基于虹膜检测技术构建中学生精神压力检测系统的方法与流程

本发明涉及计算机、医学、健康管理交叉学科技术领域，具体是涉及基于虹膜检测技术构建中学生精神压力检测系统的方法。

背景技术：

国家制定教育改革发展规划，强调加强未成年人的心理健康教育，促进学生身心健康，体魄强健，意志坚强，提高学生的综合素质，使学生成为德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。学生心理健康教育是实现学生综合素质的一个重要方面，尤其是高中学生是人生成长的重要阶段，身心健康与否对其一生的影响非常大。而现在我们高中生心理压力非常大，主要来源于心理变化、课程深、作业多、教学方法与初中不同，尤其是高考竞争压力非常大,睡眠严重不足。70％的高中生都不同程度的存在心理压力，导致易怒、情绪不稳、情绪低落、厌学，有的甚至走向极端。

心理健康分四个等级：健康状态、不良状态、心理障碍、心理疾病。不良状态又称第三状态,是界于健康状态与疾病状态之间的状态。是正常人群组中常见的一种亚健康状态,它是由于个人心理素质(如过于好胜、孤僻、敏感等)、生活事件(如工作压力大、晋升失败、被上司批评、婚恋挫折等)、身体不良状况(如长时间加班劳累、身体疾病)等因素所引起。心理障碍心理障碍是因为个人及外界因素造成心理状态的某—方面(或几方面)发展的超前、停滞、延迟、退缩或偏离。心理疾病是由于个人及外界因素引起个体强烈的心理反应(思维、情感、动作行为、意志)并伴有明显的躯体不适感，是大脑功能失调的外在表现。

学校在学生心理健康管理方面，国家制定了心理健康管理办法，要求从课程设计、教师配备等方面开展工作。但在具体工作中，部分学校定期开展心理健康讲座、建立学生健康档案(仅限于体检资料)，配备心理咨询老师，建立心理咨询室、开展问卷调查。一些高校和心理研究机构，开展了一些访谈、调查研究，或研究开发学生健康管理系统。这些工作都是事后发现，事后干预。没有形成一套完整的健康教育体系和完整的健康管理支持系统，加上心理健康在前期很难发现，这个时候只有学生默默的承受，加上学生缺乏心理健康知识，学生也很少主动找心理老师沟通(况且大部分学校没有配、即使配了数量也很少)，老师也没法主动前期干预，导致学生身体健康和心理健康越发严重，普遍出现脾气爆燥，不能自己控制，甚至到轻生的极端局面。鉴于高中生心理健康教育的极端重要性和心理健康教育严重缺位，迫切要求加强高中学生心理健康管理，要求建立有效的学生心理健康监控机制，及时发现情况，主动预防，针对性开展工作，同时开展学生心理健康规律研究，科学防治学生心理健康问题发生。

虹膜学以形态学为基础，透过研究眼睛虹膜和瞳孔的形态变化(眼睛结构及虹膜见附图1)来观测、预测和推断人体整体体质、全身健康的状况和疾病的发生和康复的过程。虹膜的颜色及附着的色斑以及组织结构的变化等现象是反映人体遗传体质和各脏器系统缺陷学问和实用技术。通过观察虹膜对身体健康状况进行分析并相应的进行调理和治疗，是自成体系的完整医学。在健康管理活动中是安全、简便、全面、无伤害的健康检测和评估技术。从虹膜医学的视觉出发带之而来的自然疗法的健康干预方法。

根据西方一百多年的观察，虹膜组织非常敏感的透露身体各个部位和器官的信息，它表示明确，征兆显著，易于识别。法国的虹膜学者P.FRAGNAY通过6000例眼检查，指出”其可靠率达到95％，这与统计学处理过的许多生物学检查的可靠性相当”。俄罗斯80万患者的检查发现，虹膜学对疾病的检出率高达80％。通过AJU大学测定的30多万份临床对照虹膜学在几种常见普通疾病准确率达到78.2％。我国中医的全息诊疗也发现人体离心越远越且越细小的部位，越具有最早反映体内疾病信息的现象。虹膜学的特征是简便、直接、相对标准数据化模糊，主要提示危机和倾向，这项技术在疾病预防领域能够发挥独特的作用。尤其是在学生心理健康管理方面更能发挥独特作用，心理健康很难直接显现出来，或表现不明显，很难用常规医学检查指标来量化，通常只能仔细尝试观察和面对面交谈，而且大部分学生还不会坦诚告知(有隐私问题)，也不能全面及时发现学生心理压力等方面的心理健康问题。而通过虹膜观测能够比较及时初步发现学生心理压力方面的心理健康问题。

