基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统及检测方法_南姣芬专利（电检,算法,追踪）-早鸽网

基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统及检测方法

专利名称

基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统及检测方法
发明者

南姣芬, 艾玲梅, 郭春, 魏清
公开日

2011年7月13日
申请日期

2011年2月15日
优先权日

2011年2月15日
申请人

陕西师范大学
文档编号

A61B5/18GK102119857SQ20111003801
关键字

电检算法追踪匹配疲劳驾驶基于
权利要求

1.一种基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征在于包括按照国际标准 “10/20”电极安放方法布设在被测试者头部且对被测试者的脑电信号进行提取的16导联脑电电极(1)、分别与16导联脑电电极(1)中的各导联脑电电极相接且对各导联脑电电极所输出脑电信号进行放大处理的脑电信号放大器( 、按照预先设定的采样频率对被测试者的脑电信号进行采集的16导联脑电信号采集设备C3)、对16导联脑电信号采集设备(3) 所采集脑电信号进行分析处理并根据分析处理结果对被测试者是否处于疲劳驾驶状态与处于疲劳驾驶状态的持续时间进行同步检测判断的处理器(4)以及分别与处理器(4)相接的参数设置单元( 、存储器(6)和提示单元(7)，所述脑电信号放大器( 与16导联脑电信号采集设备C3)相接，且16导联脑电信号采集设备C3)与处理器(4)相接2.按照权利要求1所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征在于所述16导联脑电信号采集设备C3)为便携式数字脑电图仪或S0LAR848定量数字脑电图仪3.按照权利要求1或2所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征在于还包括与处理器(4)相接的显示器(8)4.按照权利要求3所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征在于所述处理器G)、参数设置单元(5)、存储器(6)和显示器(8)组成一个完整的PC机5.一种利用如权利要求1所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统进行疲劳驾驶脑电检测的方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、脑电信号提取与同步放大通过16导联脑电电极(1)对被测试者头部16个部位的脑电信号分别进行实时提取，且通过所述脑电信号放大器( 对16导联脑电电极(1) 所提取的16路脑电信号同步进行放大处理；通过16导联脑电电极(1)对被测试者头部的脑电信号进行提取之前，根据16导联脑电电极(1)中各导联脑电电极的布设位置相应对各导联脑电电极所提取的脑电信号进行编号；步骤二、脑电信号采集通过16导联脑电信号采集设备C3)按照预先设定的采样频率对经16个脑电信号放大器( 放大后的16路脑电信号同步进行采集，并将每一个采样周期内所采集的16路脑电信号转换为对应编号的16路数字脑电信号^ci (t)后同步传送至处理器(4)，其中 i = 1、2、3··· 16 ；步骤三、脑电信号分析处理处理器(4)按照预先设定的分析处理频率、分析处理的数字脑电信号数量M以及分析处理的各数字脑电信号的编号，且按照时间先后顺序对接收到的各采样周期内所采集16路数字脑电信号中的多路数字脑电信号分别连续进行分析处理，并根据分析处理结果对当前时刻被测试者是否处于疲劳驾驶状态进行相应检测判断，对每一个采集周期内所采集信号的分析处理方法均相同，且对于其中任一个采样周期而言，其分析处理过程如下.301、脑电信号接收与同步存储处理器(4)对此时所接收到的16路数字脑电信号 Xi (t)即当前采样周期内所采集的16路数字脑电信号(0的编号进行判别，并将判别出的需分析处理的多路数字脑电信号分别对应存储至存储器(6)内预先建立的存储单元内，且对各存储单元内所存储的上一个采样周期内所采集信号进行替换，以对各存储单元内所存储信息进行实时更新；.302、分析处理时间判断处理器(4)按照预先设定的分析处理频率，分析判断此时是否需对当前采样周期内所采集信号进行分析处理当需对当前采样周期内所采集信号进行分析处理时，则进入步骤303 ；否则，转入步骤306 ；303、脑电信号稀疏分解处理器(4)对步骤302中多个存储单元内所存储的多路数字脑电信号分别进行稀疏分解与时频分析处理，多路所述数字脑电信号的稀疏分解与时频分析处理过程同步进行，且多个所述数字脑电信号的稀疏分解方法均相同，对于其中任一路数字脑电信号x(t)而言，其稀疏分解处理过程如下3031、原子库生成处理器(4)调用匹配追踪算法模块且根据最大匹配投影原理，将高斯型函数变换为6.按照权利要求5所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测方法，其特征在于所述存储器(6)内预先存储有试验测试得出的驾驶员处于正常驾驶和疲劳驾驶状态时所采集脑电信号的时频分布函数和时频分布图；步骤3033中稀疏分解完成后，还需进行时频分析处理处理器(4)调用魏格纳分布处理模块，对步骤3033中所获得的数字脑电近似信7.按照权利要求5或6所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测方法，其特征在于步骤一中所述的根据16导联脑电电极(1)中各导联脑电电极的布设位置相应对各导联脑电电极所提取的脑电信号进行编号时，将由前至后对分别布设在被测试者头部的左前额、右前额、左额、右额、左中央、右中央、左顶、右顶、左枕区、右枕区、左前颞、右前颞、左中颞、右中颞、左后颞、右后颞的16导联脑电电极(1)分别进行编号，且将16导联脑电电极 (1)按照布设位置的左右对称关系划分为8个电极组，其中布设左前额和右前额的导联脑电电极为一组，布设在左额和右额的导联脑电电极为一组，布设在左中央和右中央的导联脑电电极为一组，布设在左顶和右顶的导联脑电电极为一组，布设在左枕区和右枕区的导联脑电电极为一组，布设在左前颞和右前颞的导联脑电电极为一组，布设在左中颞和右中颞的导联脑电电极为一组，布设在左后颞和右后颞的导联脑电电极为一组8.按照权利要求7所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测方法，其特征在于步骤三中分析处理的数字脑电信号数量M为2个、4个、6个或8个，则M = 2、4、6或8，数字脑电信号为布设在左前额、右前额、左额、右额、左顶、右顶、左枕区和右枕区四组导联脑电电极中的任意一组、任意两组、任意三组或四组导联脑电电极9.按照权利要求5或6所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测方法，其特征在于步骤304中判断得出被测试者处于疲劳驾驶状态时，还需对被测试者的疲劳驾驶程度进行分析判断当前L次迭代分解后的尺度参数Sl、s2. . . sL均不大于Si，则说明被测试者处于重度疲劳状态；如尺度参数Sl、S2. . . Sl中存在着大于Si的参数且均不大于S +，说明被测者处于中度疲劳状态；否则被测试者处于轻度疲劳状态，其中Si= 16士 1，S + = 32士 110.按照权利要求5或6所述的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测方法，其特征在于步骤一中所述的脑电信号提取与同步放大之前，通过参数设置单元( 对初始参数进行设定，所述初始参数包括采样频率、分析处理频率、分析处理的数字脑电信号数量M、分析处理的各数字脑电信号的编号、迭代分解总次数m、正常展开系数 $、尺度参数变化率As 标和正常尺度参数sn标进行设定；步骤二中所述的采样频率为IOOHz 1000Hz ；步骤三中所述的分析处理频率为0. 0005Hz 0. IHz
技术领域

