專利名稱：困意預兆檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用通過頭部運動誘發(fā)的前庭眼球反射檢測車輛的駕駛員、設備的操作者等自我發(fā)覺困意之前的預兆的困意預兆檢測裝置。
背景技術：
作為防止車輛的駕駛員或機械的操作者的清醒度降低，即由困意造成事故的措施，有效的措施是以客觀能察覺的方式檢測清醒度。在過去，作為檢測車輛的駕駛員困意的困意檢測裝置，人們提出有以困意造成的腦波、眨眼、眼球運動等的生理信號為指標，檢測困意的類型。比如，在專利文獻1中，公開了一種困意檢測裝置，該裝置根據由清醒時的駕駛員固有眨眼的閉眼時間設定的眨眼評價時間，檢測閉眼時間長于評價時間的眨眼，根據規(guī)定時間中較長的眨眼相對眨眼總數(shù)的比例檢測困意。專利文獻1 日本特開平10-272960號公報

發(fā)明內容
在以客觀能察覺的方式檢測清醒度時，與提高暫時降低的清醒度的方式相比較， 下述作為事故防止措施是有效的。該措施根據捕獲清醒度的降低的預兆、進行適合的處置， 由此防止清醒度降低于未然。但是，在上述技術中，可進行降低的清醒度，即困意的檢測，但具有無法檢測清醒度降低的預兆的問題。另一方面，作為呈現(xiàn)困意的預兆檢測的可能性的方式，人們提出有著眼于車輛的駕駛者的瞳孔的波動的清醒度降低檢測方法。在被試驗者自我發(fā)覺困意時，瞳孔產生低頻較大的波動(Large Low Frequency Fluctuation =LLFF), 在自我發(fā)覺困意之前，由于產生單調的縮瞳(Gradual Miosis :GM)，故暗示了 LLFF表示自我發(fā)覺增強的困意的指標，GM表示自我發(fā)覺前的困意預兆的指標。但是，由于瞳孔的尺寸對應于外界的亮度變化或距注視點的距離而改變，故人們認為在夜間沒有對面車輛的直線道路上可有效地發(fā)揮作用，但在白天行使或夜間對面車輛多的駕駛狀況時，恐怕無法實現(xiàn)可靠性高的困意檢測。于是，本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)檢測車輛的駕駛員、機械的操作者等自我發(fā)覺困意之前的預兆的實用條件范圍廣的困意預兆檢測裝置。為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中，權利要求1所述的發(fā)明采用下述的技術方案，在困意預兆檢測裝置中，其包括檢測頭部運動的頭部運動檢測機構；檢測眼球運動的眼球運動檢測機構；理想眼球運動角速度計算機構，該機構根據由上述頭部運動檢測機構檢測的頭部運動數(shù)據，計算理想眼球運動角速度；眼球旋轉角速度計算機構，該機構根據由上述眼球運動檢測機構檢測的眼球運動數(shù)據，計算眼球旋轉角速度；困意預兆判斷機構，該機構根據上述理想眼球運動角速度和上述眼球旋轉角速度，檢測前庭眼球反射(VOR)，根據該前庭眼球反射判斷困意的預兆。作為由于車輛的駕駛員或機械的操作者的清醒度降低造成的事故的防止對策，重要的是以客觀能察覺的方式檢測清醒度。作為用于檢測人的困意的客觀指標，本申請人著
3眼于以與頭部運動基本相同的速度使眼球沿相反方向旋轉，獲得沒有晃動的視野用的反射性眼球運動的前庭眼球反射(Vestibulo-Ocular Reflex :V0R)，通過實驗而確認了其有效性。按照權利要求1所述的發(fā)明，可通過頭部運動檢測機構檢測頭部運動，通過眼球運動檢測機構檢測眼球運動，通過理想眼球運動角速度計算機構，根據由頭部運動檢測機構檢測的頭部運動數(shù)據，計算理想眼球運動角速度，通過眼球旋轉角速度計算機構，根據由眼球運動檢測機構檢測的眼球運動數(shù)據，計算眼球旋轉角速度，通過困意預兆判斷機構，根據理想眼球運動角速度和眼球旋轉角速度，檢測前庭眼球反射(VOR)，根據該前庭眼球反射，判斷車輛的駕駛員、機械的操作者等自我發(fā)覺困意之前的困意的預兆。