一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统技术方案

本发明专利技术是一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统，其特征在于，包括脑电波数据采集模块，脑电波数据无线传输模块，脑电波数据存储模块，注意力与冥想度可视化模块，脑电波数据可视化模块，一键拨号通话模块；脑电波数据采集部分包括脑电检测芯片、氯化银干电极、可穿戴式战术头盔以及参考用耳夹；脑电波数据无线传输部分包括无线蓝牙传输模块；注意力与冥想度可视化模块包括可编程rgbLED灯板；脑电波数据存储部分包括电脑端Mind Record程序及手机端eegID APP；脑电波数据可视化部分包括Mind Record程序模块；一键拨号通话模块包括grsm通话模块、麦克以及耳机。本发明专利技术满足日常或执行任务时的佩戴需求，能实时地采集特战人员的脑电波数据、有效地存储数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统
本专利技术属于医疗健康领域，具体涉及到一种应用于无线穿戴头盔的脑电波检测系统。
技术介绍
近几年，随着世界各国对未来战争武器装备的巨大投入，面对错综复杂的战场以及各种作战任务，对于武警部队战术小组以及特战人员，研究检测他们的生理状态的便携装置是很有必要的。头盔是特战人员不可或缺的装备之一，在战场上可以很大程度上减小特战人员头部所受的伤害。尽管如此，在战场上特战人员的生理状态也会影响到部队的作战能力。利用一种脑电波的头戴装置来实时探测特战人员执行任务时是否感到疲劳、分心和负面情绪、压力等，来确保特战人员的作战状态。
技术实现思路
本专利技术提供一种针对能够实时监测特战人员的生理状态，基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统。本专利技术的技术方案是：一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统，其特征在于，包括脑电波数据采集模块，脑电波数据无线传输模块，脑电波数据存储模块，注意力与冥想度可视化模块，脑电波数据可视化模块，一键拨号通话模块；脑电波数据采集部分包括脑电检测芯片、氯化银干电极、可穿戴式战术头盔以及参考用耳夹；脑电波数据无线传输部分包括无线蓝牙传输模块；注意力与冥想度可视化模块包括可编程rgbLED灯板；脑电波数据存储部分包括电脑端MindRecord程序及手机端eegIDAPP；脑电波数据可视化部分包括MindRecord程序模块；一键拨号通话模块包括grsm通话模块、麦克以及耳机；所述脑电波数据采集部分，利用传感器收集原始脑波信号，将传感器模块放置在人脑的一个头发很少的前额区域，提供EEG清晰度，可以准确传输RAW和功率带；同时将作为参考电极的耳夹置于耳垂部位，方便去除生物杂电或其他噪声；脑电检测芯片采集原始脑波信号，处理和输出α,β脑波波段数据，处理和输出专注度和放松度指数；还可以采集眨眼侦测信息；所述rgbLED灯板控制LED灯，通过调用PoorQuality的值来判断监护头带是否连接正常；PoorQuality代表当前信号的强弱；范围为0至200；数值越大，则说明信号接收越差，即头带佩戴越不规范；通过switch-case语句使PoorQuality在不同的取值范围内输出LED亮灭的不同的时间比，实现LED灯在监护头带不同程度的未规范佩戴情况下的智能提醒；在监护头带已规范佩戴的情况下，LED灯将随着注意力和冥想度的数值变化而转变颜色；注意力与冥想度的取值范围均为0至100；将其放入绘制好的一个二维颜色直角坐标系中，即可得出不同LED灯光对应的大脑集中/放松程度；为使LED灯在二维坐标下即可遍历绝大多数的颜色；采用格拉斯曼定律进行线性的颜色表达；根据CIERGB色度图：颜色的色度坐标是由r和g决定的，r与g的定义式如下：式中，蓝光B并没有作为分子存在；这是因为当指定了一个亮度Y的时候，如果红光R与绿光G均为是固定值，则蓝光B可以通过NTSC标准明度公式求出；NTSC标准明度公式下：Y＝0.299R+0.587G+0.114B因此，固定亮度下的色调可以由两个变量决定；此解法可以用来控制LED灯珠的颜色；LED灯珠所用发光数据为RGB数据，因此在已知r、g的情况下，给定Y，求RGB的各项值；由格拉斯曼定律和NTSC标准明度公式列出下列三元一次方程式：(r-1)R+rG+rB＝0gR+(g-1)G+gB＝00.299R+0.587G+0.114B＝Y联立可解，当Y≠0时,得式；在此式中，r与g不能同时为1，会导致方程组无解，符合人脑情况，注意力与冥想度无法同时达到峰值；此外，由于RGB的范围均为0-255，所以Y的值不能超过0.114*255＝29.07；在上式中，Y值越大，则LED整体亮度越高，所呈现出的效果也就越明显；脑电波数据存储部分，在接收到脉冲分析数据后，处理和输出α,β等脑波波段数据，并且同时处理和输出专注度和放松度指数以及未来开发的其他数据以及眨眼侦测；脑电波数据无线传输部分：数据传输是通过UART串行COM口、蓝牙、文件或者任何其他可以传输字节流的设备；对于每个数据包，其开头部分为包头，中间部分是有效数据，结尾是检验变量，参考格式如下：实际数据部分的长度，不会超过169个字节，其中数据包头和末尾检验变量分别为三个字节和一个字节；这就意味着，一个完整且有效的数据包，至少有4个字节的长度，至多不超过173个字节；数据包头由三个字节组成：两个用于识别帧头的字节,后面跟着一个字节；为了解析有效数据，必须解析出有效数据中的每一个行数据，直到有效数据的所有字节都被解析完毕；行数据的参考格式如下：格式中字节是有条件地出现的，只会出现在某些行数据中，而不是所有的行数据；接收端接收到的数据包，必须通过前面的3个步骤进行检验；接收端将会对有效数据进行分析，得到各类变量；一旦通过Checksum的检验，接收端就可以解析有效数据；每一个数据包含变量值类型对应的序号，该变量值的长度，该变量值的大小；因此，为了解析有效数据，必须解析出有效数据中的每一个行数据，直到有效数据的所有字节都被解析完毕；脑电波数据可视化部分：将头盔带到头上，监测测试者脑电波。