(1)虹膜诊断学理论

虹膜学的普遍应用的虹膜特征，包括颜色、色斑分布、裂陷位置和各种几何特征。在虹膜学中，虹膜表面的指定位置与指定的某些器官和疾病相联系，一旦这些这些位置出现沟陷等特征，说明这个位置代表的器官处于薄弱或病态。附虹膜与器官疾病的映射图。一个完美的虹膜显示出来的是没有裂缝，没有坑洞，没有先天的遗传弱点，纤维组织也没有扭曲，没有沉积，颜色很均匀，如同一块新的丝绸布。当完美的虹膜出现变化，就表示身体方面的器官有功能性改变或下降，身体出现不协调状态，就是我们所提到的亚健康。身体疾病会引起虹膜的六大异常现象(见附图2)：

A坑洞：呈立体状，一般来说坑洞越多，体质越差，基因差、遗传因子相对来说也不是很好，坑洞分为开放型和封闭型两种，开放型的坑洞较好处理，而封闭型的坑洞反之就较难以治疗。

B斑块：呈平面状，经常服用抗生素药物会产生斑块，通常斑块会出现在组织纤维较弱或缺氧的部位；又叫毒素斑(含药物斑)。呈平面状，经常服用抗生素药物会产生斑块，通常斑块会出现在组织纤维较弱或缺氧的部位。斑块色泽越深，对该器官危害越大。

C线条：分两种(阳光放射线和裂纹)，代表着该身体器官的衰退，通常会伴有疼、酸痛的现象。线条越多、越大、越长，色泽越深，代表身体衰退越严重。

D精神压力环：以瞳孔为中心向外形成同心圆，多为浅白色或凹凸不平，是由于神经过度紧张、疲劳、压力过大造成的。多为浅白色，新陈代谢循环不良，神经处于紧张状态。

E颜色变化。

F密度变化。

(2)虹膜医学检测技术

作为虹膜健康检查的工具--虹膜检测仪器，从1866年创立起，科技的发展也不断的推动仪器的发展，从最初的普通放大镜到专业的纯光学仪器，再到电子显微镜，发展到现在的融合了最新电脑科技的诊察分析系统。

第一代：纯光学仪器作为最初的虹膜检测仪器，最初是采用普通的放大镜，需要由外部环境光做光源，因此环境的光线不足对检测的影响很大，对虹膜师的要求也很高。随着应用的普及，出现了专业的虹膜仪器，它仍然采用纯光学的放大镜，但配备了检测灯光，使虹膜师能清楚的观察虹膜。因为普通的放大镜价格极为便宜，不需要电源，在任何场合都可以使用，至今仍然有少数虹膜师随身携带，在个别场合应用。

第二代：光学+电子仪器。随着电子科技的发展，原来的光学仪器结合了电子技术发展成第二代的虹膜仪，它由光学部件组成虹膜仪的镜头，由电子元件完成信号采集/转换、甚至临时储存的功能，然后通过显示仪器(专业的彩色监视器、通用的彩色电视机)显示出来。第二代虹膜仪的出现，让更多的人了解虹膜，让虹膜师在检测解说的时候更加清楚明了，并大大推动了虹膜的教育、普及。第二代虹膜仪发展到后来，具备了更多的功能，如定格功能：可以临时储存一个或少数多个图片，方便分析解说；更换各种倍率的镜头：使虹膜仪具备了照相、皮肤检测、头发检测的功能；配备小型LCD显示器的便携式仪器。第二代虹膜仪应用广泛，但随着应用的普及，人们也不断提出了更多的需求：要求可以储存测试图片、记录客户档案、具备分析功能、推荐产品功能、打印功能、对比功能。需求带动了虹膜仪的发展，结合了最新电脑技术的新一代虹膜仪出现了。

第三代：光学+电子+计算机技术。计算机的出现大大推进了社会的发展，也使虹膜仪进入了智能的时代，使更多的人可以方便的掌握虹膜诊察的应用。无需专业培训：电脑自动诊察分析(NAUIDS)，不需要熟记虹谱图；可以储存客户档案、测试资料，并打印诊察报告；开放式分析系统让使用者不断完善升级自己的系统。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种基于虹膜检测技术构建中学生精神压力检测系统的方法，通过对虹膜的精神压力线进行检测，直接诊断和发现学生的心理健康疾病。

本发明的技术方案是：基于虹膜检测技术构建中学生精神压力检测系统的方法，所述系统包括虹膜图像采集模块、虹膜图像预处理模块、虹膜特征及压力曲线特征分析模块、身份识别及精神压力诊断模块、统计分析模块；

