智能感測視疲勞極限

劉麗彩　陳勇　閆超

摘 要：為實現提醒人們正確用眼、保護視力的新型眼鏡功能，提出了基于智能感應測試視覺疲勞的實驗理論。采用心電脈搏特征的視覺狀態識別方法，對視覺疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號變動采用支持向量機法進行分類計算。在此基礎上，采用C++智能化編程技術，實現適時提醒功能，運用嵌入式技術寫入芯片，連接控制電路，達到視疲勞極限進行感測和提醒的最終目的。

關鍵詞：心電脈搏 智能感應 嵌入芯片 控制電路

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0215-02

1 背景

智能眼鏡的發展最迅速的是美國，資料顯示美國越來越多的人使用的Google眼鏡，其已實現錄制視頻、發送信息、衛星定位等功能，其先進技術限制于美國。這些理念打破了傳統眼鏡使用觀念，體現了現代技術的實用性，同時，人類希望利用眼鏡改變中國青少年視力減弱低齡化的趨勢，同時技術上與國際接軌，使得高科技進一步造福人類的健康。

2 國內外現狀

計算機技術與傳感技術的發展和應用給醫療診斷帶來了積極影響。尤其是疾病預防、診斷、治療等健康問題備受關注的今天，遠程醫療和專家診斷系統已得到充分的運用，這不僅有力地證明了計算機技術與傳感技術綜合應用在協助健康問題的解決上巨大潛力，還將加速人類提升生命質量的進程。

可穿戴智能設備作為計算機技術和傳感技術的初級結合產品系列，逐步呈現發展快速、應用普及、方向集中等特點。當下蘋果公司的iWatch、BrainLink意念頭箍、Google公司的GoogleProjectGlass等無不體現出計算機技術與傳感技術的結合帶給人類的精彩體驗和享受。

Google 公司于2012年4月發布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現實的眼鏡，它吸引了各界人士的廣泛關注和媒體的報道。作為上位概念的可穿戴設備，自20世紀60年代出現了可穿戴技術，這個階段以美國麻省理工學院媒體實驗室提出的創新技術為代表，利用該技術把多媒體、傳感器和無線通信等技術嵌入人們的衣著，可支持手勢和眼動操作等多種交互方式。1960年代起，可穿戴式設備逐漸興起。1977年，Smith-Kettlewell 研究所視覺科學院的C.C. Colin 為盲人做了一款背心，廣義上講，這可以算是世界上第一款可穿戴健康設備。

自此后，健康領域被認為是可穿戴設備應該優先發展、最優前途的領域，本質是改善人體健康。可穿戴健康設備是指針對城市人群各種常見病。例如：隨時隨地給頸椎做個放松按摩，甚至直接干預腦電波助人睡眠。

3 研究過程

3.1 收集數據

當今社會充滿智能的“蹤跡”，為廣大群眾提供了許多便捷。跟據Google眼鏡最新動態，谷歌眼鏡可實現搜索、拍照、錄制、發送短信及獲取地理位置功能。本項目中的智能化設備通過感應身體心電脈搏特征變化，測量ECG及脈搏信號變動，查閱支持向量機法分類，尋找出特征間的函數關系，設計程序。

3.2 影響因素及算法

由表1可知，與疲勞前相比，h1、h2值分別出現不同程度下降。AT值大幅度上升。上升率在1.38%～274%之間，平均上升39.19%。h1在視覺疲勞后，h1平均下降46.12%，h2下降變化率在24.0%～86.5%之間，平均下降42.0%。心電脈搏的其他特征疲勞前后值有所變化但不是很明顯，在此不加以敘述[1]。

3.3 電路圖

本實驗電路采用51單片機開發板、脈搏傳感器、負反饋放大電路及警示電路四部分共同組成的。首先由脈搏傳感器測得脈搏信號，將信號傳輸到負反饋放大電路并將信號放大傳入51單片機開發板的核心處理器，核心處理器將信號進行加工處理并存入存儲器。CPU讀取存儲器的處理后的信號值，做出判斷，輸出信號到警示電路，實現亮燈警示。

