时，红外光基本由角膜反射，反射光强最大；眼睛闭合时，红外光基本由眼睑反射，反射光强最小；眼睛半睁半闭时，红外光由角膜和眼睑部分反射，反射光强介于前二者之间。根据接收到的光强差异可以判定当前人眼的睁开/闭合状态。对接收光强的持续时间进行检测：正常情况下，人眼睁开，平均2-6秒眨眼1次，每次眨眼用时0.2～0.4秒；；当人疲倦时，眼睛基于保护作用会不由自主地加快眨眼速度，以保证正常的视觉；当进入更深一层的疲劳状态时，会更加频繁眨眼或延长眼睛闭合时间。根据眼睛眼睑及眼角膜对红外光的反射率，当人眼在睁眼、闭眼、眨眼及半睁半闭时，不同部位对红外光反射光强的不同可检测出当前人眼的闭合状态，对不同红外反射光的变化情况的检测可当前人眼动作状态，由两者共同判定当前人的意识状态：清醒或疲劳。如图2所示，当人眼正常睁开时，角膜红外反射率低，接收到的反射光较小，波形较平稳，眨眼时会产生尖锐的反射峰值；当人眼半睁半闭时，接收到的反射光变化较大，且变化迅速；当人眼闭合时，眼睑反射率高，接收到的反射光较大，波形较平稳。因此通过判定接受光强的波形即可判定当前人眼的状态。如图1所示，一种基于红外探测的眼睛状态识别装置，包括设置在眼睛1周围的红外发射模块2、红外接收模块3，所述红外发射模块2、红外接收模块3连接单片机模块4，单片机模块4连接定位模块5。所述单片机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于红外探测的眼睛状态识别装置，包括设置在眼睛（1）周围的红外发射模块（2）、红外接收模块（3），其特征在于，所述红外发射模块（2）、红外接收模块（3）连接单片机模块（4），单片机模块（4）连接电源模块（7）。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外探测的眼睛状态识别方法，其特征在于：包括一种基于红外探测的眼睛状态识别装置，该装置包括设置在眼睛(1)周围的红外发射模块(2)、红外接收模块(3)，其特征在于，所述红外发射模块(2)、红外接收模块(3)连接单片机模块(4)，单片机模块(4)连接电源模块(7)，所述单片机模块(4)连接通信模块(5)、报警模块(6)，所述单片机模块(4)包括信号处理模块(4.1)、模数转换模块(4.2)、计时模块(4.3)、调制模块(4.4)；调制模块(4.4)连接红外发射模块(2)；红外接收模块(3)连接模数转换模块(4.2)，模数转换模块(4.2)连接计时模块(4.3)，所述模数转换模块(4.2)、计时模块(4.3)均连接信号处理模块(4.1)，所述通信模块(5)为蓝牙数据传输模块、或者无线WIFI模块，所述红外发射模块(2)包括红外发光二极管L1，用于发出不可见红外光束，波长0.7μm-3μm，所述红外接收模块(3)包括红外接收二极管L2，用于接收由眼睛不同部位反射回的红外光，并转换成电信号传输给单片机模块(4)，所述红外发射模块(2)、红外接收模块(3)安装在眼镜架上；识别方法包括以下步骤：步骤一：红外发射模块(2)与红外接收模块(3)成对放置，均对准眼睛(1)；步骤二：红外发射模块(2)发出不可见红外光，单片机模块(4)发出调节脉冲，驱动红外光周期性地照射到眼睛上，红外光由眼睛不同部位反射，由红外接收模块(3)接收并转换为电信号送给单片机模块(4)；步骤三：单片机模块(4)以两倍于调制信号的频率，对红外接收模块(3)传出的模拟电信号进行采样，将模拟电信号转成数字信号，放入...

【专利技术属性】
技术研发人员：何慧灵，戴后清，韩龙飞，郑胜，潘礼庆，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42