發(fā)明背景

美國專利7071831、7616125和7791491涉及用于預(yù)測潛在致命的睡意的發(fā)作的方法和算法。在實踐中，所述方法使用安裝了IR傳感器的眼鏡來感測眼睛和眼皮運動并且測量這些運動的幅度和速度以供算法中的處理之用，所述算法提供適用于睡意等級的測量值。其他傳感器系統(tǒng)諸如相機可用于收集這種數(shù)據(jù)，但是當(dāng)它們的采樣率較低時不會被使用?；谙鄼C的系統(tǒng)的吸引力在于不需要佩戴眼鏡就可收集數(shù)據(jù)，并且因此是較少打擾的。

美國專利7043056涉及一種判斷頭部姿勢測量的基于相機的方法。美國專利7460693涉及一種在包括眼睛位置的輸入圖像內(nèi)定位面部的基于相機的方法。美國專利7653213涉及一種面部跟蹤系統(tǒng)，其利用卡爾曼濾波器并且推導(dǎo)雅可比行列式。美國專利8165347涉及一種面部跟蹤系統(tǒng)，其包括判斷是否正戴著眼鏡。

存在許多關(guān)于眼睛跟蹤方法的專利。這些專利中的一些用于預(yù)期作為計算機或移動電話系統(tǒng)的一部分的屏幕用戶需求。其他專利涉及虹膜檢查式識別，并且一個實例是美國專利8064647。

一些專利更集中于分析眼睛運動，諸如用于在無相機校準(zhǔn)情況下進行眼睛跟蹤的美國專利7809160。

已經(jīng)提出了基于相機的系統(tǒng)來檢測睡意，但是它們在大多數(shù)情況下提供可靠的早期預(yù)測的能力是有問題的。

本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)眼睛運動數(shù)據(jù)的其他傳感器輸入的方法和設(shè)備。

發(fā)明簡述

為此，本發(fā)明提供了一種判斷睡意的方法，其包括以下步驟：

接收在大于20Hz但小于250Hz的采樣率下收集的眼睛運動數(shù)據(jù)；

對數(shù)據(jù)進行插值以在大約250Hz的采樣率下提供數(shù)據(jù)集；

針對每個數(shù)據(jù)點，推導(dǎo)出眼睛運動的幅度值和速度值，以及測量值是否與眼皮張開或閉合相關(guān)；

使用算法來獲得眼皮張開和閉合的幅度與速度的比率的值；以及將這些值用于算法中以用于提供對睡意的測量。

本發(fā)明針對意想不到的發(fā)現(xiàn)作出預(yù)測：低采樣率可以提供充足的數(shù)據(jù)來用于美國專利7071831、7616125和779149的方法中。那些專利的系統(tǒng)使用500Hz的采樣率來采集眼皮運動的幅度測量值。在本發(fā)明中，各種類型的傳感器裝置的采樣率可以是50Hz、100Hz、200Hz。優(yōu)選地，眼睛運動數(shù)據(jù)源的采樣率的上限為200Hz。

本發(fā)明的替代實施方案避免了對調(diào)節(jié)眼睛運動數(shù)據(jù)源(諸如從攝像機獲得的眼睛運動數(shù)據(jù)源)的采樣率的需求?？烧{(diào)節(jié)對JDS算法中使用的眼睛運動幅度、速度和持續(xù)時間的核對和計算方法的修改以說明低采樣率。

因此，在另一個實施方案中，本發(fā)明提供了一種判斷睡意的方法，其包括以下步驟

接收在大于20Hz但小于250Hz的采樣率下收集的眼睛運動數(shù)據(jù)

核對和計算眼睛運動幅度、速度和持續(xù)時間；

針對每個數(shù)據(jù)點，推導(dǎo)出眼睛運動的幅度值和速度值以及測量值是否與眼皮張開或閉合相關(guān)；

使用算法來獲得眼皮張開和閉合的幅度與速度的比率的值；以及

將這些值用于算法中以用于提供對睡意的測量。

在John睡意量表(JDS)中，將眼皮張開和閉合的幅度與速度的比率用作睡意發(fā)作的主要量度。在眨眼過程中，閉合階段和張開階段兩者的幅度與最大速度的比率(AVR)隨睡意增加并且可用于預(yù)測警覺性的喪失。對于相同的幅度，眼皮閉合和再次張開的AVR是不同的。一般來講，眼皮閉合比它們再次張開更快并且兩個速度僅適度相關(guān)。睡眠剝奪、限制或其他原因的睡意都會使閉合和再次張開兩者的AVR增加。

