[发明专利]一种可穿戴骨传导疲劳驾驶检测方法及装置

权利要求书

1.一种可穿戴骨传导疲劳驾驶检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、生理传感信号采集：在骨传导装置中集成高敏感传感电路，通过集成有高敏感传感电路的骨传导装置采集驾驶员的生理传感信号；

S2、生理传感信号预处理：根据预处理后不同类型的生理传感信号的变化幅度来动态调整模拟增益，对采集的生理传感信号进行局部过采样和平均化，并对平均化之后的生理传感信号进行下采样；

S3、信号噪声消除：分别通过调整单位增益放大对应的三重级联放大电路、前馈微分预放大对应的三重级联放大电路、增益动态对应的三重级联放大电路来消除步骤S1采集的混合生理传感信号中包含的环境噪声；增益动态对应的三重级联放大电路为生理特征传感电路；

S3.1、单位增益放大；由基尔霍夫定律得：

（1）

上式中，是信号源；为输入电压；和是皮肤电极接触阻抗；是每个运算放大器的输入阻抗；为复数符号，的平方是-1；是交流电信号的角频率，是交流电信号的角速度,是交流电信号的角频率的倍；是每个运算放大器的寄生电容；是每个运算放大器的输出电压；表示寄生电容的交流阻抗；

从式（1）中去除输入电压，得到三重级联放大电路的实际增益、皮肤电极接触阻抗和信号线的固有电容𝐶w之间的关系：

（2）

上式中，为三重级联放大电路的实际增益，𝐺=/，其中是每个运算放大器的输出电压，是信号源；和是皮肤电极接触阻抗；是每个运算放大器的输入电阻；为复数符号，的平方是-1；是交流电信号的角速度；𝐶w是信号线的固有电容；𝐴是每个运算放大器的理想电压增益；是每个运算放大器的输入电容；为每个电极使用运算放大器缓冲器，将高阻抗线转换为近似零，将公式（2）重写为运算放大缓冲器在单位增益放大阶段的形式:

（3）

上式中，为运算放大器在增益放大阶段的电阻，是皮肤电极接触阻抗，为复数符号，的平方是-1；是交流电信号的角速度；是在增益放大阶段信号线的固有电容；是增益放大阶段运算放大器的输入电容；是在增益放大阶段运算放大器的理想电压增益；是增益放大阶段所用运算放大器的寄生电容；𝐴是每个运算放大器的理想电压增益；

根据式（3），将每个电极与其缓冲区之间的连接固定在稳定的结构中；并使用微同轴屏蔽电缆屏蔽，随后使用与运算放大器输出信号相同的电压驱动电缆屏蔽；

S3.2、前馈差分预放大：在将电缆驱动到三重级联放大电路中的生理特征传感电路之前，采用前馈差分放大技术预先对耳后信号进行预放大；并采用交叉连接技术，用一个增益电阻器来设置两个前馈仪表放大器的增益，产生完全差分和预放大的信号；

S3.3、增益动态调整：基于不同类型的生理传感信号之间的差异幅度对信号增益进行实时动态调整，以获得高分辨率的脑电波信号、眼球运动极化信号、面部肌电信号和皮电活动信号；

S4、生理传感信号模电转换：用带通滤波器将采集的混合生理传感信号分离为脑电波信号、眼球运动极化信号、面部肌电信号和皮电活动信号；采用模拟数字转换器A将脑电波信号、眼球运动极化信号和面部肌电信号转换为对应的数字信号，采用模拟数字转换器B将皮电活动信号转换为对应的数字信号；

S5、疲劳驾驶特征提取：将脑电波信号、眼球运动极化信号、面部肌电信号和皮电活动信号的时间序列数据划分为固定大小的片段，从每个片段提取时域特征、频谱特征和非线性特征；

S6、基于步骤S5中提取的疲劳驾驶检测特征，采用由三个基本分类器组成的层次疲劳驾驶检测模型；层次疲劳驾驶检测模型第一层采用随机森林分类器，第二层采用Adaboost分类器，最后一层采用支持向量机；判断层次疲劳驾驶检测模型第一层和第二层的概率之和大于设定值的预测样本为疲劳驾驶，将剩余的样本转移到第三层，利用支持向量机对剩余样本进行疲劳驾驶判断，若支持向量机输出为1，则判定为疲劳驾驶，若支持向量机输出为0，则判定为非疲劳驾驶；若判定处于疲劳驾驶状态，则通过骨传导装置向驾驶员发送预警信息。