由于前庭眼球反射難以受到周圍亮度等的外部環(huán)境影響，故可擴大實用條件范圍。另外，由于運算負荷小，故可進行實時的測定和判斷。權利要求2所述的發(fā)明采用下述的方案，權利要求1所述的困意預兆檢測裝置中， 上述困意預兆判斷機構，計算VOR增益和該VOR增益的減少率，該VOR增益是以作為上述理想眼球運動角速度的一次式的下述式來將上述眼球旋轉角速度近似時的G而定義的，在上述VOR增益的減少率超過預定閾值時，判定為困意的預兆，e (t) = Gh (t_ τ ) +dc+ ε (t)其中，e(t)表示眼球旋轉角速度，G表示VOR增益，h(t)表示理想眼球運動角速度， τ表示眼球運動相對頭部運動的滯后時間，dc表示常數(shù)項，ε (t)表示回歸模型的余差。由于VOR增益的減少從自我發(fā)覺困意之前產生，故作為表示困意的預兆的指標是有效的。如權利要求2所述的發(fā)明那樣，由于睡眠預兆判斷機構在重新被設定的VOR增益的減少率超過預定的閾值時，判定為困意的預兆，故可適用于困意預兆的判斷。權利要求3所述的發(fā)明采用下述的技術方案，權利要求1或2所述的困意預兆檢測裝置中，上述困意預兆判斷機構，計算近似余差和余差標準偏差，該近似余差是以作為上述理想眼球運動角速度的一次式的下述式來將上述眼球旋轉角速度近似時的ε (t)而定義的，在上述余差標準偏差增加率超過預定閾值時，判定為困意的預兆e(t) = Gh(t_ τ )+dc+ε ⑴其中，e(t)表示眼球旋轉角速度，G表示VOR增益，h(t)表示理想眼球運動角速度， τ表示眼球運動相對頭部運動的滯后時間，dc表示常數(shù)項，ε (t)表示回歸模型的余差。由于余差標準偏差的增加從自我發(fā)覺困意之前產生，故作為表示困意的預兆的指標是有效的。如權利要求3所述的發(fā)明那樣，由于睡眠預兆判斷機構在重新被設定的余差標準偏差的增加率超過預定閾值時，判定為困意的預兆，故可適用于困意預兆的判斷。特別是，如果并用權利要求2記載的發(fā)明，能夠提高睡眠預兆的判斷精度。權利要求4所述的發(fā)明采用下述的技術方案，在權利要求1 3中的任意一項所述的困意預兆檢測裝置中，該裝置為裝載于車輛上的困意預兆檢測裝置，在上述頭部運動檢測機構中，采用上述車輛所具有的加速度傳感器和陀螺傳感器的輸出，計算理想眼球運動角速度。如權利要求4所述的發(fā)明那樣，在將困意預兆檢測裝置裝載于車輛上時，作為頭部運動檢測機構，可采用車輛所具有的加速度傳感器和陀螺傳感器的輸出，計算理想眼球運動角速度。由此，可減少困意預兆檢測裝置的組成部件。


圖1為困意預兆檢測裝置的結構圖；圖2為表示困意預兆檢測方法的流程圖；圖3為模擬汽車運轉時的實驗系統(tǒng)的示意圖；圖4為表示試驗結果的說明圖，圖4(a)為將典型的被試驗者的清醒時(心算課題中)的理想眼球運動角速度和眼球旋轉角速度重疊而繪制的圖，圖4(b)為采用圖4(a) 的數(shù)據，以眼球旋轉角速度為縱軸，以理想眼球運動角速度為橫軸而繪制的圖，圖4(c)，圖 4(d)為被試驗者感到困意的區(qū)間的試驗結果，圖4(c)與圖4(a)相對應，圖4(d)與圖4(b) 相對應；圖5為將VOR增益和SDres與瞳孔徑變化進行比較的說明圖；圖6為表示VOR增益減少率AVOR(t)和SDres的增加率Δ SDres (t)與困意的預兆之間的關系的說明圖，圖6(a)為分別以6個實驗數(shù)據中的VOR增益減少率AVOR(t)和 SDres的增加率ASDreS(t)為縱軸、橫軸而繪制的圖，圖6 (b)為采用從心算課題結束后，到發(fā)覺困意的AVORa)與ASDresa)而繪制的圖。