3.4 設計思路

首先通過感測心電脈搏的變化來感測視覺疲勞，所以將感測視覺疲勞轉換為感測新心電脈搏的變化，這組變化需要通過程序的判定才能決定是否視覺疲勞；

其次心電脈搏的信號是需要處理為計算機可識別的信號，通過向量機算法進行加工和處理；

再者實驗電路圖的設計，由傳感器感應心電脈搏的變化，將心電脈搏的變化值通過向量機算法進行加工和處理，傳給CPU進行通過程序進行判斷并輸出結果；

最后是產品模型的設計，介于越輕巧越便捷的物品才滿足社會上的人群需求，所以一開始便想將整個感測判斷的電路嵌入進手鏈里。

4 程序

4.1 語言優勢

C++面向對象語言是應用廣泛的計算機編程語言，是一種靜態數據類型檢查的、支持多重編程范式的通用程序設計語言。它支持過程化程序設計、數據抽象、面向對象程序設計、泛型程序設計等多種程序設計[2]。C++程序在性能上優勢是不可否認的。對于一個程序來說，其算法性能提高了程序運行的速率。

4.2 算法思想

將測得的數據輸入程序中，主要算法在于數據判斷及結論百分比的輸出，首先獲得測得的變化值與設定的標準值的比值，然后看比值的范圍是否在未達到視覺疲勞極限的范圍內，如果在，則判斷此子程序結論為0，若比值處于未疲勞之外，則此程序結論為1，依次獲得各個子程序的結論后，進行二重判斷，看結論中1占結論總數百分比，若大于50%則輸出視覺疲勞的結論，反之，輸出繼續保持狀態。

5 創新點

5.1 技術綜合應用

本項目將計算機程序設計技術與現代生物醫學技術相結合。該項目實踐過程中，應用到了計算機技術、人工智能技術、嵌入式開發技術，是一個技術綜合應用與動手實踐能力并重的項目。

5.2 現實意義

本項目對視力問題提出了提醒與解決方案。旨在視力疲勞初期初期起到警示作用，提醒人們合理用眼，保護視力。人們健康用眼有了醫學保障的同時，現代科學技術的融入使更多的人杜絕視覺疲勞時，及時休息眼睛，保持視力。

5.3 發展前景

本項目以既定具備智能感測視覺疲勞眼鏡為的項目成果為基礎，試圖探究出綜合應用現有先進的科學技術來解決人類健康用眼的問題，跟進現在社會科學用眼解決方案的制定與實施工作，這將極大促進人類關注應用科學技術構建人類疾病預防與解決方案。

6 結語

該項目基于智能感應測試視覺疲勞的實驗理論，設計出可提醒人們正確用眼的眼鏡。采用心電脈搏特征的視覺狀態識別方法，對視覺疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號變動采用支持向量機法進行分類計算。在此基礎上，采用C++智能化編程技術，實現適時提醒功能，運用嵌入式技術對于數據進行獲取、分析、處理，連接控制電路，在判斷為視覺疲勞時電路連通，警示燈亮，達到視疲勞極限進行提醒的最終目的。

參考文獻

[1] 張愛華，趙治月，楊華.基于心電脈搏特征的視覺疲勞狀態識別[J].計算機工程，2011（7）.

[2] 譚浩強.c++程序設計[M].清華大學出版社，2004：5.endprint

摘 要：為實現提醒人們正確用眼、保護視力的新型眼鏡功能，提出了基于智能感應測試視覺疲勞的實驗理論。采用心電脈搏特征的視覺狀態識別方法，對視覺疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號變動采用支持向量機法進行分類計算。在此基礎上，采用C++智能化編程技術，實現適時提醒功能，運用嵌入式技術寫入芯片，連接控制電路，達到視疲勞極限進行感測和提醒的最終目的。

關鍵詞：心電脈搏 智能感應 嵌入芯片 控制電路

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0215-02

1 背景

智能眼鏡的發展最迅速的是美國，資料顯示美國越來越多的人使用的Google眼鏡，其已實現錄制視頻、發送信息、衛星定位等功能，其先進技術限制于美國。這些理念打破了傳統眼鏡使用觀念，體現了現代技術的實用性，同時，人類希望利用眼鏡改變中國青少年視力減弱低齡化的趨勢，同時技術上與國際接軌，使得高科技進一步造福人類的健康。

2 國內外現狀

計算機技術與傳感技術的發展和應用給醫療診斷帶來了積極影響。尤其是疾病預防、診斷、治療等健康問題備受關注的今天，遠程醫療和專家診斷系統已得到充分的運用，這不僅有力地證明了計算機技術與傳感技術綜合應用在協助健康問題的解決上巨大潛力，還將加速人類提升生命質量的進程。

