一种基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，包括立体显示装置，用于显示立体视频；眼部参数采集模块，用于采集用户立体视觉功能，选择参加实验用户；视疲劳主观评测模块，用于采集实验用户在观看立体视频前后的各项疲劳症状值；心电信号采集设备，用于采集用户在观看立体视频前T分钟以及整个观影期间的心电信号；数据处理模块，根据疲劳症状值初步判定是否存在疲劳，根据对心电信号的各项指标与时间做单因素方差分析，当根据各项疲劳症状值判断的结果与根据心电信号判断的结果相同时，判定用户存在疲劳。该系统将主观判断结果与基于心电信号的判断结果相结合，能够简单快速地定量检测观看立体显示所造成的视疲劳程度。
【专利说明】
一种基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统
技术领域
[0001] 本发明属于三维立体显示技术领域，具体涉及一种基于心电信号的立体显示视觉 疲劳检测系统。
【背景技术】
[0002] 目前，立体显示技术在许多领域得到越来越多的应用。但由于技术和成本的限制， 立体显示技术的发展受到很多阻碍。其中，一个很重要的因素是:基于双目视差的立体显示 的成像原理和人眼的辐辏和调节机制存在冲突，使得用户在观看此类立体视频时出现头 晕、眼痛等视疲劳症状。这些问题的存在大大限制立体显示的推广应用，对于用户更会造成 生理不适，尤其对于视觉机制不十分完善的老人和儿童;视疲劳严重影响用户体验，也制约 了三维显示技术的发展和其相关产品的应用普及。因此，检测和预防立体显示对观看过程 中造成的视疲劳等不适症状十分必要。
[0003] 已有的检测视疲劳的方法主要包括主观调查法、客观分析法两类。主观调查法主 要以问卷或度量表形式展开，调查内容和描述方式由实验设计者决定。受试者分别在观看 3D影片前后凭主观感受填写问卷或度量表。研究者通过统计问卷或度量表的结果得出初步 结论客观分析法包括测量生理神经信号和视光学检查法两种。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提出了一种基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系 统，该系统将主观判断结果与基于心电信号的判断结果相结合，能够简单快速地定量检测 观看立体显示所造成的视疲劳程度。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，包括
[0007] 立体显示装置，用于显示立体视频；
[0008] 眼部参数采集模块，用于采集用户立体视觉功能，选择参加实验用户；
[0009] 视疲劳主观评测模块，用于采集实验用户在观看立体视频前后的各项疲劳症状 值；
[0010] 心电信号采集设备，用于采集用户在观看立体视频前T分钟以及整个观影期间的 心电信号；
[0011] 数据处理模块，用于对观看立体视频前后的各项疲劳症状值分别求和，分别记为 XI和X2,当X2-Xl>s，初步判定存在疲劳，所述S为预先设定的阈值;对心电信号采集设备所 采集的心电信号的各项指标按照设定的时间步长T进行分组，对各项指标与时间做单因素 方差分析，将显著值小于〇. 05的指标进行进一步分析，具体为：
[0012] 针对时域指标，利用SPSS统计软件绘制该指标随时间变化的均值图，同时计算时 域指标的近似熵，绘制近似熵随时间变化的均值图；
[0013] 针对频域指标，计算频域指标随时间变化的均值图，同时对频域指标进行快速傅 里叶分析并绘制FFT图谱；
[0014]数据处理模块，根据上述计算的各均值图和FFT图谱，判断用户是否存在疲劳；当 根据各项疲劳症状值判断的结果与根据心电信号判断的结果相同时，判定用户存在疲劳。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：
[0016] 第一，本发明通过主客观测量结合的方法，从客观指标(心电信号）和主观视疲劳 (疲劳症状值)之间的一致性和相关性等方面入手，验证所测客观指标的有效性，通过视疲 劳主观评测模块获取用户视疲劳的实际情况，并用每个时间段的各项心电指标作为计算数 据，一定程度上增加了主观视疲劳判断的可靠性和稳定性，提高测量结果的准确度。
[0017] 第二，本发明所选取的客观指标为心电信号，心电信号采集设备成本低，使用简 单，无需用户过多配合使用，大大提高操作效率。
