一种眼睛疲劳检测装置的制作方法

本实用新型涉及VR眼镜技术领域。

背景技术：

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高新技术，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，模仿真实的状况，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物，可以大幅提升游戏和视频体验。

虚拟现实眼镜现在的结构一般都是“透镜+屏幕”的成像方式，透镜在眼前2-3cm处，屏幕距透镜3-6cm，虚像成像在眼前25cm－50cm左右。短时间的佩戴和使用并不会对视力有所影响，但是长时间佩戴VR眼镜时，这会使得视线一直聚焦在25cm－50cm处不移动，并且视野里全部是电子显示屏，容易造成眼部肌肉极度疲劳，出现眼睛疲劳问题，长期使用很可能损伤视力。使用者一般在体验游戏或视频时，容易长时间佩戴VR眼镜，极易伤害到眼睛，因此，检测使用者眼睛是否疲劳并发出提醒，对在体验虚拟现实的同时保护眼睛是非常有必要的。

中国专利CN 201210374160.3(公开号CN 102908152A)提出一种基于检测眼皮跳变频率的疲劳检测眼镜，虽然这种方法将检测的眼皮跳变频率和贮存的基准眼皮跳边频率相比较得到眼睛疲劳状态，但是使用红外光照射到眼睛检测眼皮跳变频率会对眼睛造成一定的伤害。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种眼睛疲劳检测装置，它能有效地解决VR眼镜佩戴者眼睛疲劳及时提醒的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种眼睛疲劳检测装置，包括眼镜本体和头带，头带的中部设有与眼镜本体连接的顶带，眼镜本体的两个透镜上框架内分别设有两个摄像头；眼镜本体左侧设有电量指示灯和蜂鸣器，眼镜本体右侧设有电源开关和USB接口，眼镜本体上设有信号处理器。

所述的电量指示灯为红、黄、绿三色的LED灯。

一种眼睛疲劳检测装置，基本结构是在VR眼镜本体上边连接一个头带，包括连接着眼镜本体右侧和左侧的环形带和眼镜本体上端的顶带，头带设置有长度调节装置，便于佩戴者调节松紧度，减轻虚拟现实眼镜对头部的压迫感。透镜上方安装有两个摄像头用于检测眼睛疲劳，眼镜本体左侧设有电量指示灯和蜂鸣器，眼镜本体右侧设有电源开关和USB接口，眼镜本体上面设有信号处理器。

所述的摄像头安置于对应人眼睛的位置。

本实用新型的工作过程和原理是：眼睛的疲劳程度和眼睛闭合时间长短有着密切的关系，闭合时间越长其疲劳程度越严重，当疲劳状态发生时，眼皮覆盖眼睛的比例会增加。据科学解释，经过充分休息的人正常情况下每次眨眼时间大约为0.25—0.3s之间，眨眼频率约为3—4s一次，眼睛闭合时间在0.12—0.13s之间。一般情况下，眼睛闭合时间达到0.15s则表示人进入疲劳状态，此时，眼睛基于保护作用会不由自主加快眨眼速度，当人进入更深层次的疲劳状态时，眼睛的闭合时间及一次眨眼时间过程所需要的时间会直接延长。

根据眼睛的疲劳程度和眼睛闭合时间长短密切相关这一特征，本实用新型用摄像头采集眼部信号，采用PERCLOS法，即眼睛闭合时间占特定时间的百分率，对眼睛疲劳程度进行估测，其中，PERCLOS中的P₈₀与眼睛疲劳检测的相关性最好，即当眼睛闭合程度超过80％时，认为眼睛处于闭合性状态，用单位时间内眼睛闭合时间作为疲劳判断的依据。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型的佩戴部分是一个头带，头带设置有长度调节装置，便于佩戴者调节松紧度、减轻虚拟现实眼镜对头部的压迫感。

二、本实用新型用于检测眼睛疲劳的摄像头安装于眼镜本体内，不会增加VR眼镜本体体积大小，能像普通VR眼镜那样直接佩戴；同时，检测过程中不会对使用者眼部、头部造成不适、压抑等不良反应，不影响佩戴者使用。

三、本实用新型能主动检测眼部疲劳并通过蜂鸣器发出预警，从而有效的避免因用眼过度而导致近视。

本实用新型提出的利用摄像头采用PERCLOS法的P80对眼睛疲劳程度进行估测的方法不会对眼睛造成伤害，而且PERCLOS法被公认为最有效且实时的疲劳检测方法，检测准确度可以得到保证。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构右视图

图2是本实用新型的立体结构左视图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明

本实用新型的具体实施方式是：在VR眼镜的基础上，包括眼镜本体1和头带3，头带3的中部设有与眼镜本体1连接的顶带2，眼镜本体1右侧设有电源开关6和一个USB接口7；眼镜本体1的左侧设有一个电量指示灯8和一个蜂鸣器9，眼镜本体1上设有信号处理器10。眼镜透镜4上方设有预留位置摄像头5的位置，透镜4上方左右各设有一个摄像头5。

所述的电量指示灯8采用三色的LED灯来显示，以红、黄、绿三色分别代表电量快用尽、电量不足、电量充足，用户可通过电量指示灯的颜色来判断当前电量状态。

所述的开关6的作用则是为了让用户自主设置是否启用疲劳检测功能，关闭该功能后则不会发出警报，但同时会节省用电量。

所述的摄像头5在左右两个透镜4上各有一个，用以分别对两只眼睛的疲劳情况进行监视。

使用时，使用者仅需要正确佩戴VR眼镜观看VR影像，安装于透镜上方的两个摄像头分别对应人眼的位置，打开开关即可使整个疲劳检测功能处于运作状态。摄像头开始采集用户眼部信息，摄像头组传来的信号输送到信号处理器中经过图像矫正、滤波去噪等预处理之后，再运用PERLOCS算法进行眼睛疲劳度计算，将计算得到的眼睛疲劳状态结果输出至蜂鸣器上，蜂鸣器发出警报音，提示用户眼睛已经达到疲劳状态。

作为一种优选，本例中采用帧捕捉速率为20FPS的CMOS摄像头采集眼部信息，信号处理器采用嵌入式DSP，芯片用TI公司生产的TMS320DM642芯片。

将CMOS采集到的眼动信号送入SAA7115解码器，SAA7115解码器将信号转变成并行的BT.656图像码流送至TMS320DM642的视频端口VP0，TMS320DM642再将其解码，得到YUV格式的图像，并通过EDMA传输到SDRAM图像存储器进行存储，然后通过下载在TMS320DM642里面的PERCLOS算法对使用者的眼动信息进行分析，得到眼部疲劳信号，并通过串行外设接口输出至蜂鸣器，其中，PERCLOS算法程序存储于FLASH程序存储器。所有芯片的接口和控制由FPGA通过TMS320DM642外部存储接口(EMIF)负责完成。TMS320DM642内核电压+1.4V，外设I/O电压+3.3V，通过外部引脚接口采用+3.3V电压进行供电。为防止系统程序进入死循环或因电压波动而产生异常，本系统用看门狗芯片来控制系统复位。这里采用TI的TPS3823-33DBVT看门狗芯片，它由+3.3V电源供电，能对电源电压进行监控。整个系统由电池盒供电，电池盒内的可充电电池通过USB进行充电，充电电路由VA7205DF及其外围电路组成，可充电电池输出的电压需经过转换之后再向TMS320DM642芯片输出，电压转换由TPS73HD301及其外围电路进行。