智能感測視疲勞極限

劉麗彩　陳勇　閆超

摘 要：為實現(xiàn)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(tài)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)錄制視頻、發(fā)送信息、衛(wèi)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(tǒng)眼鏡使用觀念，體現(xiàn)了現(xiàn)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(xiàn)狀

計算機技術與傳感技術的發(fā)展和應用給醫(yī)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(yī)療和專家診斷系統(tǒng)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(xié)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(chǎn)品系列，逐步呈現(xiàn)發(fā)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(xiàn)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(fā)布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現(xiàn)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(xiàn)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(chuàng)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(yōu)先發(fā)展、最優(yōu)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(shù)據(jù)

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(jù)Google眼鏡最新動態(tài)，谷歌眼鏡可實現(xiàn)搜索、拍照、錄制、發(fā)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(shù)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(xiàn)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(fā)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?shù)截摲答伔糯箅娐凡⑿盘柗糯髠魅?1單片機開發(fā)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(xiàn)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(chǎn)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(yōu)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(tài)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)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(shù)據(jù)輸入程序中，主要算法在于數(shù)據(jù)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(shù)百分比，若大于50%則輸出視覺疲勞的結論，反之，輸出繼續(xù)保持狀態(tài)。

5 創(chuàng)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(xiàn)代生物醫(yī)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(fā)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(xiàn)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(yī)學保障的同時，現(xiàn)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(fā)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(xiàn)有先進的科學技術來解決人類健康用眼的問題，跟進現(xiàn)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(tài)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(xiàn)適時提醒功能，運用嵌入式技術對于數(shù)據(jù)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(tài)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(xiàn)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(tài)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)錄制視頻、發(fā)送信息、衛(wèi)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(tǒng)眼鏡使用觀念，體現(xiàn)了現(xiàn)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(xiàn)狀

計算機技術與傳感技術的發(fā)展和應用給醫(yī)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(yī)療和專家診斷系統(tǒng)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(xié)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(chǎn)品系列，逐步呈現(xiàn)發(fā)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(xiàn)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(fā)布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現(xiàn)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(xiàn)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(chuàng)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(yōu)先發(fā)展、最優(yōu)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(shù)據(jù)

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(jù)Google眼鏡最新動態(tài)，谷歌眼鏡可實現(xiàn)搜索、拍照、錄制、發(fā)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(shù)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(xiàn)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(fā)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?shù)截摲答伔糯箅娐凡⑿盘柗糯髠魅?1單片機開發(fā)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(xiàn)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(chǎn)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(yōu)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(tài)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)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(shù)據(jù)輸入程序中，主要算法在于數(shù)據(jù)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(shù)百分比，若大于50%則輸出視覺疲勞的結論，反之，輸出繼續(xù)保持狀態(tài)。

5 創(chuàng)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(xiàn)代生物醫(yī)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(fā)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(xiàn)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(yī)學保障的同時，現(xiàn)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(fā)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(xiàn)有先進的科學技術來解決人類健康用眼的問題，跟進現(xiàn)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(tài)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(xiàn)適時提醒功能，運用嵌入式技術對于數(shù)據(jù)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(tài)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(xiàn)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(tài)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)錄制視頻、發(fā)送信息、衛(wèi)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(tǒng)眼鏡使用觀念，體現(xiàn)了現(xiàn)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(xiàn)狀

計算機技術與傳感技術的發(fā)展和應用給醫(yī)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(yī)療和專家診斷系統(tǒng)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(xié)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(chǎn)品系列，逐步呈現(xiàn)發(fā)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(xiàn)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(fā)布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現(xiàn)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(xiàn)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(chuàng)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(yōu)先發(fā)展、最優(yōu)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(shù)據(jù)

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(jù)Google眼鏡最新動態(tài)，谷歌眼鏡可實現(xiàn)搜索、拍照、錄制、發(fā)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(shù)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(xiàn)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(fā)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?shù)截摲答伔糯箅娐凡⑿盘柗糯髠魅?1單片機開發(fā)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(xiàn)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(chǎn)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(yōu)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(tài)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)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(shù)據(jù)輸入程序中，主要算法在于數(shù)據(jù)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(shù)百分比，若大于50%則輸出視覺疲勞的結論，反之，輸出繼續(xù)保持狀態(tài)。

5 創(chuàng)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(xiàn)代生物醫(yī)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(fā)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(xiàn)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(yī)學保障的同時，現(xiàn)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(fā)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(xiàn)有先進的科學技術來解決人類健康用眼的問題，跟進現(xiàn)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(tài)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(xiàn)適時提醒功能，運用嵌入式技術對于數(shù)據(jù)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(tài)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