用于判定困倦狀態的設備和方法

用于判定困倦狀態的設備和方法
【專利摘要】用于判定困倦狀態的設備和方法包括：信息獲取器，獲取用戶的生理信息；模式判定器，設定在根據應用于判定用戶困倦狀態的變量而分類的模式中的操作模式。閾值判定器基于在數據庫（DB）中存儲的參考表中的數據，設定用于所設定模式的應用變量的閾值。生理指數計算器基于從信息獲取器實時獲取的用戶的狀態信息，針對各個應用變量計算測量值。狀態判定器通過比較從針對各個應用變量而計算的測量值中產生的用戶表與參考表，從而判定用戶的困倦狀態。
【專利說明】用于判定困倦狀態的設備和方法
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2013年7月24日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第 10-2013-0087518號優先權的權益，其公開內容通過引用的方式整體并入本文。

【技術領域】
[0003] 本公開涉及用于判定困倦狀態的設備和方法，更具體地，涉及基于駕駛員的生理 狀態變化來判定困倦狀態的技術。

【背景技術】
[0004] 通常而言，存在使用生理信號來判定駕駛員的困倦狀態的方法。
[0005] 通過使用生理信號來判定困倦駕駛的方法是，通過分析可從生理信號獲得的具體 變量的信息來判定駕駛員的困倦狀態。然而，因為用于判定困倦狀態的變量局限于變量中 的某一些，在考慮駕駛員的整體情況時存在限制。
[0006] 此外，因為困倦狀態的判定是獨立判定的，并且不會針對各個具體變量來綜合考 慮，駕駛員的困倦狀態不能詳細分析。


【發明內容】

[0007] 已經鑒于以上問題做出本發明，而且本公開提供一種用于判定困倦狀態的設備和 方法，該設備和方法能夠通過比較基于多個用戶所制作的參考表與根據用戶生理狀態變化 所制作的用戶表來實時判定用戶的困倦狀態。
[0008] 本公開提供一種用于判定困倦狀態的設備和方法，能夠基于在車輛駕駛過程中從 用戶實時獲取的生理信息、動作信息等，通過與參考表的比較來簡單而快速地判定用戶困 倦狀態。
[0009] 本公開還提供一種用于判定困倦狀態的設備和方法，能夠通過全面考慮用于判定 用戶困倦狀態的全體變量或有效變量的狀態改變，來精確地判定用戶的困倦狀態。
[0010] 根據本公開的示例性實施方式，用于判定困倦狀態的設備包含獲取用戶的生理信 息的信息獲取器。模式判定器設定在根據用于判定用戶困倦狀態的變量而分類的模式中的 操作模式。閾值判定器基于在數據庫（DB)中存儲的參考表中的數據，設定用于所設定模式 的應用變量的閾值。生理指數計算器基于從信息獲取器實時獲取的用戶的狀態信息，針對 各個應用變量來計算測量值。狀態判定器通過比較從針對各個應用變量而計算的測量值中 產生的用戶表與參考表，從而判定用戶的困倦狀態。
[0011] 應用變量包括腦電圖（EEG )、光體積描記圖（PPG )、光體積描記速率變異（PRV )、皮 膚電反應（GSR)、皮膚溫度（SKT )、眼電圖（EOG )和呼吸（RSP )中的至少一種。
[0012] 針對應用來判定用戶困倦狀態的變量，根據基于多個用戶清醒狀態下測量的生理 信號值而在困倦狀態下測量的生理信號值的變化來產生參考表。
[0013] 在通過比較針對各個應用變量而計算的測量值與用于各個應用變量的參考值而 獲得的結果中產生用戶表。
[0014] 參考值是從開始測量用戶生理信號的時間點起始在指定時間中測量的值的平均 值。
[0015] 參考值基于參考表的數據中的在清醒狀態下測量的數據而設定。
[0016] 模式判定器將僅通過預設應用變量中的某些有效變量而操作的第一模式以及針 對全體應用變量而操作的第二模式中的任一種設定為操作模式。
[0017] 有效變量是，當基于在清醒狀態下測量的生理信號值而在困倦狀態下測量生理信 號值時，應用變量中具有超出標準值的生理信號值變化的變量。
[0018] 信息獲取器還獲取用戶的動作信息。
[0019] 根據本公開的另一個示例性實施方式，用于判定困倦狀態的方法包括獲取用戶的 生理信息。設定在根據用來判定用戶困倦狀態的變量而分類的模式中的操作模式。基于在 數據庫（DB)存儲的參考表中的數據，設定用于所設模式的應用變量的閾值。基于從用戶實 時獲取的生理信息，針對各個應用變量計算測量值。通過比較針對各個應用變量而計算的 測量值與用于各個應用變量的參考值，來產生用戶表。將從DB調取的參考表與用戶表進行 比較，并根據比較結果來判定用戶的困倦狀態。
[0020] 在獲取用戶的生理信息之前，針對用于判定用戶困倦狀態的變量，根據基于多個 用戶在清醒狀態下測量的生理信號值而在困倦狀態下測量的生理信號值的變化來產生參 考表。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 結合附圖，從以下詳細說明中，本公開的目的、特征和優點將更為明顯。
[0022] 圖1是示出根據本公開的示例性實施方式的用于判定困倦狀態的設備的配置的 框圖。
[0023] 圖2是示出根據本公開的示例性實施方式的參考表的圖表。
[0024] 圖3是用于描述根據本公開示例性實施方式的用于判定困倦狀態的設備的操作 的圖表。
[0025] 圖4和圖5是示出根據本公開示例性實施方式的用于判定困倦狀態的方法的操作 流程的流程圖。
[0026] 〈附圖標記〉
[0027] 110:控制器
[0028] 120 :輸入單元
[0029] 130 :輸出單元
[0030] 140 :信息獲取器
[0031] 150:模式判定器
[0032] 160:閾值判定器
[0033] 170 :生理指數計算器
[0034] 180 :狀態判定器
[0035] 2〇0:數據庫（DB)

