眨眼监测器和眼戴设备的制作方法

本申请涉及信号处理技术领域，特别是涉及一种眨眼监测器和眼戴设备。

背景技术：

眨眼，是一种快速的闭眼动作，称为瞬目反射；人体不自主的眨眼实际上是一种保护性动作，它能使泪水均匀地分布在角膜和结膜上，以保持角膜和结膜的湿润，眨眼动作还可使视网膜和眼肌得到暂时休息，缓解眼部疲劳。据统计，正常人平均每分钟约眨眼15次，通常2～6秒就要眨眼一次，每次眨眼持续时间0.2～0.4秒。据有关研究表明，眨眼频率与人的生理、心理状况息息相关，人在紧张状态下眨眼频率增加，聚精会神时眨眼频率减少：阅读书报时，眨眼频率不超过10次/分，用电脑时眨眼频率仅5次/分，而玩游戏时眨眼频率可低至3次/分。由此可见，长时间使用电脑或手机会导致眨眼频率大幅下降，从而影响泪液分泌，导致眼部疲劳，严重时可引发“干眼症”等眼部疾病。

目前，眨眼动作的检测方法多在研究验证阶段，例如利用体动检测芯片发射电磁波，并接收和检测经过人体反射回的电磁波，将检测结果以电压的方式输出，进而通过输出电压的波动来检测眨眼。

然而，体动检测芯片发出和接收电磁波过程中容易受外界电磁波和人体运动干扰，存在检测准确率低的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高眨眼检测准确率的眨眼监测器和眼戴设备。

第一方面，一种眨眼监测器，包括：相互电连接的微动传感器和眨眼检测模块；

所述微动传感器贴置于受测对象的眼轮匝肌周围，用于采集眼轮匝肌微动信号；

所述眨眼检测模块用于根据所述眼轮匝肌微动信号，确定所述受测对象的当前眨眼参数；所述眨眼参数包括眨眼时长和眨眼频率。

在其中一个实施例中，所述眨眼检测模块包括：相互电连接的信号接收电路和处理器，其中，

所述信号接收电路用于实时获取并放大所述微动传感器采集的眼轮匝肌微动信号；

所述处理器用于根据所述放大后的眼轮匝肌微动信号，确定所述受测对象的当前眨眼参数。

在其中一个实施例中，所述眨眼检测模块还包括通讯模块，所述通讯模块和所述处理器电连接，用于向终端设备发送所述受测对象的眨眼参数；所述终端设备与所述通讯模块通信连接。

第二方面，一种眼戴设备，所述眼戴设备集成有上述任一的眨眼监测器。

在其中一个实施例中，所述微动传感器集成于所述眼戴设备的特定部位，所述特定部位在使用状态下贴置于受测对象的眼轮匝肌周围。

在其中一个实施例中，所述眼戴设备为眼镜。

在其中一个实施例中，所述微动传感器集成于所述眼镜的鼻托。

在其中一个实施例中，所述眼镜的眼镜框的鼻梁集成有所述眨眼检测模块。

在其中一个实施例中，所述眼镜的眼镜框内集成有导线，用于电连接所述微动传感器和所述眨眼检测模块。

在其中一个实施例中，其特征在于，所述眨眼检测模块包括电源模块，所述电源模块包括可充电电池和充电接口。

在其中一个实施例中，所述眨眼检测模块可拆卸地安装于所述眼戴设备中。

在其中一个实施例中，所述眨眼检测模块包括电源模块，所述眼镜的鼻托集成有压力开关，与所述电源模块连接，用于当检测到鼻托受到的压力大于或等于预设压力阈值时导通所述电源模块。

上述眨眼监测器和眼戴设备中，微动传感器可以贴置于受测对象的眼轮匝肌周围，通过直接接触来检测得到眼轮匝肌微动信号，因此不容易受外界电磁波和人体运动干扰，可以提高眨眼检测的准确率，可以实时准确地监测受测对象的眨眼参数，便于进行基于眨眼参数的眼睛疲劳度或眼睛病变等的后续监测。