[0018] 第三，本发明利用特定的心电数据分析方法，通过对心电信号数据进行分组，利用 单因素方差分析获取时域、频域有效指标，进一步分析时域和频域有效指标，并计算时域有 效指标的近似熵，近似熵作为分析生物信号的一种手段，其变化趋势可以更为准确地说明 疲劳程度变化，利用上述各项数据综合评估用户的疲劳程度，提高评估结果的准确性以及 可信度。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明提出的视疲劳检测方法流程图；
[0020] 图2是本发明心电数据处理流程图。
【具体实施方式】
[0021] 为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明做进一步的详细描 述。
[0022] 如图1所示，本发明提出了一种基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，该系 统能够简单快速地定量检测观看立体显示所造成的视疲劳程度。
[0023] 本发明中的视疲劳检测流程包括硬件和软件两大部分。系统中需要用到的硬件包 括计算机、心电信号采集装置、显示装置等设备和仪器，软件部分包括眼部参数采集模块、 视疲劳主观评测模块及数据处理模块等。
[0024]显示装置用于显示立体视频；眼部参数采集模块用于采集用户立体视觉功能，选 择参加实验用户;视疲劳主观评测模块用于采集实验用户在观看立体视频前后的各项疲劳 症状值;在用户观看显示装置上播放的立体视频的过程中，心电信号采集设备全程同步记 录用户的心电信号;数据处理模块用于对心电信号和各项疲劳症状值进行处理，对观看立 体视频前后的各项疲劳症状值分别求和，分别记为XI和X2，当X2-Xl>s，初步判定存在疲劳， 所述S为预先设定的阈值;对心电信号采集设备所采集的心电信号的各项指标按照设定的 时间步长T进行分组，对各项指标与时间做单因素方差分析，将显著值小于0.05的指标进行 进一步分析，具体为:针对时域指标，利用SPSS统计软件绘制该指标随时间变化的均值图， 同时计算时域指标的近似熵，绘制近似熵随时间变化的均值图；针对频域指标，计算频域指 标随时间变化的均值图，同时对频域指标进行快速傅里叶分析并绘制FFT图谱，获取更为直 观的数据变化情况;数据处理模块根据上述计算的各均值图和FFT图谱，判断用户是否存在 疲劳；当根据各项疲劳症状值判断的结果与根据心电信号判断的结果相同时，判定用户存 在疲劳。
[0025]通常可在空间足够大的房间内利用本系统进行疲劳检测，且房间内的湿度、温度 和光照均可以达到平常的室内环境。为了保证用户的视觉状态良好，建议将测量安排在上 午九点和下午两点进行；因为前期对参加测试的采访表明，在这两个时间段，眼睛刚刚得到 较好的休息，视觉状态为一天中较为良好的时候。当然，在条件一致的前提下，或者仅仅出 于试验的目的，也可以安排在其它时间进行。
[0026] 检测使用的立体显示器，可使用如：红蓝立体显示器、偏光立体显示器、频闪式立 体显示器、裸眼立体显示器、红蓝立体投影屏、偏光立体投影屏、频闪式立体投影屏、裸眼立 体投影屏等。用户在观看时应坐在到显示器一定距离的位置上，通常距离显示器90cm，该位 置以及用户的视线方向在测量开始前可以微调，从而获得合适的观看距离和角度。当采用 红蓝立体显示器、偏光立体显示器、频闪式立体显示器、红蓝立体投影屏、偏光立体投影屏、 频闪式立体投影屏等显示设备进行观看时，用户需要佩戴相应的红蓝眼镜、偏光眼镜或者 频闪式眼镜等。
[0027]本发明分别对两次测量的各项疲劳症状值求和，汇总每个用户两次求和数据并绘 制直方图，以此获取用户观看立体视频前后主观疲劳度变化情况。对于两次测量差值的最 小有效值8,应进行大量实验来统计获得。
[0028]本发明基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统的检测方法共分为三个阶段 进行：
[0029] 1 ?第一阶段
[0030]眼部参数采集模块，用于采集用户立体视觉功能，选择参加实验用户；例如，所采 集的立体视觉功能可以为近视、远视、斜视、散光、主眼、立体视觉等，如表1所示，然后根据 所采集的数据，选择满足具有立体视觉(可以通过立体视觉测试），无远视以及斜视，近视度 数小于400°，散光度数小于100°条件的用户作为参加实验的用户。
[0031]表1所采集的立体视觉数据
[0033] 2 ?第二阶段