具體實施例方式參照附圖，對本發(fā)明的困意預兆檢測裝置進行說明。圖1為困意預兆檢測裝置的結構圖。圖2為表示困意預兆檢測方法的流程圖。如圖1所示，困意預兆檢測裝置10包括檢測頭部運動的頭部運動檢測機構11 ；檢測眼球運動的眼球運動檢測機構12 ；根據由頭部運動檢測機構11檢測的頭部運動數(shù)據，計算理想眼球運動角速度的理想眼球運動角速度計算機構13 ；根據由眼球運動檢測機構12 檢測的眼球運動數(shù)據，計算眼球旋轉角速度的眼球旋轉角速度計算機構14 ；根據理想眼球運動角速度和眼球旋轉角速度，檢測前庭眼球反射(VOR)，根據該前庭眼球反射，判斷困意的預兆的困意預兆判斷機構15。頭部運動檢測機構11，檢測在頭部產生的直線加速度和旋轉角速度，可采用檢測直線加速度的3軸加速度傳感器和旋轉角速度的陀螺儀。比如，在搭載于汽車等的車輛上時，按照可檢測駕駛員的行進方向、上下方向、左右方向的直線加速度；駕駛員的左右搖擺、 上下?lián)u擺、偏轉的各方向的旋轉角速度的方式構成。由此，分別檢測頭部運動，將加速度數(shù)據和旋轉角速度數(shù)據發(fā)送給理想眼球運動角速度計算機構13。眼球運動檢測機構12對眼球圖像進行拍攝，比如，可最好采用CXD照相機等的數(shù)字攝影裝置。困意預兆檢測裝置10。比如，搭載于汽車等的車輛上時，可設置于儀表面板附近等的容易拍攝駕駛員的眼球圖像的部位。理想眼球運動角速度計算機構13與頭部運動檢測機構11連接，根據由頭部運動檢測機構11檢測的頭部運動數(shù)據，計算用于對頭部運動進行補償?shù)淖鳛槔硐胙矍蜻\動角速度的理想眼球運動角速度。理想眼球運動角速度計算機構13可采用比如運算處理用的個人計算機(PC)。眼球旋轉角速度計算機構14與眼球運動檢測機構12連接，根據由眼球運動檢測機構12檢測的眼球運動數(shù)據，計算眼球旋轉角速度。眼球旋轉角速度計算機構14可比如與理想眼球運動角速度計算機構13相同，采用運算處理用的個人計算機(PC)。
困意預兆判斷機構15與理想眼球運動角速度計算機構13和眼球旋轉角速度計算機構14連接，根據理想眼球角速度和眼球旋轉角速度，作為與前庭眼球反射 (Vestibulo-Ocular Reflex :V0R)相關的參數(shù)，計算后述的VOR增益G和余差標準偏差 SDres，根據至少一者的參數(shù)，判斷困意的預兆。困意預兆判斷機構15比如，可與理想眼球運動角速度計算機構13和眼球旋轉角速度計算機構14相同，采用運算處理用的個人計算機(PC)。理想眼球運動角速度計算機構13、眼球旋轉角速度計算機構14和困意預兆判斷機構15可作為同一運算處理用的個人計算機而構成。另外，在困意預兆檢測裝置10搭載于比如汽車等的車輛上時，也可將引擎控制組件(EOT)兼用作運算處理用的個人計算機。由此，可減少困意預兆檢測裝置10的組成部件。下面對困意預兆檢測方法進行說明。首先，如圖2所示，在步驟S 1，通過頭部運動檢測機構11檢測在頭部產生的直線加速度和旋轉角速度。在這里，在搭載于汽車等的車輛上時，分別檢測駕駛員的行進方向、上下方向、左右方向的直線加速度；駕駛員的左右搖擺、上下?lián)u擺、偏轉的各方向的旋轉角速度，將直線加速度數(shù)據和旋轉角速度數(shù)據發(fā)送給理想眼球運動角速度計算機構13。在這里，采用上下方向的直線加速度數(shù)據和上下?lián)u擺方向的旋轉角速度，也可采用其它的成分。接著，在步驟S2，通過理想眼球運動角速度計算機構13，根據在步驟S 1檢測的頭部運動，計算理想眼球運動角速度，將理想眼球運動角速度數(shù)據發(fā)送給困意預兆判斷機構 15。在步驟S3，通過眼球運動檢測機構12，對眼球運動進行拍攝，測定瞳孔中心坐標的移動量，將駕駛員的左右搖擺、上下?lián)u擺、偏轉的各方向的眼球運動數(shù)據發(fā)送給眼球旋轉角速度計算機構14。在步驟S4，通過眼球旋轉角速度計算機構14，根據在步驟S3拍攝的眼球運動數(shù)據，計算眼球旋轉角速度，將眼球旋轉角速度發(fā)送給困意預兆判斷機構15。在步驟S5，通過困意預兆判斷機構15，根據理想眼球運動角速度數(shù)據和眼球旋轉角速度數(shù)據，作為與前庭眼球反射相關的參數(shù)，計算在下面給出VOR增益G和余差標準偏差 SDres0在這里，前庭眼球反射(VOR)是指相對頭部運動，以基本相同的速度，沿逆向使眼球旋轉，用于獲得沒有晃動的視野的反射性眼球運動。