本发明属于信息处理技术领域，尤其是涉及一种基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统及检测方法
背景技术

专利详情
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权力要求
说明书
法律状态

专利名称：基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统及检测方法随着经济的快速发展，人民消费水平的日益提高，汽车保有量快速增长，汽车行驶安全问题也成为威胁人们生命财产的社会问题。在现代社会中，交通事故时时发生，造成的悲剧数不胜数。其中，疲劳驾驶是交通事故发生的头号杀手。许多驾驶员由于利益诱惑、生活压力所迫而进行长时间驾驶或带病驾驶，这样就导致大量疲劳驾驶的存在。当驾驶员疲劳驾驶时，其驾驶技能下降，反应速度减慢，遇到突发状况时不能及时动作，导致各种惨祸发生，进而给个人、家庭和国家造成了巨大的损失和负担。为了减少或避免驾驶员的疲劳驾驶，人们研制出了各种疲劳驾驶检测仪器，如美国Electronic Safety Products公司开发的方向盘监视装置S. Α. M、法国法雷奥汽配集团和美国IIERIS公司开发出的车道偏离报警器以及悉尼的“选择式报警”眼镜等等。虽然这些仪器取得了一定的成效，但是它们普遍存在着误报率高、识别不准确等缺点，因此需要进一步的研究。疲劳检测方法是疲劳检测的核心部分，是检测驾驶员疲劳与否的关键。目前，检测驾驶员疲劳的方法主要可以分为三种检测车辆参数、检测驾驶员对车辆的控制行为以及检测驾驶员的生理信号。其中对驾驶员生理信号的检测是最有效、最客观、最可靠的方法，生理信号主要包括肌电信号、心电信号、脑电信号等等，而由于脑电信号无创性、实时性高、可靠性好而备受关注。虽然采用脑电信号检测疲劳驾驶一直被认为是检测疲劳的“金标准”，然而由于脑电信号的非线性、非平稳等特性，现有的分析检测方法总不尽如人意，即很多的方法需要在假设脑电为平稳的前提下进行。实际使用过程中这些方法虽然取得了一定的成效，但是在疲劳驾驶检测上其检测效果并不理想，因而迫切需要提出有效地疲劳驾驶检测新方法。
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计合理、接线方便、使用操作简便且智能化程度高、使用效果好的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征在于包括按照国际标准“10/20”电极安放方法布设在被测试者头部且对被测试者的脑电信号进行提取的16导联脑电电极、分别与16导联脑电电极中的各导联脑电电极相接且对各导联脑电电极所输出脑电信号进行放大处理的脑电信号放大器、按照预先设定的采样频率对被测试者的脑电信号进行采集的16导联脑电信号采集设备、对16导联脑电信号采集设备所采集脑电信号进行分析处理并根据分析处理结果对被测试者是否处于疲劳驾驶状态与处于疲劳驾驶状态的持续时间进行同步检测判断的处理器以及分别与处理器相接的参数设置单元、存储器和提示单元，所述脑电信号放大器与16导联脑电信号采集设备相接，且16导联脑电信号采集设备与处理器相接。上述基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征是所述16导联脑电信号采集设备为便携式数字脑电图仪或S0LAR848定量数字脑电图仪。上述基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征是还包括与处理器相接的显示器。上述基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统，其特征是所述处理器、参数设置单元、存储器和显示器组成一个完整的PC机。同时，本发明还公开了一种实现方便、检测速度快、检测效果好且实用价值高的基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、脑电信号提取与同步放大通过16导联脑电电极对被测试者头部16个部位的脑电信号分别进行实时提取，且通过所述脑电信号放大器对16导联脑电电极所提取的16路脑电信号同步进行放大处理；通过16导联脑电电极对被测试者头部的脑电信号进行提取之前，根据16导联脑电电极中各导联脑电电极的布设位置相应对各导联脑电电极所提取的脑电信号进行编号；步骤二、脑电信号采集通过16导联脑电信号采集设备按照预先设定的采样频率对经16个脑电信号放大器放大后的16路脑电信号同步进行采集，并将每一个采样周期内所采集的16路脑电信号转换为对应编号的16路数字脑电信号Xi (t)后同步传送至处理器，其中 i = 1、2、3. . . 16 ；步骤三、脑电信号分析处理处理器按照预先设定的分析处理频率、分析处理的数字脑电信号数量M以及分析处理的各数字脑电信号的编号，且按照时间先后顺序对接收到的各采样周期内所采集16路数字脑电信号中的多路数字脑电信号分别连续进行分析处理，并根据分析处理结果对当前时刻被测试者是否处于疲劳驾驶状态进行相应检测判断，对每一个采集周期内所采集信号的分析处理方法均相同，且对于其中任一个采样周期而言，其分析处理过程如下301、脑电信号接收与同步存储处理器对此时所接收到的16路数字脑电信号 Xi(t)即当前采样周期内所采集的16路数字脑电信号(0的编号进行判别，并将判别出的需分析处理的多路数字脑电信号分别对应存储至存储器内预先建立的存储单元内，且对各存储单元内所存储的上一个采样周期内所采集信号进行替换，以对各存储单元内所存储信息进行实时更新；302、分析处理时间判断处理器按照预先设定的分析处理频率，分析判断此时是否需对当前采样周期内所采集信号进行分析处理当需对当前采样周期内所采集信号进行分析处理时，则进入步骤303 ；否则，转入步骤306 ；303、脑电信号稀疏分解处理器对步骤302中多个存储单元内所存储的多路数字脑电信号分别进行稀疏分解与时频分析处理，多路所述数字脑电信号的稀疏分解与时频分析处理过程同步进行，且多个所述数字脑电信号的稀疏分解方法均相同，对于其中任一路数字脑电信号x(t)而言，其稀疏分解处理过程如下3031、原子库生成处理器调用匹配追踪算法模块且根据最大匹配投影原理，将高斯型函本发明公开了一种基于匹配追踪算法的疲劳驾驶脑电检测系统及检测方法，其检测系统包括按照16导联脑电电极、脑电信号放大器、16导联脑电信号采集设备和处理器以及分别与处理器相接的参数设置单元、存储器和提示单元；其检测方法包括步骤一、脑电信号提取与同步放大；二、脑电信号采集；三、脑电信号稀疏分解及时频分析处理，得出疲劳驾驶状态判断结果。本发明设计合理、检测步骤简单、实现方便且检测精度高，能快速对疲劳驾驶状态进行准确检测，能有效解决现有疲劳驾驶脑电检测方法存在的分析难度大、分析效果不太理想、检测精确度较低等多种实际问题。

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