【具體實施方式】
[0036] 將參考附圖來詳細描述本公開的示例性實施方式。在整個附圖中，相同的附圖標 記用于指代相同或相似的元件。對于并入本文的眾所周知的功能和結構的詳細說明可能省 略，以避免掩蓋本公開的主題。
[0037] 根據本公開的示例性實施方式的用于判定困倦狀態的設備設置在車輛中，并且根 據駕駛員駕駛車輛的生理狀態變化來實時判定困倦狀態，以事先防止由于困倦駕駛而引起 的危險情況。
[0038] 在下文中，將參考附圖來詳細描述本公開的示例性實施方式。
[0039] 圖1是示出根據本公開示例性實施方式的用于判定困倦狀態的設備的配置的框 圖。參考圖1，根據本公開示例性實方式的用于判定困倦狀態的設備包含控制器110、輸入 單元120、輸出單元130、信息獲取器140、模式判定器150、閾值判定器160、生理指數計算器 170、狀態判定器180,以及數據庫（DB) 200。此處，控制器110控制用于判定困倦狀態的設 備的各個單元的操作。
[0040] 作為輸入信息并控制指令以操作用于判定困倦狀態的設備的構件，輸入單元120 可以設置在車輛的儀表板中。
[0041] 輸出單元130可以輸出用于判定困倦狀態的設備的操作狀態、處理結果等，并且 可以根據困倦狀態判定結果來輸出警報信息。在這種情況下，輸出單元130可以是顯示構 件，例如設置在車輛儀表板或導航屏幕中的監控器，并且也可以是聲音輸出構件，例如揚聲 器或蜂鳴器。
[0042] 信息獲取器140可以獲取用戶的生理信息、動作信息等。作為例子，信息獲取器 140可以獲取來自腦電波、脈搏波、心臟、皮膚等的信號，并且可以獲取駕駛員的諸如眼球移 動、打呵欠等的動作信息。
[0043] 在DB200中，可以存儲用于判定困倦狀態的算法。此外，在DB200中，可以存儲應 用于判定困倦狀態的算法的參考表。在這種情況下，DB200可以設置在用于判定困倦狀態 的設備中，并且可以是設置在其外部的存儲裝置。
[0044] 通過使用來自多個用戶的實時獲取的生理信號，根據基于在清醒狀態下測量的生 理信號值而在困倦狀態下測量的生理信號值的變化來產生參考表。在這種情況下，參考表 會記錄針對用于判定多個用戶的困倦狀態的各個變量的生理信號值變化。
[0045] 用于判定困倦狀態的變量對應于腦電圖（EEG)、光體積描記圖（PPG)、光體積描記 速率變異（PRV)、皮膚電反應（GSR)、皮膚溫度（SKT)、眼電圖（EOG)以及呼吸（RSP)中的至少 一種。
[0046] 參考圖2,描述參考表的詳細實施方式。圖2中所不的參考表是基于調查31個實 驗參與者的困倦駕駛實驗得出的結果而制作的表。
[0047] 作為應用到圖2的參考表的變量，存在EEG、PPG、PRV、GSR、SKT、EOG以及RSP。此 時，EEG測量？3、？4、？3、？4、〇1以及〇2的〇、^、6和0的狀態變化。 〇應用8?12.9泡 的范圍，β為13?29. 9Ηζ，δ為1?3. 9Ηζ，Θ為4?7. 9Hz，并且PPG應用頻率和振幅。 此外，PRV應用甚低頻（VLF) /高頻（HF)以及低頻（LF)/高頻（HF)。在這種情況下，VLF范 圍為從0. 0033?0. 04Hz，HF范圍為從0. 15?0. 4Hz，以及LF為0. 04?0. 08Hz。
[0048] GSR和SKT應用平均值而EOG應用持續時間、高度和重啟（reopening)時間。RSP 應用R波到R波間隔（RRI)和速率。
[0049] 參考表將在清醒狀態下測量的生理信號值設定為各個實驗參與者的實驗早期階 段的參考值。之后，根據用戶變化到困倦狀態時生理信號值的改變程度，參考表將表現為增 加或減少。