可穿戴智能設備作為計算機技術和傳感技術的初級結合產品系列，逐步呈現發展快速、應用普及、方向集中等特點。當下蘋果公司的iWatch、BrainLink意念頭箍、Google公司的GoogleProjectGlass等無不體現出計算機技術與傳感技術的結合帶給人類的精彩體驗和享受。

Google 公司于2012年4月發布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現實的眼鏡，它吸引了各界人士的廣泛關注和媒體的報道。作為上位概念的可穿戴設備，自20世紀60年代出現了可穿戴技術，這個階段以美國麻省理工學院媒體實驗室提出的創新技術為代表，利用該技術把多媒體、傳感器和無線通信等技術嵌入人們的衣著，可支持手勢和眼動操作等多種交互方式。1960年代起，可穿戴式設備逐漸興起。1977年，Smith-Kettlewell 研究所視覺科學院的C.C. Colin 為盲人做了一款背心，廣義上講，這可以算是世界上第一款可穿戴健康設備。

自此后，健康領域被認為是可穿戴設備應該優先發展、最優前途的領域，本質是改善人體健康。可穿戴健康設備是指針對城市人群各種常見病。例如：隨時隨地給頸椎做個放松按摩，甚至直接干預腦電波助人睡眠。

3 研究過程

3.1 收集數據

當今社會充滿智能的“蹤跡”，為廣大群眾提供了許多便捷。跟據Google眼鏡最新動態，谷歌眼鏡可實現搜索、拍照、錄制、發送短信及獲取地理位置功能。本項目中的智能化設備通過感應身體心電脈搏特征變化，測量ECG及脈搏信號變動，查閱支持向量機法分類，尋找出特征間的函數關系，設計程序。

3.2 影響因素及算法

由表1可知，與疲勞前相比，h1、h2值分別出現不同程度下降。AT值大幅度上升。上升率在1.38%～274%之間，平均上升39.19%。h1在視覺疲勞后，h1平均下降46.12%，h2下降變化率在24.0%～86.5%之間，平均下降42.0%。心電脈搏的其他特征疲勞前后值有所變化但不是很明顯，在此不加以敘述[1]。

3.3 電路圖

本實驗電路采用51單片機開發板、脈搏傳感器、負反饋放大電路及警示電路四部分共同組成的。首先由脈搏傳感器測得脈搏信號，將信號傳輸到負反饋放大電路并將信號放大傳入51單片機開發板的核心處理器，核心處理器將信號進行加工處理并存入存儲器。CPU讀取存儲器的處理后的信號值，做出判斷，輸出信號到警示電路，實現亮燈警示。

3.4 設計思路

首先通過感測心電脈搏的變化來感測視覺疲勞，所以將感測視覺疲勞轉換為感測新心電脈搏的變化，這組變化需要通過程序的判定才能決定是否視覺疲勞；

其次心電脈搏的信號是需要處理為計算機可識別的信號，通過向量機算法進行加工和處理；

再者實驗電路圖的設計，由傳感器感應心電脈搏的變化，將心電脈搏的變化值通過向量機算法進行加工和處理，傳給CPU進行通過程序進行判斷并輸出結果；

最后是產品模型的設計，介于越輕巧越便捷的物品才滿足社會上的人群需求，所以一開始便想將整個感測判斷的電路嵌入進手鏈里。

4 程序

4.1 語言優勢

C++面向對象語言是應用廣泛的計算機編程語言，是一種靜態數據類型檢查的、支持多重編程范式的通用程序設計語言。它支持過程化程序設計、數據抽象、面向對象程序設計、泛型程序設計等多種程序設計[2]。C++程序在性能上優勢是不可否認的。對于一個程序來說，其算法性能提高了程序運行的速率。

4.2 算法思想

將測得的數據輸入程序中，主要算法在于數據判斷及結論百分比的輸出，首先獲得測得的變化值與設定的標準值的比值，然后看比值的范圍是否在未達到視覺疲勞極限的范圍內，如果在，則判斷此子程序結論為0，若比值處于未疲勞之外，則此程序結論為1，依次獲得各個子程序的結論后，進行二重判斷，看結論中1占結論總數百分比，若大于50%則輸出視覺疲勞的結論，反之，輸出繼續保持狀態。

5 創新點

5.1 技術綜合應用

本項目將計算機程序設計技術與現代生物醫學技術相結合。該項目實踐過程中，應用到了計算機技術、人工智能技術、嵌入式開發技術，是一個技術綜合應用與動手實踐能力并重的項目。