本专利技术的优点是：本专利技术运用较为成熟且使用便捷的脑电波测试方法，将脑电检测芯片与头盔融合，满足日常或执行任务时的佩戴需求，能实时地采集特战人员的脑电波数据、有效地存储数据。特战人员脑电波数据通过蓝牙无线实时传输给后端进行处理，后端通过分类、降维等机器学习算法生产特战人员面向战场时的心理、生理评估报告。本套系统将脑电检测芯片与头盔合二为一，满足日常或执行任务时的佩戴需求。在免除了涂抹导电膏、增加佩戴舒适程度的同时，也能最大限度为作战人员提供保护。可以在脱离上位机的情况下将作战人员的注意力与冥想度通过LED灯的颜色进行外现。可以将通话功能融入到可穿戴设备中。附图说明图1为系统的组织架构示意图。具体实施方式下面结合附图1和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统，包括脑电波数据采集模块，脑电波数据无线传输模块，脑电波数据存储模块，注意力与冥想度可视化模块，脑电波数据可视化模块，一键拨号通话模块；脑电波数据采集部分包括脑电检测芯片、氯化银干电极、可穿戴式战术头盔以及参考用耳夹；脑电波数据无线传输部分包括无线蓝牙传输模块；注意力与冥想度可视化模块包括可编程rgbLED灯板；一键拨号通话模块包括grsm通话模块、麦克以及耳机；脑电波数据可视化部分包括MindRecord程序模块；脑电波数据存储部分包括电脑端MindRecord程序及手机端eegIDAPP；所述脑电波数据采集部分：利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统，其特征在于，包括脑电波数据采集模块，脑电波数据无线传输模块，脑电波数据存储模块，注意力与冥想度可视化模块，脑电波数据可视化模块，一键拨号通话模块；/n脑电波数据采集部分包括脑电检测芯片、氯化银干电极、可穿戴式战术头盔以及参考用耳夹；/n脑电波数据无线传输部分包括无线蓝牙传输模块；/n注意力与冥想度可视化模块包括可编程rgbLED灯板；/n脑电波数据存储部分包括电脑端Mind Record程序及手机端eegID APP；/n脑电波数据可视化部分包括Mind Record程序模块；/n一键拨号通话模块包括grsm通话模块、麦克以及耳机；/n所述脑电波数据采集部分，利用传感器收集原始脑波信号，将传感器模块放置在人脑的一个头发很少的前额区域，提供EEG清晰度，可以准确传输RAW和功率带；同时将作为参考电极的耳夹置于耳垂部位，方便去除生物杂电或其他噪声；/n脑电检测芯片采集原始脑波信号，处理和输出α,β脑波波段数据，处理和输出专注度和放松度指数；还可以采集眨眼侦测信息；/n所述rgbLED灯板控制LED灯，通过调用PoorQuality的值来判断监护头带是否连接正常；PoorQuality代表当前信号的强弱；范围为0至200；数值越大，则说明信号接收越差，即头带佩戴越不规范；通过switch-case语句使PoorQuality在不同的取值范围内输出LED亮灭的不同的时间比，实现LED灯在监护头带不同程度的未规范佩戴情况下的智能提醒；在监护头带已规范佩戴的情况下，LED灯将随着注意力和冥想度的数值变化而转变颜色；注意力与冥想度的取值范围均为0至100；将其放入绘制好的一个二维颜色直角坐标系中，即可得出不同LED灯光对应的大脑集中/放松程度；为使LED灯在二维坐标下即可遍历绝大多数的颜色；采用格拉斯曼定律进行线性的颜色表达；根据CIE RGB色度图：颜色的色度坐标是由r和g决定的，r与g的定义式如下：/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统，其特征在于，包括脑电波数据采集模块，脑电波数据无线传输模块，脑电波数据存储模块，注意力与冥想度可视化模块，脑电波数据可视化模块，一键拨号通话模块；
脑电波数据采集部分包括脑电检测芯片、氯化银干电极、可穿戴式战术头盔以及参考用耳夹；
脑电波数据无线传输部分包括无线蓝牙传输模块；
注意力与冥想度可视化模块包括可编程rgbLED灯板；
脑电波数据存储部分包括电脑端MindRecord程序及手机端eegIDAPP；
脑电波数据可视化部分包括MindRecord程序模块；
一键拨号通话模块包括grsm通话模块、麦克以及耳机；
所述脑电波数据采集部分，利用传感器收集原始脑波信号，将传感器模块放置在人脑的一个头发很少的前额区域，提供EEG清晰度，可以准确传输RAW和功率带；同时将作为参考电极的耳夹置于耳垂部位，方便去除生物杂电或其他噪声；
脑电检测芯片采集原始脑波信号，处理和输出α,β脑波波段数据，处理和输出专注度和放松度指数；还可以采集眨眼侦测信息；
所述rgbLED灯板控制LED灯，通过调用PoorQuality的值来判断监护头带是否连接正常；PoorQuality代表当前信号的强弱；范围为0至200；数值越大，则说明信号接收越差，即头带佩戴越不规范；通过switch-case语句使PoorQuality在不同的取值范围内输出LED亮灭的不同的时间比，实现LED灯在监护头带不同程度的未规范佩戴情况下的智能提醒；在监护头带已规范佩戴的情况下，LED灯将随着注意力和冥想度的数值变化而转变颜色；注意力与冥想度的取值范围均为0至100；将其放入绘制好的一个二维颜色直角坐标系中，即可得出不同LED灯光对应的大脑集中/放松程度；为使LED灯在二维坐标下即可遍历绝大多数的颜色；采用格拉斯曼定律进行线性的颜色表达；根据CIERGB色度图：颜色的色度坐标是由r和g决定的，r与g的定义式如下：






