一种基于脑电信号的可穿戴视力检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于脑电信号的可穿戴视力检测装置，包括便携式脑电采集设备、脑电识别模块和视力检测模块；所述便携式脑电采集设备用于播放刺激范式视频，同时从受试者大脑采集脑电信号；脑电识别模块脑电识别模块用于控制便携式脑电采集设备的视频播放，并对脑电信号进行校验和解析；视力检测模块对脑电信号进行预处理，特征分析与提取、特征融合和模型检测；其中，对于受试者的融合特征，通过预构建的模型进行检测，得到受试者的视力范围。本发明专利技术以基于视觉

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑电信号的可穿戴视力检测装置


[0001]本专利技术涉及视力检测装置技术，具体涉及一种基于脑电信号的可穿戴视力检测装置。

技术介绍

[0002]世界卫生组织此前的研究报告显示，中国近视患者人数多达6亿，其背后的原因有近视检测效率不高，防控不及时，忽视前期的视力保护等。面对如此多的近视患者人数，提高近视监测效率和及时防控，并做到早发现、早诊断、早干预是很有必要的。
[0003]然而传统的检测方法多为字母视力表，该方法主要存在以下不足之处：1、适用人群有限。传统的字母视力表需要检查者和被检查者充分理解和配合，而沟通障碍人群，婴幼儿等无法与检查者进行良性互动；2、适用的场合有限。传统的视力检查需要被检查者到医院等地在专业人士的指导下进行检查，不适用于行动不便者以及弱视康复训练后的居家自测。并且，传统的视力检测因光亮度，检测距离等因素无法在家自主完成，也需在专业人士的指导下进行视力检测；3、检测结果存在主观性。采用字母视力表做检测时，一方面受检测环境的光亮度的不同，声音的大小等因素所影响，另一方面受被检测者自身的影响，比如当字母变得模糊时，被检测者会开始猜测字母的朝向，有时甚至会通过记忆蒙混过关。而脑电信号作为反应人体大脑客观生理状态的一种信号，它包含了大量的生理与疾病信息，其中也反应了人体视觉方面的信息。
[0004]在目前现有的技术中，大多数视力检测方式仍采用传统的检测方法，少部分视力检测方式会基于智能化设备进行视力检测，提高检测的效率，节省时间和人力，如CN202021139491.5一种视力检测仪，为可进行高低调节的装置，便于使用，实用性强。CN201922298567.一种自助视力检测装置，该方案能够自主进行检测，无需人工处理，减少视力检测的成本。
[0005]然而，以上检测装置仍存在一定的缺陷：(1)不适用于特殊人群。以上装置检测时仍需要双方互相配合，不适用于聋哑人，婴幼儿、伪盲等人群；(2)不便携。检测装置体积较大，携带不方便，不适用于行动不方便者；(3)检测依据不客观。现有的装置检测依据仍是字母视力表，需要受试者的主观配合，会受检测环境以及被检测者自身因素所影响，从而造成结果主观。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于脑电信号的可穿戴视力检测装置，以克服现有技术所存在的问题。
[0007]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于脑电信号的可穿戴视力检测装置，包括便携式脑电采集设备、脑电识别模块和视力检测模块；
[0009]所述便携式脑电采集设备用于播放刺激范式视频，同时从受试者大脑采集脑电信
号；脑电识别模块用于控制便携式脑电采集设备的视频播放，并对脑电信号进行校验和解析；视力检测模块对脑电信号进行预处理，特征分析与提取、特征融合和模型检测；
[0010]其中，对于受试者的融合特征，通过预构建的模型进行检测，得到受试者的视力范围。
[0011]进一步地，所述便携式脑电采集设备是由两个采集单元、显示单元和绑带组成；其中一个采集单元为脑电采集电极，放置于用受试者的额头，紧贴于额部，用于采集受试者的脑电信号；另一个采集单元作为参考电极夹至受试者耳垂处，显示单元用于显示刺激范式视频，绑带可以进行伸缩，满足受试者不同的头部尺寸。
[0012]进一步地，所述脑电识别模块包括TGAM芯片和STM32主控芯片；其中，STM32主控芯片控制显示单元播放刺激范式视频，刺激范式视频刺激受试者产生脑电信号；与此同时，采集单元采集到受试者的脑电信号，并传输至TGAM芯片中；TGAM芯片将脑电信号滤除环境噪声的影响，再进行放大，ADC数模转换，得到数字化的脑电信号，随后判断该信号校验和是否正确，校验和正确则继续解析该信号，校验和错误则放弃该信号；最后，TGAM芯片将采集到的有效数字脑电信号传输至STM32主控芯片；STM32主控芯片将脑电信号通过无线方式传输至视力检测模块3。
[0013]进一步地，所述视力检测模块对脑电信号进行预处理，包括粗处理和细处理；
[0014]在粗处理中：
[0015]将接收到的脑电信号作为原始信号X经过带通滤波器过滤高频信号，提取低频信号F(x)；计算低频信号F(x)的极值的众数L＝[L1,L2]，其中，L1为极大值的众数，L2为极小值的众数；随后，将F(x)通过滑动窗口进行分割，判断分割后的滑动窗口内的信号中各个数据点的极大值和极小值是否分别大于L1和L2的预设倍数；如果大于，则舍去该数据点，如果小于或等于，则保留；
[0016]在细处理中：
[0017](a)首先求原始信号X的所有极大值和极小值，并构建极大值的包络线y1(x)和极小值的包络线y2(x)；
[0018](b)求y1(x)，y2(x)的均值a，并构建该均值的包络线g(a)；
[0019](c)求均差信号h＝X
‑