5.2 現實意義

本項目對視力問題提出了提醒與解決方案。旨在視力疲勞初期初期起到警示作用，提醒人們合理用眼，保護視力。人們健康用眼有了醫學保障的同時，現代科學技術的融入使更多的人杜絕視覺疲勞時，及時休息眼睛，保持視力。

5.3 發展前景

本項目以既定具備智能感測視覺疲勞眼鏡為的項目成果為基礎，試圖探究出綜合應用現有先進的科學技術來解決人類健康用眼的問題，跟進現在社會科學用眼解決方案的制定與實施工作，這將極大促進人類關注應用科學技術構建人類疾病預防與解決方案。

6 結語

該項目基于智能感應測試視覺疲勞的實驗理論，設計出可提醒人們正確用眼的眼鏡。采用心電脈搏特征的視覺狀態識別方法，對視覺疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號變動采用支持向量機法進行分類計算。在此基礎上，采用C++智能化編程技術，實現適時提醒功能，運用嵌入式技術對于數據進行獲取、分析、處理，連接控制電路，在判斷為視覺疲勞時電路連通，警示燈亮，達到視疲勞極限進行提醒的最終目的。

參考文獻

[1] 張愛華，趙治月，楊華.基于心電脈搏特征的視覺疲勞狀態識別[J].計算機工程，2011（7）.

[2] 譚浩強.c++程序設計[M].清華大學出版社，2004：5.endprint

摘 要：為實現提醒人們正確用眼、保護視力的新型眼鏡功能，提出了基于智能感應測試視覺疲勞的實驗理論。采用心電脈搏特征的視覺狀態識別方法，對視覺疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號變動采用支持向量機法進行分類計算。在此基礎上，采用C++智能化編程技術，實現適時提醒功能，運用嵌入式技術寫入芯片，連接控制電路，達到視疲勞極限進行感測和提醒的最終目的。

關鍵詞：心電脈搏 智能感應 嵌入芯片 控制電路

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0215-02

1 背景

智能眼鏡的發展最迅速的是美國，資料顯示美國越來越多的人使用的Google眼鏡，其已實現錄制視頻、發送信息、衛星定位等功能，其先進技術限制于美國。這些理念打破了傳統眼鏡使用觀念，體現了現代技術的實用性，同時，人類希望利用眼鏡改變中國青少年視力減弱低齡化的趨勢，同時技術上與國際接軌，使得高科技進一步造福人類的健康。

2 國內外現狀

計算機技術與傳感技術的發展和應用給醫療診斷帶來了積極影響。尤其是疾病預防、診斷、治療等健康問題備受關注的今天，遠程醫療和專家診斷系統已得到充分的運用，這不僅有力地證明了計算機技術與傳感技術綜合應用在協助健康問題的解決上巨大潛力，還將加速人類提升生命質量的進程。

可穿戴智能設備作為計算機技術和傳感技術的初級結合產品系列，逐步呈現發展快速、應用普及、方向集中等特點。當下蘋果公司的iWatch、BrainLink意念頭箍、Google公司的GoogleProjectGlass等無不體現出計算機技術與傳感技術的結合帶給人類的精彩體驗和享受。

Google 公司于2012年4月發布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現實的眼鏡，它吸引了各界人士的廣泛關注和媒體的報道。作為上位概念的可穿戴設備，自20世紀60年代出現了可穿戴技術，這個階段以美國麻省理工學院媒體實驗室提出的創新技術為代表，利用該技術把多媒體、傳感器和無線通信等技術嵌入人們的衣著，可支持手勢和眼動操作等多種交互方式。1960年代起，可穿戴式設備逐漸興起。1977年，Smith-Kettlewell 研究所視覺科學院的C.C. Colin 為盲人做了一款背心，廣義上講，這可以算是世界上第一款可穿戴健康設備。

自此后，健康領域被認為是可穿戴設備應該優先發展、最優前途的領域，本質是改善人體健康。可穿戴健康設備是指針對城市人群各種常見病。例如：隨時隨地給頸椎做個放松按摩，甚至直接干預腦電波助人睡眠。

3 研究過程

3.1 收集數據

當今社會充滿智能的“蹤跡”，為廣大群眾提供了許多便捷。跟據Google眼鏡最新動態，谷歌眼鏡可實現搜索、拍照、錄制、發送短信及獲取地理位置功能。本項目中的智能化設備通過感應身體心電脈搏特征變化，測量ECG及脈搏信號變動，查閱支持向量機法分類，尋找出特征間的函數關系，設計程序。