[0034] 观看立体视频前，视疲劳主观评测模块采集实验用户的各项疲劳症状值;使用立 体显示装置播放立体视频，本方法中要求播放时长为70分钟且为连续播放，检测使用的影 片需情节平缓，用户与显示屏距离2米，且在播放前需静坐休息五分钟；心电信号采集设备 设置的采样频率为500,从用户静坐休息开始记录心电信号，直至视频播放结束后停止采集 信号;观看立体视频后视疲劳主观评测模块采集实验用户的各项疲劳症状值，如表2所示；
[0035] 表2采集实验用户的各项疲劳症状数据
[0036]
[0037] 3.第三阶段
[0038]包括观看立体视频前后各项疲劳症状值的处理和心电数据的处理;如图2所示，心 电数据需按时间进行分组后进行处理，其中需使用专业心电信号分析软件，获取心电信号 各项时域，频域和非线性指标。其中时域指标包括心率，NN间隔等，频域指标包括心电信号 低频和高频成分，非线性指标即对心率的近似熵的计算结果。在获取各项心电指标后，首先 分别对每项指标进行显著性分析，对显著性分析结果小于等于0.05的指标进行进一步均方 图的绘制，得出各项指标随时间变化的曲线。根据上述计算的各均值图等，判断用户是否存 在疲劳，例如上述均值图中若心率平均值(meanHR)随时间呈上升趋势，或NN间隔标准差 (SDNN)随时间呈上升趋势，说明用户存在疲劳；当根据各项疲劳症状值判断的结果与根据 心电信号判断的结果相同时，判定用户存在疲劳。
[0039]通过上述步骤，就完成了本方法所述的检测立体显示所致视疲劳的全部程序。针 对每一个用户，只需按照上述流程操作，具体细节可视具体实施过程按需调整。
[0040] 本发明用于检测人们在观看立体视频时所产生的视疲劳，能够采集用户在观看立 体视频时的一些客观指标，通过对心电信号的处理分析来估计用户的疲劳程度；同时，采集 用户观看过程中的主观评价，作为参考值与上述客观指标的结果进行验证分析。
[0041] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，其特征在于，包括 立体显示装置，用于显示立体视频； 眼部参数采集模块，用于采集用户立体视觉功能，选择参加实验用户； 视疲劳主观评测模块，用于采集实验用户在观看立体视频前后的各项疲劳症状值； 心电信号采集设备，用于采集用户在观看立体视频前T分钟以及整个观影期间的心电 信号； 数据处理模块，用于对观看立体视频前后的各项疲劳症状值分别求和，分别记为XI和 X2,当Χ2-Χ1>δ，初步判定存在疲劳，所述δ为预先设定的阈值;对心电信号采集设备所采集 的心电信号的各项指标按照设定的时间步长Τ进行分组，对各项指标与时间做单因素方差 分析，将显著值小于0.05的指标进行进一步分析，具体为： 针对时域指标，利用SPSS统计软件绘制该指标随时间变化的均值图，同时计算时域指 标的近似熵，绘制近似熵随时间变化的均值图； 针对频域指标，计算频域指标随时间变化的均值图，同时对频域指标进行快速傅里叶 分析并绘制FFT图谱； 数据处理模块，根据上述计算的各均值图和FFT图谱，判断用户是否存在疲劳；当根据 各项疲劳症状值判断的结果与根据心电信号判断的结果相同时，判定用户存在疲劳。2. 根据权利要求1所述基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，其特征在于，所述 时间步长T = 5。3. 根据权利要求1所述基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，其特征在于，所述 立体显示装置是下列三维显示器中的一种:红蓝立体显示器、偏光立体显示器、频闪式立体 显示器、裸眼立体显示器、红蓝立体投影屏、偏光立体投影屏、频闪式立体投影屏、裸眼立体 投影屏。4. 根据权利要求1所述基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，其特征在于，所述 参加实验用户为:无远视、无斜视、近视度数小于400°、散光度数小于100°的用户。5. 根据权利要求1所述基于心电信号的立体显示视觉疲劳检测系统，其特征在于，所述 立体视屏播放时长为70分钟且为连续播放，所述立体视频内容连续不间断且情节平缓，参 加实验用户与显示屏距离2米，且在播放前需静坐休息Τ分钟，心电信号采集设备设置的采 样频率为500。
【文档编号】A61B3/02GK105852797SQ201610331359
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】刘越, 杜茗晗, 王涌天, 翁冬冬
【申请人】北京理工大学