附图说明

图1为一个实施例中眨眼监测器的结构框图之图一；

图2为一个实施例中眨眼信号的示意图；

图3为一个实施例中眨眼监测器的结构框图之图二；

图4为一个实施例中眨眼监测器的结构框图之图三；

图5为一个实施例中眼戴设备的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种眨眼监测器10，所述眨眼监测器10可以包括：相互电连接的微动传感器11和眨眼检测模块12；所述微动传感器11可以贴置于受测对象的眼轮匝肌周围，用于采集眼轮匝肌微动信号；所述眨眼检测模块12可以用于根据所述眼轮匝肌微动信号，确定所述受测对象的当前眨眼参数；所述眨眼参数包括眨眼时长和眨眼频率。

需要说明的是，在本实施例中，受测对象可以是人，也可以是动物等其它具有眼轮匝肌的对象。其中，在受测对象使用眼戴设备时，微动传感器可以贴置于受测对象的眼轮匝肌周围；眼轮匝肌围绕眼睛一周，可以通过收缩与舒张控制眼睛眨动，因此微动传感器可以检测到与眼轮匝肌接触部分的压力、位移等变化，这种压力变化可体现在微动传感器采集得到的眼轮匝肌微动信号中。

可以理解的是，因为微动传感器贴置于受测对象的眼轮匝肌周围，通过直接接触来检测眼轮匝肌微动信号，因此不容易受外界电磁波和人体运动干扰，可以提高眨眼检测的准确率。

可选地，微动传感器可以为mems(微机电系统，micro-electro-mechanicalsystem)微动传感器，具有尺寸小、重量轻、灵敏度高、能耗低等优点。微动传感器可以但不限于是加速度传感器、压力传感器、位移传感器、陀螺仪、速度传感器、压电薄膜等可检测微动信号的传感器。

上述微动传感器可以通过导线与眨眼检测模块电连接，也可以通过电插口连接或者其它电连接方式。可选地，眨眼监测器包括两个微动传感器，在受测对象使用眼戴设备时，两个微动传感器可以分别贴置于受测对象的左眼和右眼的眼轮匝肌周围，眨眼检测模块可以分别和两个微动传感器电连接。

在本实施例中，眨眼时长指受测对象完成单次眨眼动作所用的时间，眨眼频率指受测对象的眨眼动作的频率，可以为眨眼次数/分钟。下面对眨眼检测模块根据眼轮匝肌微动信号，确定受测对象的当前眨眼参数的过程进行简要描述。

眨眼检测模块可以获取微动传感器实时获取的眼轮匝肌微动信号，可以对眼轮匝肌微动信号进行滤波消除噪声、放大等信号处理，然后对处理后的眼轮匝肌微动信号进行信号分析，具体地，眨眼检测模块可以选取距离当前时间预设时间段内、或者包括当前时间在内的预设时间段内的眼轮匝肌微动信号，然后通过频域分析或者时域分析检测预设时间段内是否出现眼睛眨动，并记录眨动次数和每次眨动时长。上述预设时间段可以为3～10秒，10秒～1分钟等，或者更长时间，可以根据实际需求或实际调试结果确定。

以时域分析为例，参照图2所示，因为眼睛眨动时眼轮匝肌微动信号中会存在大幅振荡，因此可以通过预设的时间窗(时间窗大小可以匹配一般眨眼时长，例如预设时间窗大小为0.2秒)进行信号分析：眨眼检测模块可以确定预设时间段的初始时间节点对应的时间窗内的波峰和波谷，通过计算时间窗内波峰和波谷之间的差值，获得时间窗的最大幅值变化值；若所述最大幅值变化值小于预设幅值变化阈值，则通过预设时间步长(相对于预设时间窗较小，如十分之一时间窗大小，例如20毫秒)移动时间窗至下一时间节点；若所述最大幅值变化值大于或等于预设幅值变化阈值，则眨眼检测模块可以初步确定该时间窗关联一次眨眼动作，则眨眼次数加一，且以时间窗大小为步长移动时间窗至下一时间节点；如此，直至时间窗移动到上述预设时间段的终末时间节点。可以理解的是，累加得到的眨眼次数就是上述预设时间段内的眨眼次数，由此可以计算出当前眨眼频率。当然，在本实施例中，眨眼检测模块还可以通过对时间窗内的信号进行积分得到能量值，当能量值大于或等于预设能量阈值时，则眨眼检测模块可以初步确定该时间窗关联一次眨眼动作，则眨眼次数加一，时间窗移动逻辑参见上面的描述，这里不再赘述。