所述虹膜图像采集模块是通过合理的光学和电路的设计，并以友好的人机接口获取高质量的虹膜图像；

所述虹膜图像预处理模块主要进行虹膜的定位、归一化；从虹膜图像采集设备得到的图像包含了眼睑、睫毛等，因此需对虹膜进行定位；不同大小的虹膜无法进行匹配识别，而虹膜的归一化就是纠正这些缩放失真；

所述虹膜特征及压力曲线特征分析模块主要包括虹膜特征提取和编码以及虹膜压力曲线特征提取和编码，虹膜的特征提取和编码是指从归一化后的虹膜图像中提取出能够有效地表达和描述虹膜的个性化信息，对其进行编码使其能在计算机上存储和读取；虹膜压力曲线特征提取和编码是指从归一化后的虹膜图像中提取出能够有效反应精神压力的信息，对其进行编码使其能在计算机上存储和读取；

所述身份识别及精神压力诊断模块首先是学生身份识别，将特征提取得到的虹膜特征编码与数据库中的虹膜图像特征编码逐一匹配，建立虹膜模图像，判断是否为相同虹膜，从而识别身份；同时进行学生心理健康状况诊断，将提取出的压力曲线特征码与知识数据库中的压力特征码进行比较，建立虹膜心理压力曲线图像及数据库，以及与心理压力分级关联知识库，来确定心理压力等级结果；可以利用已有的虹膜心理压力曲线图像及数据库，来分析梳理建立起心理压力诊断知识库，其准确性需要在实际应用中去验证，同时在应用中随着样本的增多不断完善和修正知识库；

所述统计分析模块是根据诊断结果，通过运用大数据技术，进行各种统计挖掘分析。

进一步地，在上述方案中，所述所述虹膜图像采集模块采用的是心理压力专用虹膜采集摄像设备，主要能采集用于身份识别和压力曲线的识别即可，相应于专用的医学虹膜检测摄像，相对来说要简单得多、精度要求也可也降低。其费用相对要低，其后台分析系统也简单一些，而且图像采集距离也远一些一般的采集距离可以达到，采集距离很关键，这样图像采集方便，又不易引起学生反感；设备安装的位置选择在学生定期出入的位置，采光要达到要求，达不到要求的还要加辅助光源。最好不对学生的日常行为引起任何改变和影响，又能定期全面采集，如安装在特殊位置，需学生专门采集，会引起学生反感，而且很难定期采集、采集的学生也不全面，建议安装在教室门口比较理想，还可作为学生考勤用，对学生宣传就是考勤系统，既能保障采集的要求，又不至于引起学生的反感和不配合。

进一步地，在上述方案中，所述虹膜图像预处理模块与虹膜特征及压力曲线特征分析模块采用的是虹膜图像分析软件。

进一步地，在上述方案中，所述图像采集模块、虹膜图像预处理模块、虹膜特征及压力曲线特征分析模块、身份识别及精神压力诊断模块与统计分析模块之间的信息传输均是通过后台计算机系统和采集传输网络来实现的。

进一步地，在上述方案中，所述心理压力分为四级，心理从健康状态到心理疾病状态一般可分为4个等级：健康状态、不良状态、心理障碍、心理疾病。心理压力诊断很难做到精确识别，只要能初步识别处于哪个级别就可以了。

进一步地，在上述方案中，所述的各种统计挖掘分析包括按班级、年级，按性别统计分析，按时间顺序统计，按上课课程统计，按上课老师统计，按考试、运动会等活动等事件进行统计。

进一步地，还可以将学生的健康体检数据、学习成绩、课程安排、气候条件、上课教师信息、时间、学校活动事件等数据信息录入所述系统，利用大数据技术进行统计分析，来对学生的心理压力进行科学分析，探索学生心理压力规律，不仅能提前预防学生心理健康疾病，而且为改进学校课程设置、教学内容、活动安排等提供科学依据。

进一步地，所述系统可以作为学生健康体检的辅助手段，可以应用于学校的安全管理，应用于学生、教师的考勤管理，应用于学生考试管理。还可应用于学校食堂就餐、图书借阅管理。另还以对教师的健康情绪管理，教师心理情绪对学生影响非常大，更应该科学管理。

本发明的有益效果是：本发明的基于虹膜检测技术构建中学生精神压力检测系统通过对虹膜的精神压力线进行检测，从而检测出学生的精神压力，直接诊断和发现学生的心理健康疾病。本发明的检测系统简单，容易实现，可靠性和准确性高。通过制定系统的管理使用办法，定期采集学生压力情况，分析学习压力情况，对达到心理压力界线的学生，班主任(或心理辅导老师)再去观察或对学生交谈进行全面了解，核实摸准学生的心理压力情况及压力产生的原因，有针对性的开展学生辅导工作，既保证了学生的隐私。本发明还可以作为学生健康体检的辅助手段，应用于学校的安全管理，应用于学生、教师的考勤管理，应用于学生考试管理，还以对教师的健康情绪管理。

