[发明专利]一种基于脑电信号的驾驶员瞌睡状态监测方法

说明书

本发明公开了一种基于脑电信号的驾驶员瞌睡状态监测方法，可以实现连续的瞌睡状态监测、分级和提醒。此方法通过对驾驶员实时脑电信号采用传统的时频域分析方法和多特征分类器提取到一批能表征瞌睡状态的特征参数，建立瞌睡指数自动监测模型，并自动分级和提醒。本发明更加准确地反映脑电活动和瞌睡状态之间的关系，并且可以在移动平台上使用。

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域和信号处理领域，主要是在驾驶过程中通过脑电波对驾驶员的瞌睡状态进行检测的一种方法。

背景技术

打瞌睡是大脑疲劳的一种生理反应，也是一种渐进性的状态，如今国内外有对睡眠进行的标准化分类，但是对瞌睡状态还没有一个统一的标准，人从兴奋-常态-倦怠-瞌睡-非常瞌睡之间没有明显的分类界限，因此也没有一个很好的方法来监测瞌睡，瞌睡对于某些长时间单调的工作状态，因为它的隐密性和渐进形式使得很多事故隐患在不知不觉中发生，例如驾驶过程中，疲劳驾驶引发的事故就是因为瞌睡状态下司机没有得到及时的提醒发生的，因此瞌睡状态的研究具有很重要的应用价值。

脑电信号的研究结果表明，很多的外在表现都能从大脑皮层功能检测上得到结果，脑电信号对外在的反应，可以通过波幅、频率等等多种特征来表示，研究结果表明，当人处于不同的精神状态的时候，脑电波的基本特征有着相应的稳定的非连续的变化性，这个变化性可以通过一定的函数关系进行描述的。

随着电子技术的发展，智能终端和移动便携的脑电信号采集设备的出现，都给对驾驶员进行基于脑电信号的瞌睡监测方法研究提供了技术支持，信号分析的方法对驾驶员的脑电信号进行实时检测，通过智能终端读取脑电信号并进行计算，通过设定的阈值对超数值的驾驶员进行提醒和驾驶干预，以此来降低疲劳驾驶的事故率。

虽然对瞌睡以及瞌睡状态的研究成果并不多见，但是和瞌睡紧密相关的注意力的研究成果却很多，对于注意力的研究成果最成功的就是通过对脑电信号进行时频域分析，提取其中的脑电信号不同波段的能量谱进行分析，从成分比例上可以判断出注意力的程度。

瞌睡类似于注意力，但是比注意力研究更加复杂，因此，本发明不仅采用传统的时频域分析方法，从不同波段能量谱成分上进行分析，还从脑电信号本身以及脑电信号相位差上进行分析，分别利用二阶盲辨识、 相位同步和能量熵的方法对脑电信号进行分析，从不同方面分析瞌睡状态，这样能更加准确的反映脑活动和瞌睡之间的关系。

发明内容

本发明的目的是针对现在车辆越来越普及，由于疲劳引发的驾驶事故越来越多，但是没有一种有效的方法来监测驾驶员睡眠状态的不足，提供了一种基于脑电信号的驾驶员睡眠状态监测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于脑电信号的驾驶员睡眠检测方法，该方法主要包括以下步骤：

(1)利用移动脑电信号采集设备，获取脑电信号，主要获取技术手段和技术参数可描述如下：

首先对受试者在驾驶环境下进行分状态段进行脑电信号采集，状态段分为清醒状态、已经明显打瞌睡状态，和浅睡眠状态，然后在常态下进行受试者进行多次从清醒到睡着，然后从睡着到清醒进行脑电信号采集，整个实验采集不同性别、不同年龄层的受试者脑电数据，建立相关的脑电信号数据库，采集脑电信号技术参数主要包括采集过程中采样频率为128Hz，进行1-49Hz带通滤波，脑电信号每3秒作为一个数据存储单元；

(2)分别采用时频域方法、二阶盲辨识、相位同步和能量熵的方法对脑电信号数据库的数据进行特征提取，提取的脑电信号特征包括频域相关参数，时域上的脑电信号特征以及相位和时频域上定义的能量熵值；

(3)对每个受试者的脑电信号，首先利用上述方法对驾驶状态下的不同状态段进行特征提取，然后对常态下的脑电信号进行特征提取，最后对两种脑电信号进行特征比对；

(4)根据上面计算进行瞌睡状态进行连续的数值定义；