此外，眨眼检测模块可以对关联一次眨眼动作的时间窗内的眼轮匝肌微动信号进行进一步的信号分析，以得到眨眼时长。具体地，眨眼检测模块可以根据预设采样率对时间窗内的眼轮匝肌微动信号进行采样，从采样获得采样点中查找到幅值最大的波峰采样点，以及与所述波峰采样点对应的波峰的起始采样点和终止采样点，计算所述终止采样点和所述起始采样点之间的时间长度，作为所述时间窗关联的一次眨眼动作的眨眼时长，从而可以计算预设时间段内各次眨眼时长的平均眨眼时长作为当前眨眼时长。其中，波峰的起始采样点的确定可以如下：眨眼检测模块可以从波峰采样点和波峰采样点的左临近采样点开始，计算采样点和其左临近采样点之间的差值，当差值小于0时，选取此时的两个采样点中的任一采样点作为所述波峰的起始采样点；波峰的终止采样点的确定同样可以如下：眨眼检测模块可以从波峰采样点和波峰采样点的右临近采样点开始，计算采样点和其右临近采样点之间的差值，当差值小于0时，选取此时的两个采样点中的任一采样点作为所述波峰的终止采样点。

在本实施例中，眨眼检测模块还可以通过对每次眨眼时长的判断来对初步确定的眨眼动作进行进一步确定，以得到更准确的眨眼时长和眨眼频率。具体地，眨眼检测模块可以判断所述时间窗关联的一次眨眼动作的眨眼时长与标准眨眼时长(0.2～0.6秒)是否匹配，若是，则最终确定所述时间窗关联一次眨眼动作，则眨眼次数加一，并记录此次眨眼动作的眨眼时长；若否，则最终确定所述时间窗与眨眼动作无关，则眨眼次数加零或眨眼次不变。例如，某时间窗内的最大幅值变化值大于或等于预设幅值变化阈值，但是该时间窗对应的眨眼时长为0.8秒，则眨眼次数不变，且通过预设时间步长移动时间窗至下一时间节点。

可以理解的是，眨眼参数的实时监测对于某些特定人群至关重要，例如：眨眼频率与眨眼时长与人的疲劳程度紧密相连，可用于判断司机是否疲劳，确保安全驾驶；眨眼频率也可反映人在工作、读书过程中的专注程度，眨眼频率低意味着专注力较高，眨眼频率增加意味着专注力下降；眨眼频率还可监督儿童(或白领等对象)健康用眼，避免用眼过度导致视力下降；最后，眨眼频率还可提示早期的眼部病变，如干眼症或其他与神经系统相关的眼部病变。

综上所述，本实施例的眨眼监测器，微动传感器可以贴置于受测对象的眼轮匝肌周围，通过直接接触来检测得到眼轮匝肌微动信号，因此不容易受外界电磁波和人体运动干扰，可以提高眨眼检测的准确率，可以实时准确地监测受测对象的眨眼参数，便于进行基于眨眼参数的眼睛疲劳度或眼睛病变等的后续监测。

参照图3所示，眨眼检测模块12可以包括：相互电连接的信号接收电路121和处理器122，其中，所述信号接收电路121用于实时获取并放大所述微动传感器11采集的眼轮匝肌微动信号；所述处理器122用于根据所述放大后的眼轮匝肌微动信号，确定所述受测对象的当前眨眼参数。

其中，信号接收电路可以包括信号放大器，可以对初始的眼轮匝肌微动信号进行放大便于后续处理。上述处理器可以但不限于是cpu(centralprocessingunit，中央处理器)、mcu(microcontrollerunit，微控制单元)等处理装置。

以mcu为例，如果眼轮匝肌微动信号为模拟信号，mcu可以集成有模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号，得到数字信号类型的眼轮匝肌微动信号，以及对眼轮匝肌微动信号进行信号处理，得到当前眨眼参数。

具体地，参照图4所示，mcu122可以包括信号处理模块1221、状态判断模块1222、动作检测模块1223、眨眼判断模块1224。其中，信号处理模块1221分别与信号接收电路121、状态判断模块1222、动作检测模块1223电连接，眨眼判断模块1224分别与状态判断模块1222、动作检测模块1223电连接。可以理解的是，上述信号处理模块、状态判断模块、动作检测模块、眨眼判断模块均可以通过硬件电路的方式实现。