g(a)，利用滑动窗口将h进行分割，并判断分割后的每个滑动窗口内的极值之差是否均等于0，若不符合均等于0的条件，则将均差信号h作为原始信号X重复(a)～(b)的操作；若符合均等于0的条件，则用原始信号X减去均差信号h得出信号N；
[0020](d)判断信号N是否等于0，如果不等于0，则将N作为原始信号X重复(a)～(c)的操作；如果N等于0，则视为一个ad分量；
[0021](e)用原始信号X减去ad，作为新的原始信号重复(a)～(d)，直至将信号分解到只存在一个极大值或一个极小值为止；
[0022]最终，将信号分解完后，会得到n个ad分量；则将所有的ad分量构造成集合AD＝[ad1,ad2,ad3,...,ad
n
]；随后，集合AD与低频信号F(x)求相关系数R＝[r1,r2,r3,...,r
n
]；
[0023](f)设置阈值S＝R/n，n表示有n个相关系数；判断r
n
是否小于阈值S，如果大于，则舍去；如果小于，则将r
i
对应ad
i
分量信号相加，以此重构输出去噪信号DS。
[0024]进一步地，所述视力检测模块进行特征分析与提取，包括时域特征Ft的提取和频域特征Ff的提取：
[0025]在时域特征提取中，用滑动窗口将DS进行分割，然后构建叠加信号DS(x)，其中DS(x)＝DS1+DS2+...+DS
n
；第n秒的滑动窗口的信号表示为DS(n)；随后求DS(x)的最大值max和最小值min，并计算其平均值(min+max)/2，作为时域特征Ft；
[0026]在频域特征提取中，先对去噪信号DS进行傅里叶变换，得到信号F(ω)，并通过带通滤波器对F(ω)提取出多种预设子频段；随后对多种子频段分别求取每1s的加权曲线面积Area；
[0027]然后对各个子频段的所有的加权曲线面积Area求其变化频率值freq，最终，每一个频段都将得到n个freq，记为freq＝[freq1,freq2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电信号的可穿戴视力检测装置，其特征在于，包括便携式脑电采集设备、脑电识别模块和视力检测模块；所述便携式脑电采集设备用于播放刺激范式视频，同时从受试者大脑采集脑电信号；脑电识别模块用于控制便携式脑电采集设备的视频播放，并对脑电信号进行校验和解析；视力检测模块对脑电信号进行预处理，特征分析与提取、特征融合和模型检测；其中，对于受试者的融合特征，通过预构建的模型进行检测，得到受试者的视力范围。2.根据权利要求1所述的基于脑电信号的可穿戴视力检测装置，其特征在于，所述便携式脑电采集设备是由两个采集单元、显示单元和绑带组成；其中一个采集单元为脑电采集电极，放置于用受试者的额头，紧贴于额部，用于采集受试者的脑电信号；另一个采集单元作为参考电极夹至受试者耳垂处，显示单元用于显示刺激范式视频，绑带可以进行伸缩，满足受试者不同的头部尺寸。3.根据权利要求1所述的基于脑电信号的可穿戴视力检测装置，其特征在于，所述脑电识别模块包括TGAM芯片和STM32主控芯片；其中，STM32主控芯片控制显示单元播放刺激范式视频，刺激范式视频刺激受试者产生脑电信号；与此同时，采集单元采集到受试者的脑电信号，并传输至TGAM芯片中；TGAM芯片将脑电信号滤除环境噪声的影响，再进行放大，ADC数模转换，得到数字化的脑电信号，随后判断该信号校验和是否正确，校验和正确则继续解析该信号，校验和错误则放弃该信号；最后，TGAM芯片将采集到的有效数字脑电信号传输至STM32主控芯片；STM32主控芯片将脑电信号通过无线方式传输至视力检测模块3。4.根据权利要求1所述的基于脑电信号的可穿戴视力检测装置，其特征在于，所述视力检测模块对脑电信号进行预处理，包括粗处理和细处理；在粗处理中：将接收到的脑电信号作为原始信号X经过带通滤波器过滤高频信号，提取低频信号F(x)；计算低频信号F(x)的极值的众数L＝[L1,L2]，其中，L1为极大值的众数，L2为极小值的众数；随后，将F(x)通过滑动窗口进行分割，判断分割后的滑动窗口内的信号中各个数据点的极大值和极小值是否分别大于L1和L2的预设倍数；如果大于，则舍去该数据点，如果小于或等于，则保留；在细处理中：(a)首先求原始信号X的所有极大值和极小值，并构建极大值的包络线y1(x)和极小值的包络线y2(x)；(b)求y1(x)，y2(x)的均值a，并构建该均值的包络线g(a)；(c)求均差信号h＝X
‑
g(a)，利用滑动窗口将h进行分割，并判断分割后的每个滑动窗口内的极值之差是否均等于0，若不符合均等于0的条件，则将均差信号h作为原始信号X重复(a)～(b)的操作；若符合均等于0的条件，则用原始信号X减去均差信号h得出信号N；(d)判断信号N是否等于0，如果不等于0，则将N作为原始信号X重复(a)～(c)的操作；如果N等于0，则视为一个ad分量；(e)用原始信号X减去ad，作为新的原始信号重复(a)～(d)，直至将信号分解到只存在一个极大值或一个极小值为止；最终，将信号分解完后，会得到n个ad分量；则将所有的ad分量构造成集合AD＝[ad1,ad2,ad3,...,ad
n
]；随后，集合AD与低频信号F(x)求相关系数R＝[r1,r2,r3,...,r
n
]；
(f)设置阈值S＝R/n，n表示有n个相关系数；判断r
n
是否小于阈值S，如果大于，则舍去；如果小于，则将r
i
对应ad

【专利技术属性】
技术研发人员：任宏怡，龚健杨，马庆凯，韩一石，范翅轩，张茹怡，
申请(专利权)人：安徽医科大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：