因此，這些運動的持續(xù)時間隨睡意增加。已發(fā)現(xiàn)，張開和閉合速度與它們對應(yīng)的幅度的比率是睡意的主要指標(biāo)。張開和閉合運動的幅度相對于這些運動的最大速度的比率(AVR)具有時間尺度，并且對于警覺受試者而言相對恒定，但隨睡意逐漸增加，并且不需要校準(zhǔn)。

出于比較目的計算的值需要在預(yù)定的時間段內(nèi)核對并且以適當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)。這些計算優(yōu)先地表達(dá)為平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、百分率或計數(shù)。測量的眼皮參數(shù)和選擇用于計算的值可通過進行試驗來判斷，并且可以是任何合適的參數(shù)組合。優(yōu)選地，在預(yù)定時間間隔內(nèi)，針對每次檢測的運動，計算速度與幅度的比率并且然后表達(dá)為平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。也可核對其他參數(shù)諸如張開、閉合(closure)和閉合(closing)的持續(xù)時間，并且所述其他參數(shù)被包括在最終計算值中。眼睛運動諸如快速掃視可用作另外的參數(shù)，如果它們可從數(shù)據(jù)源獲得的話。優(yōu)選地對各種參數(shù)進行加權(quán)從而達(dá)到最終計算。這個最終計算成為睡意指數(shù)，其中低值指示警覺狀態(tài)并且高值指示睡意級別增加。

可使用包括視頻或數(shù)字相機技術(shù)的任何合適的技術(shù)或傳感器來監(jiān)測眼皮和眼睛運動以識別和測量適當(dāng)?shù)难劬\動。

發(fā)明詳述

現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其中：

圖1A是從視頻推導(dǎo)的顯示了30秒的眨眼時段的良好質(zhì)量的眼皮孔數(shù)據(jù)信號；

圖1B是從視頻推導(dǎo)的顯示了眨眼之間24秒的噪聲時段的噪聲眼皮孔數(shù)據(jù)信號；

圖2示出了從120分鐘內(nèi)的基于視頻的信號推導(dǎo)的Johns睡意評分的曲線圖；

圖3示出了500Hz對50Hz的JDS評分；50Hz反映了JDS對低采樣率的適用性；

圖4示出了50Hz信號對原始500Hz信號的最小誤差。

使用第三方程序獲得使用基于相機的系統(tǒng)而獲得的眼皮運動的數(shù)據(jù)集，所述第三方程序?qū)?shù)據(jù)供應(yīng)為具有每個視頻樣本的時間和眼睛張開(孔)值的CSV輸出文件。

然后將數(shù)據(jù)上調(diào)至500Hz并且再次縮放幅度。

圖1A中示出數(shù)據(jù)的初始分析，所述圖1A是良好質(zhì)量的信號，并且圖1B示出可在噪聲信號中識別眨眼。在對攝像機輸出進行變換和插值之后，在圖2中，通過JDS算法進行的分析顯示了在兩個小時的時間段內(nèi)的JDS評分。

為了研究針對相機數(shù)據(jù)使用低采樣率的可行性，將具有500Hz的采樣率的樣本數(shù)據(jù)集調(diào)節(jié)為50Hz的采樣率。然后通過在50Hz樣本的數(shù)據(jù)點之間插值，將所述采樣率轉(zhuǎn)換回至高達(dá)500Hz的采樣率。線性插值是優(yōu)選的方法，但是可以使用其他插值方法，諸如采樣和保持、多項式插值或樣條插值。

圖3示出了從原始500Hz數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的JDS評分與從50Hz數(shù)據(jù)集推導(dǎo)出的JDS評分隨時間變化的差異。圖4示出了從50Hz數(shù)據(jù)集推導(dǎo)出的JDS評分相對于從原始500Hz數(shù)據(jù)集推導(dǎo)出的JDS評分的誤差。這表明使用低采樣頻率提供了可靠的評分。

本發(fā)明的替代實施方案在無需調(diào)節(jié)眼睛運動數(shù)據(jù)源(諸如從攝像機獲得的眼睛運動數(shù)據(jù)源)的采樣率的情況下是可能的?？烧{(diào)節(jié)對眼睛運動幅度、速度和持續(xù)時間的核對和計算方法的修改以說明替代的采樣率。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明通過變得能夠接受在低采樣頻率下通過任何手段收集的數(shù)據(jù)來改進申請人的睡意算法的功能性。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明的核心教導(dǎo)內(nèi)容的情況下，可在所描述的那些實施方案之外的實施方案中實現(xiàn)本發(fā)明。