以眨眼监测器包括两个微动传感器为例，信号处理模块可以对微动传感器采集的左右眼两路眼轮匝肌微动信号进行滤波处理，每路原始信号均被分解为两路眼轮匝肌微动信号，第一组左右眼两路眼轮匝肌微动信号信号可以经过1hz低通滤波，输出两路低频基线漂移信号，即受测对象运动信号，用于检测受测对象的当前对象状态，所述对象状态包括静止状态和运动状态；第二组左右眼两路眼轮匝肌微动信号信号可以经过2hz高通滤波，获得两路高频信号，即眨眼信号，用于检测眼轮匝肌的动作状态，即检测是否眨眼以及眨眼时长。例如，信号处理模块可以包括相互电连接的分路器和滤波电路，滤波电路包括高通滤波电路和低通滤波电路。

状态判断模块可以接收两路基线漂移信号，同样可以通过幅值变化幅度判断受测对象处于运动状态还是静止状态，因为当受测对象运动时(走路、踢球、游泳等)，微动传感器采集的眼轮匝肌微动信号也会随运动节律出现低频大幅度变化，因此此模块可以保存一段时间内(3～10s)的基线漂移信号，通过检测信号波峰与波谷，计算波峰与波谷之间的信号变化幅度，若所述信号变化幅度大于或等于预设变化幅度阈值，则确定所述受测对象的当前对象状态为运动状态；若信号变化幅度小于预设变化幅度阈值，则确定所述受测对象的当前对象状态为静止状态；判断结束后，此模块将当前对象状态判断结果输入下一模块，即眨眼判断模块。

动作检测模块可以接收两路高频信号，眨眼动作是在极短时间内进行的，因此体现为眼轮匝肌微动信号的高频分量，因此通过上述高频信号可检测受测对象的眨眼动作。由于大部分眨眼动作由两只眼睛同步完成，所以两路高频信号中同时出现大幅振荡时，可初步判断为眨眼动作，进一步检测振荡持续时长；由于眨眼持续时间一般为0.2～0.6s，所以振荡持续时长在这一范围内时，模块眨眼计数加1，并记录眨眼持续时长。此模块周期性的将眨眼次数与持续时长传输到下一模块，即眨眼判断模块，传输周期与状态判断模块保持一致。上述具体信号处理过程可参照上面采用时间窗进行信号处理的描述，这里不再赘述。

眨眼判断模块可以接收状态判断模块、动作检测模块两模块的处理结果，分别统计受测对象在静止与运动状态下的眨眼参数。此外，眨眼判断模块还可以获取受测对象的多个历史对象状态和与所述多个历史对象状态对应的多个历史眨眼参数；根据所述受测对象的历史对象状态和历史眨眼参数，确定所述受测对象在静止状态下的特征眨眼参数和在运动状态下的特征眨眼参数。眨眼判断模块可以通过比较特征眨眼参数和当前眨眼参数，来判断是否出现用眼过度等异常情况；还可以通过较长周期内受测对象眨眼参数的统计值与健康眨眼参数，已确定受测对象是否出现眨眼异常等异常情况；眨眼判断模块还可以在判断上述各类异常情况后发出警示消息。

此外，所述眨眼检测模块还可以包括通讯模块，所述通讯模块和所述处理器电连接，用于向终端设备发送所述受测对象的眨眼参数；所述终端设备与所述通讯模块通信连接。参照图4所示，通讯模块123和mcu122电连接，此模块可以集成wifi(无线保真，wirelessfidelity)或蓝牙等无线通讯模块，可以用于与移动终端连接，向移动终端应用上传眨眼次数、眨眼时长等眨眼数据，移动终端应用可以根据上述眨眼数据生成用眼报告供查阅。