3.2 影響因素及算法

由表1可知，與疲勞前相比，h1、h2值分別出現不同程度下降。AT值大幅度上升。上升率在1.38%～274%之間，平均上升39.19%。h1在視覺疲勞后，h1平均下降46.12%，h2下降變化率在24.0%～86.5%之間，平均下降42.0%。心電脈搏的其他特征疲勞前后值有所變化但不是很明顯，在此不加以敘述[1]。

3.3 電路圖

本實驗電路采用51單片機開發板、脈搏傳感器、負反饋放大電路及警示電路四部分共同組成的。首先由脈搏傳感器測得脈搏信號，將信號傳輸到負反饋放大電路并將信號放大傳入51單片機開發板的核心處理器，核心處理器將信號進行加工處理并存入存儲器。CPU讀取存儲器的處理后的信號值，做出判斷，輸出信號到警示電路，實現亮燈警示。

3.4 設計思路

首先通過感測心電脈搏的變化來感測視覺疲勞，所以將感測視覺疲勞轉換為感測新心電脈搏的變化，這組變化需要通過程序的判定才能決定是否視覺疲勞；

其次心電脈搏的信號是需要處理為計算機可識別的信號，通過向量機算法進行加工和處理；

再者實驗電路圖的設計，由傳感器感應心電脈搏的變化，將心電脈搏的變化值通過向量機算法進行加工和處理，傳給CPU進行通過程序進行判斷并輸出結果；

最后是產品模型的設計，介于越輕巧越便捷的物品才滿足社會上的人群需求，所以一開始便想將整個感測判斷的電路嵌入進手鏈里。

4 程序

4.1 語言優勢

C++面向對象語言是應用廣泛的計算機編程語言，是一種靜態數據類型檢查的、支持多重編程范式的通用程序設計語言。它支持過程化程序設計、數據抽象、面向對象程序設計、泛型程序設計等多種程序設計[2]。C++程序在性能上優勢是不可否認的。對于一個程序來說，其算法性能提高了程序運行的速率。

4.2 算法思想

將測得的數據輸入程序中，主要算法在于數據判斷及結論百分比的輸出，首先獲得測得的變化值與設定的標準值的比值，然后看比值的范圍是否在未達到視覺疲勞極限的范圍內，如果在，則判斷此子程序結論為0，若比值處于未疲勞之外，則此程序結論為1，依次獲得各個子程序的結論后，進行二重判斷，看結論中1占結論總數百分比，若大于50%則輸出視覺疲勞的結論，反之，輸出繼續保持狀態。

5 創新點

5.1 技術綜合應用

本項目將計算機程序設計技術與現代生物醫學技術相結合。該項目實踐過程中，應用到了計算機技術、人工智能技術、嵌入式開發技術，是一個技術綜合應用與動手實踐能力并重的項目。

5.2 現實意義

本項目對視力問題提出了提醒與解決方案。旨在視力疲勞初期初期起到警示作用，提醒人們合理用眼，保護視力。人們健康用眼有了醫學保障的同時，現代科學技術的融入使更多的人杜絕視覺疲勞時，及時休息眼睛，保持視力。

5.3 發展前景

本項目以既定具備智能感測視覺疲勞眼鏡為的項目成果為基礎，試圖探究出綜合應用現有先進的科學技術來解決人類健康用眼的問題，跟進現在社會科學用眼解決方案的制定與實施工作，這將極大促進人類關注應用科學技術構建人類疾病預防與解決方案。

6 結語

該項目基于智能感應測試視覺疲勞的實驗理論，設計出可提醒人們正確用眼的眼鏡。采用心電脈搏特征的視覺狀態識別方法，對視覺疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號變動采用支持向量機法進行分類計算。在此基礎上，采用C++智能化編程技術，實現適時提醒功能，運用嵌入式技術對于數據進行獲取、分析、處理，連接控制電路，在判斷為視覺疲勞時電路連通，警示燈亮，達到視疲勞極限進行提醒的最終目的。

參考文獻

[1] 張愛華，趙治月，楊華.基于心電脈搏特征的視覺疲勞狀態識別[J].計算機工程，2011（7）.

[2] 譚浩強.c++程序設計[M].清華大學出版社，2004：5.endprint