附图说明

图1是本发明的系统原理图；

图2是虹膜六大异常现象示意图；

图3是本发明的硬件构成示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明：

如图1所示，基于虹膜检测技术构建中学生精神压力检测系统的方法原理图，该述系统包括虹膜图像采集模块、虹膜图像预处理模块、虹膜特征及压力曲线特征分析模块、身份识别及精神压力诊断模块、统计分析模块；虹膜图像采集模块是通过合理的光学和电路的设计，并以友好的人机接口获取高质量的虹膜图像；虹膜图像预处理模块主要进行虹膜的定位、归一化；从虹膜图像采集设备得到的图像包含了眼睑、睫毛等，因此需对虹膜进行定位；不同大小的虹膜无法进行匹配识别，而虹膜的归一化就是纠正这些缩放失真；虹膜特征及压力曲线特征分析模块主要包括虹膜特征提取和编码以及虹膜压力曲线特征提取和编码，虹膜的特征提取和编码是指从归一化后的虹膜图像中提取出能够有效地表达和描述虹膜的个性化信息，对其进行编码使其能在计算机上存储和读取；虹膜压力曲线特征提取和编码是指从归一化后的虹膜图像中提取出能够有效反应精神压力的信息，对其进行编码使其能在计算机上存储和读取；身份识别及精神压力诊断模块首先是学生身份识别，将特征提取得到的虹膜特征编码与数据库中的虹膜图像特征编码逐一匹配，建立虹膜模图像，判断是否为相同虹膜，从而识别身份；同时进行学生心理健康状况诊断，将提取出的压力曲线特征码与知识数据库中的压力特征码进行比较，建立虹膜心理压力曲线图像及数据库，以及与心理压力分级关联知识库，来确定心理压力等级结果；心理压力分为四级，心理从健康状态到心理疾病状态一般可分为4个等级：健康状态、不良状态、心理障碍、心理疾病。心理压力诊断很难做到精确识别，只要能初步识别处于哪个级别就可以了。可以利用已有的虹膜心理压力曲线图像及数据库，来分析梳理建立起心理压力诊断知识库，其准确性需要在实际应用中去验证，同时在应用中随着样本的增多不断完善和修正知识库；统计分析模块是根据诊断结果，通过运用大数据技术，进行各种统计挖掘分析。种统计挖掘分析包括按班级、年级，按性别统计分析，按时间顺序统计，按上课课程统计，按上课老师统计，按考试、运动会等活动等事件进行统计。

其中，虹膜图像采集模块采用的是心理压力专用虹膜采集摄像设备，主要能采集用于身份识别和压力曲线的识别即可，相应于专用的医学虹膜检测摄像，相对来说要简单得多、精度要求也可也降低。其费用相对要低，其后台分析系统也简单一些，而且图像采集距离也远一些一般的采集距离可以达到，采集距离很关键，这样图像采集方便，又不易引起学生反感；设备安装的位置选择在学生定期出入的位置，采光要达到要求，达不到要求的还要加辅助光源。最好不对学生的日常行为引起任何改变和影响，又能定期全面采集，如安装在特殊位置，需学生专门采集，会引起学生反感，而且很难定期采集、采集的学生也不全面，建议安装在教室门口比较理想，还可作为学生考勤用，对学生宣传就是考勤系统，既能保障采集的要求，又不至于引起学生的反感和不配合。

如图3所示，本系统的硬件构成，图虹膜图像预处理模块与虹膜特征及压力曲线特征分析模块采用的是虹膜图像分析软件。图像采集模块、虹膜图像预处理模块、虹膜特征及压力曲线特征分析模块、身份识别及精神压力诊断模块与统计分析模块之间的信息传输均是通过后台计算机系统和采集传输网络来实现的。

将学生的健康体检数据、学习成绩、课程安排、气候条件、上课教师信息、时间、学校活动事件等数据信息录入所述系统，利用大数据技术进行统计分析，来对学生的心理压力进行科学分析，探索学生心理压力规律，不仅能提前预防学生心理健康疾病，而且为改进学校课程设置、教学内容、活动安排等提供科学依据。本系统做为学生健康体检的辅助手段，应用于学校的安全管理，应用于学生、教师的考勤管理，应用于学生考试管理，应用于学校食堂就餐、图书借阅管理，对教师的健康情绪管理。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。