参照图4所示，所述眨眼检测模块还可以包括电源模块124，分别和信号接收电路121、mcu122、通讯模块123电连接，分别进行供电。参照图4所示，mcu122还可以包括报警模块1225、存储模块1226等。其中，报警模块可以与眨眼判断模块电连接，用于接收眨眼判断模块发出的警示信息，导通相应的报警开关，触发报警硬件发出报警；报警硬件可选用蜂鸣器，喇叭，led(发光二极管)灯等设备发出声音或灯光报警；报警模块可以包括寄存器，用于保存自定义报警设置，可设置参数如下：过度用眼提示时间，用眼疲劳提示时间，定时休息提醒等。存储模块可以在本地储存眨眼数据，可以分别与眨眼判断模块、通讯模块电连接。需要说明的是，报警模块和存储模块可以集成在微控制单元中，也可以是独立的模块。

在一个实施例中，提供了一种眼戴设备，所述眼戴设备集成有上述的眨眼监测器。该眼戴设备可以但不限于是眼镜、眼罩等产品。参照上述眨眼监测器的描述，本实施例的眼戴设备，微动传感器可以贴置于受测对象的眼轮匝肌周围，通过直接接触来检测得到眼轮匝肌微动信号，因此不容易受外界电磁波和人体运动干扰，可以提高眨眼检测的准确率，可以实时准确地监测受测对象的眨眼参数，便于进行基于眨眼参数的眼睛疲劳度或眼睛病变等的后续监测。

可选地，所述微动传感器可以集成于所述眼戴设备的特定部位，所述特定部位在使用状态下贴置于受测对象的眼轮匝肌周围；例如，特定部位可以为眼镜镜框、镜腿、眼罩内侧等可以采集到眼轮匝肌微动信号的位置。如此，眼戴设别可以更加紧簇。

参照图5所示，当眼戴设备为眼镜50时，所述微动传感器11可以集成于所述眼镜50的鼻托；如此，本可以减少对眼镜结构的改动，眼戴设备可以更紧簇，避免了对眼镜的正常功能的影响；此外，因为内眼角处的眼轮匝肌在眨眼时相对变化较大，因此获得的眼轮匝肌微动信号会更准确，相应地，可以提高眨眼检测的准确率。

参照图5所示，所述眼镜50的眼镜框的鼻梁可以集成有所述眨眼检测模块12；如此，可以减少对眼镜结构的改动，眼戴设备可以更紧簇，避免了对眼镜的正常功能的影响。

可选地，所述眼镜的眼镜框内可以集成有导线，用于电连接所述微动传感器和所述眨眼检测模块，同样可以减少对眼镜结构的改动，眼戴设备可以更紧簇，避免了对眼镜的正常功能的影响，此外，采用导线进行微动传感器和眨眼检测模块的电连接，可以更稳定且便于微动传感器和眨眼检测模块的自由布置。

可选地，所述眨眼检测模块可以包括电源模块；所述电源模块可以包括可充电电池和充电接口，如此便于充电。所述可充电电池可以为微型可充电电池，可置于特定充电插座上通过充电接口充电。

可选地，所述眨眼检测模块可拆卸地安装于所述眼戴设备中，例如榫接、螺纹连接、卡槽连接等，如此，当眨眼检测模块可以和眼戴设备主体分离，便于维护、更换；眨眼检测模块可以包括电源模块，在眨眼检测模块需要充电时，可以拆卸下来单独进行充电，避免影响眼戴设备的使用。

可选地，所述眨眼检测模块包括电源模块，所述眼镜的鼻托集成有压力开关，与所述电源模块连接，用于当检测到鼻托受到的压力大于或等于预设压力阈值时导通所述电源模块。具体地，该压力开关可以电连接电源模块，同时分别电连接信号接收电路、处理器等需要供电的器件，而电源模块与需要供电的器件之间没有直接电连接，而是通过该压力开关；该压力开关可以在检测到的压力大于或等于预设压力阈值时导通，可以在检测到的压力小于预设压力阈值时关闭。因此，当受测对象佩戴本实施例的眼镜时，鼻托受到的压力大于或等于预设压力阈值，此时鼻托处压力开关导通，电源模块才开始给信号接收电路、处理器等供电，以满足低功耗需求；当受测对象用户取下本实施例的眼镜时，鼻托受到的压力小于预设压力阈值，为避免眨眼数据丢失，鼻托处压力开关可以在预设时间段后关闭，因此电源模块可以在继续供电预设时间段后(如1分钟)后断电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。