智能感测视疲劳极限

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摘 要：为实现提醒人们正确用眼、保护视力的新型眼镜功能，提出了基于智能感应测试视觉疲劳的实验理论。采用心电脉搏特征的视觉状态识别方法，对视觉疲劳后的ECG（心电图）和脉搏信号变动采用支持向量机法进行分类计算。在此基础上，采用C++智能化编程技术，实现适时提醒功能，运用嵌入式技术写入芯片，连接控制电路，达到视疲劳极限进行感测和提醒的最终目的。

关键词：心电脉搏 智能感应 嵌入芯片 控制电路

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0215-02

1 背景

智能眼镜的发展最迅速的是美国，资料显示美国越来越多的人使用的Google眼镜，其已实现录制视频、发送信息、卫星定位等功能，其先进技术限制于美国。这些理念打破了传统眼镜使用观念，体现了现代技术的实用性，同时，人类希望利用眼镜改变中国青少年视力减弱低龄化的趋势，同时技术上与国际接轨，使得高科技进一步造福人类的健康。

2 国内外现状

计算机技术与传感技术的发展和应用给医疗诊断带来了积极影响。尤其是疾病预防、诊断、治疗等健康问题备受关注的今天，远程医疗和专家诊断系统已得到充分的运用，这不仅有力地证明了计算机技术与传感技术综合应用在协助健康问题的解决上巨大潜力，还将加速人类提升生命质量的进程。

可穿戴智能设备作为计算机技术和传感技术的初级结合产品系列，逐步呈现发展快速、应用普及、方向集中等特点。当下苹果公司的iWatch、BrainLink意念头箍、Google公司的GoogleProjectGlass等无不体现出计算机技术与传感技术的结合带给人类的精彩体验和享受。

Google 公司于2012年4月的一款名为“谷歌眼镜（GoogleProjectGlass）”拓展现实的眼镜，它吸引了各界人士的广泛关注和媒体的报道。作为上位概念的可穿戴设备，自20世纪60年代出现了可穿戴技术，这个阶段以美国麻省理工学院媒体实验室提出的创新技术为代表，利用该技术把多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入人们的衣着，可支持手势和眼动操作等多种交互方式。1960年代起，可穿戴式设备逐渐兴起。1977年，Smith-Kettlewell 研究所视觉科学院的C.C. Colin 为盲人做了一款背心，广义上讲，这可以算是世界上第一款可穿戴健康设备。

自此后，健康领域被认为是可穿戴设备应该优先发展、最优前途的领域，本质是改善人体健康。可穿戴健康设备是指针对城市人群各种常见病。例如：随时随地给颈椎做个放松按摩，甚至直接干预脑电波助人睡眠。

3 研究过程

3.1 收集数据

当今社会充满智能的“踪迹”，为广大群众提供了许多便捷。跟据Google眼镜最新动态，谷歌眼镜可实现搜索、拍照、录制、发送短信及获取地理位置功能。本项目中的智能化设备通过感应身体心电脉搏特征变化，测量ECG及脉搏信号变动，查阅支持向量机法分类，寻找出特征间的函数关系，设计程序。

3.2 影响因素及算法

由表1可知，与疲劳前相比，h1、h2值分别出现不同程度下降。AT值大幅度上升。上升率在1.38%～274%之间，平均上升39.19%。h1在视觉疲劳后，h1平均下降46.12%，h2下降变化率在24.0%～86.5%之间，平均下降42.0%。心电脉搏的其他特征疲劳前后值有所变化但不是很明显，在此不加以叙述[1]。

3.3 电路图

本实验电路采用51单片机开发板、脉搏传感器、负反馈放大电路及警示电路四部分共同组成的。首先由脉搏传感器测得脉搏信号，将信号传输到负反馈放大电路并将信号放大传入51单片机开发板的核心处理器，核心处理器将信号进行加工处理并存入存储器。CPU读取存储器的处理后的信号值，做出判断，输出信号到警示电路，实现亮灯警示。

3.4 设计思路

首先通过感测心电脉搏的变化来感测视觉疲劳，所以将感测视觉疲劳转换为感测新心电脉搏的变化，这组变化需要通过程序的判定才能决定是否视觉疲劳；

其次心电脉搏的信号是需要处理为计算机可识别的信号，通过向量机算法进行加工和处理；

再者实验电路图的设计，由传感器感应心电脉搏的变化，将心电脉搏的变化值通过向量机算法进行加工和处理，传给CPU进行通过程序进行判断并输出结果；

最后是产品模型的设计，介于越轻巧越便捷的物品才满足社会上的人群需求，所以一开始便想将整个感测判断的电路嵌入进手链里。

4 程序

4.1 语言优势

C++面向对象语言是应用广泛的计算机编程语言，是一种静态数据类型检查的、支持多重编程范式的通用程序设计语言。它支持过程化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、泛型程序设计等多种程序设计[2]。C++程序在性能上优势是不可否认的。对于一个程序来说，其算法性能提高了程序运行的速率。

4.2 算法思想

将测得的数据输入程序中，主要算法在于数据判断及结论百分比的输出，首先获得测得的变化值与设定的标准值的比值，然后看比值的范围是否在未达到视觉疲劳极限的范围内，如果在，则判断此子程序结论为0，若比值处于未疲劳之外，则此程序结论为1，依次获得各个子程序的结论后，进行二重判断，看结论中1占结论总数百分比，若大于50%则输出视觉疲劳的结论，反之，输出继续保持状态。

5 创新点

5.1 技术综合应用

本项目将计算机程序设计技术与现代生物医学技术相结合。该项目实践过程中，应用到了计算机技术、人工智能技术、嵌入式开发技术，是一个技术综合应用与动手实践能力并重的项目。

5.2 现实意义

本项目对视力问题提出了提醒与解决方案。旨在视力疲劳初期初期起到警示作用，提醒人们合理用眼，保护视力。人们健康用眼有了医学保障的同时，现代科学技术的融入使更多的人杜绝视觉疲劳时，及时休息眼睛，保持视力。

5.3 发展前景

本项目以既定具备智能感测视觉疲劳眼镜为的项目成果为基础，试图探究出综合应用现有先进的科学技术来解决人类健康用眼的问题，跟进现在社会科学用眼解决方案的制定与实施工作，这将极大促进人类关注应用科学技术构建人类疾病预防与解决方案。

6 结语

该项目基于智能感应测试视觉疲劳的实验理论，设计出可提醒人们正确用眼的眼镜。采用心电脉搏特征的视觉状态识别方法，对视觉疲劳后的ECG（心电图）和脉搏信号变动采用支持向量机法进行分类计算。在此基础上，采用C++智能化编程技术，实现适时提醒功能，运用嵌入式技术对于数据进行获取、分析、处理，连接控制电路，在判断为视觉疲劳时电路连通，警示灯亮，达到视疲劳极限进行提醒的最终目的。

参考文献

[1] 张爱华，赵治月，杨华.基于心电脉搏特征的视觉疲劳状态识别[J].计算机工程，2011（7）.

[2] 谭浩强.c++程序设计[M].清华大学出版社，2004：5.