VOR增益，作為目標函數(shù)為眼球旋轉角速度e(t)，說明函數(shù)為理想眼球運動角速度h(t)和常數(shù)項dc的回歸模型的系數(shù)G，通過推算最小平方而求出。在這里，ε (t)表示回歸模型的余差，τ表示眼球運動相對理想眼球運動的延遲時間。在這里，VOR增益可針對駕駛員的行進方向、上下方向、左右方向中的至少一個方向而計算。(數(shù)學公式1)e (t) = Gh (t_ τ ) +dc+ ε (t)余差標準偏差SDres通過下述式而計算。在這里，N表示所測定的數(shù)據的個數(shù)。(數(shù)學公式2)
權利要求
1.一種困意預兆檢測裝置，其特征在于，包括檢測頭部運動的頭部運動檢測機構；檢測眼球運動的眼球運動檢測機構；理想眼球運動角速度計算機構，該機構根據由上述頭部運動檢測機構檢測的頭部運動數(shù)據，計算理想眼球運動角速度；眼球旋轉角速度計算機構，該機構根據由上述眼球運動檢測機構檢測的眼球運動數(shù)據，計算眼球旋轉角速度；困意預兆檢測機構，該機構根據上述理想眼球運動角速度和上述眼球旋轉角速度檢測前庭眼球反射(VOR)，根據該前庭眼球反射判斷困意的預兆。
2.根據權利要求1所述的困意預兆檢測裝置，其特征在于上述困意預兆判斷機構計算VOR增益和該VOR增益的減少率，該VOR增益是以作為上述理想眼球運動角速度的一次式的下述式來將上述眼球旋轉角速度近似時的G而定義的，在上述VOR增益的減少率超過預定的閾值時，判定為困意的預兆e(t) = Gh (t- τ )+dc+ ε (t)其中，e(t)表示眼球旋轉角速度，G表示VOR增益，h(t)表示理想眼球運動角速度，τ 表示眼球運動相對頭部運動的滯后時間，dc表示常數(shù)項，ε (t)表示回歸模型的余差。
3.根據權利要求1或2所述的困意預兆檢測裝置，其特征在于上述困意預兆判斷機構計算近似余差和余差標準偏差，該近似余差是以作為上述理想眼球運動角速度的一次式的下述式來將上述眼球旋轉角速度近似時的ε (t)而定義的，在上述余差標準偏差的增加率超過預定的閾值時，判定為困意的預兆e(t) = Gh (t- τ )+dc+ ε (t)其中，e(t)表示眼球旋轉角速度，G表示VOR增益，h(t)表示理想眼球運動角速度，τ 表示眼球運動相對頭部運動的滯后時間，dc表示常數(shù)項，ε (t)表示回歸模型的余差。
4.根據權利要求1 3中的任意一項所述的困意預兆檢測裝置，其特征在于其為裝載于車輛上的困意預兆檢測裝置，在上述頭部運動檢測機構中，采用上述車輛所具有的加速度傳感器和陀螺傳感器的輸出，計算理想眼球運動角速度。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于實現(xiàn)實用條件范圍廣的困意預兆檢測裝置，用來檢測車輛的駕駛員、機械的操作者等自己發(fā)覺困意之前的預兆。根據困意預兆檢測裝置(10)，可通過頭部運動檢測機構(11)檢測頭部運動，通過眼球運動檢測機構(12)檢測眼球運動，通過理想眼球運動角速度計算機構(13)，根據由頭部運動檢測機構(11)檢測的頭部運動數(shù)據計算理想眼球運動角速度，通過眼球旋轉角速度計算機構(14)，根據由眼球運動檢測機構(12)檢測的眼球運動數(shù)據計算眼球旋轉角速度，通過困意預兆判斷機構(15)，根據理想眼球運動角速度和眼球旋轉角速度檢測前庭眼球反射，根據該前庭眼球反射判斷車輛的駕駛員、機械的操作者等自己發(fā)覺困意之前的困意的預兆。
文檔編號A61B5/16GK102159136SQ200980136778
公開日2011年8月17日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權日2008年9月18日
發(fā)明者平田豐 申請人:學校法人中部大學