式中，蓝光B并没有作为分子存在；这是因为当指定了一个亮度Y的时候，如果红光R与绿光G均为是固定值，则蓝光B可以通过NTSC标准明度公式求出；NTSC标准明度公式下：
Y＝0.299R+0.587G+0.114B
因此，固定亮度下的色调可以由两个变量决定；此解法可以用来控制LED灯珠的颜色；LED灯珠所用发光数据为RGB数据，因此在已知r、g的情况下，给定Y，求RGB的各项值；由格拉斯曼定律和NTSC标准明度公式列出下列三元一次方程式：
(r-1)R+rG+rB＝0
gR+(g-1)G+gB＝0
0.299R+0.587G+0.114B＝Y
联立可解，当Y≠0时,得式；









在此式中，r与g不能同时为1，会导致方程组无解，符合人脑情况，注意力与冥想度无法同时达到峰值；此外，由于RGB的范围均为0-255，所以Y的值不能超过0.114*255＝29.07；
在上式中，Y值越大，则LED整体亮度越高，所呈现出的效果也就越明显；
脑电波数据存储部分，在接收到脉冲分析数据后，处理和输出α,β等脑波波段数据，并且同时处理和输出专注度和放松度指数以及未来开发的其他数据以及眨眼侦测；
脑电波数据无线传输部分：数据传输是通过UART串行COM口、蓝牙、文件或者任何其他可以传输字节流的设备；对于每个数据包，其开头部分为包头，中间部分是有效数据，结尾是检验变量，参考格式如下：



实际数据部分的长度，不会超过169个字节，其中数据包头和末尾检验变量分别为三个字节和一个字节；这就意味着，一个完整且有效的数据包，至少有4个字节的长度，至多不超过173个字节；数据包头由三个字节组成：两个用于识别帧头的字节,后面跟着一个字节；
为了解析有效数据，必须解析出有效数据中的每一个行数据，直到有效数据的所有字节都被解析完毕；
行数据的参考格式如下：



格式中字节是有条件地出现的，只会出现在某些行数据中，而不是所有的行数据；
接收端接收到的数据包，必须通过前面的3个步骤进行检验；接收端将会对有效数据进行分析，得到各类变量；一旦通过Checksum的检验，接收端就可以解析有效数据；每一个数据包含变量值类型对应的序号，该变量值的长度，该变量值的大小；因此，为了解析有效数据，必须解析出有效数据中的每一个行数据，直到有效数据的所有字节都被解析完毕；
脑电波数据可视化部分：将头盔带到头上，监测测试者脑电波。


2.根据权利要求1所述的一种基于脑电波检查的无线穿戴头盔系统，其特征在于，蓝牙传输模块中的数据如下：
(1)无符号整型变量POOR_SIGNALQuality，用来描述ThinkGear测得的信号，有多差；它的取值范围为0-200；如果这个变量的值不为0，就意味着存在着噪声干扰；值越高，意味着噪声越多；特别的指出，值为200时，意味着传感器离开了使用者头部；这个变...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜囡，杨洪臣，王华朋，何芳州，邵冬梅，王溢，郭卉，孙悦洋，
申请(专利权)人：中国刑事警察学院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21