[0050] 具體而言，在本公開的示例性實施方式中，實驗參與者在清醒狀態和困倦狀態下 變化的超過標準值的變量，例如F3 ( α、β )、F4 ( α、β、δ、Θ )、P3 ( α、β、δ、Θ )、P4 (α、β、δ、θ )、〇1 ( β、δ、θ )、〇2 ( α、β、δ、θ )、PPG 頻率、PRV (VLF/HF、LF/HF)、 SKT、和EOG (高度)，定義為有效變量(在圖2中標示為"*")。
[0051] 模式判定器150設定用于判定困倦狀態的設備的操作模式。此處，用于判定困倦 狀態的設備的操作模式包含僅通過預定義在用于判定困倦狀態的算法的全體變量中的有 效變量來操作的第一模式、以及通過全體變量來操作的第二模式。
[0052] 模式判定器150可以根據初始設定值以及根據管理者或用戶的請求來設定操作 模式。
[0053] 當操作模式通過模式判定器150設定時，閾值判定器160基于針對應用于設定操 作模式的應用變量的參考表中的數據來設定閾值。在這種情況下，當操作模式通過模式判 定器150設定為第一模式時，閾值判定器160基于針對有效變量的參考表中的數據來設定 閾值。同時，當操作模式通過模式判定器150設定為第二模式時，閾值判定器160基于針對 全體變量的參考表中的數據來設定閾值。用于操作設定閾值的示例性實施方式將參考圖3 做詳細描述。
[0054] 當用于所設定操作模式的閾值被設定時，生理指數計算器170通過分析由信息獲 取單元140實時獲取的用戶的生理信息來計算用戶的當前生理指數。在這種情況下，生理 指數計算單元170針對用于操作模式的各個應用變量來計算生理指數，其中操作模式由用 戶的生理信息設定。
[0055] 作為例子，在操作模式設定為第一模式的情況下，生理指數計算器170針對設定 為有效變量的 F3 ( α、β )、F4 ( α、β、δ、Θ )、Ρ3 ( α、β、δ、Θ )、Ρ4 ( α、β、δ、Θ )、 01 ( β、δ、θ )、〇2 ( α、β、δ、θ )、PPG 頻率、PRV (VLF/HF、LF/HF)、SKT、和 EOG (高度） 中的各個變量實時計算生理指數。
[0056] 狀態判定器180比較由生理指數計算器170計算的各個變量的測量值與用于相應 應用變量的參考值，以基于狀態變化來產生用戶表。此處，作為用戶清醒狀態的標準值，參 考值可以設定為從開始測量用戶生理信號的時間點起始的一定時間中所測量的值的平均 值。例如，狀態判定器180從開始測量生理信號的時間點起始的3分鐘過程中，判定用戶處 于清醒狀態，從而基于最初3分鐘的數據來設定參考值。同時，參考值也可以基于參考表數 據中的在清醒狀態下測量的數據來進行設定。
[0057] 狀態判定器180調用在DB200中存儲的參考表，以與用戶表比較，并根據比較的結 果來判定用戶的困倦狀態。
[0058] 由于基于在清醒狀態基礎上變化至困倦狀態時的狀態改變值來產生參考數據，在 用戶表的數據與參考表的數據一致的情況下，狀態判定器180判定用戶處于"困倦"狀態。 同時，在用戶表的數據與參考表的數據不一致的情況下，狀態判定器180判定用戶處于"清 醒"狀態。
[0059] 狀態判定器180的判定困倦狀態的結果可以通過輸出單元130輸出，并且警報、警 告消息等可以在用戶處于困倦狀態的情況下在控制器110的控制下輸出。
[0060] 圖3是用于描述基于參考數據來設定各個模式的閾值的操作的圖表。此處，符 號表示針對全體應用變量的各個實驗參與者的數據，?符號表示針對圖2定義的有效變量 的各個實驗參與者的數據。當操作用于判定用戶的困倦狀態的算法時，基于各個實驗參與 者的數據來設定用于各個模式的閾值。
[0061] 如圖3所示，_線表示在第一模式中操作時的閾值，而一線表示在第二模式中操 作時的閾值。換言之，在第二模式操作時，基于針對全體應用變量的各個實驗參與者的數據 來計算閾值。從圖3的圖表中計算的第二模式中的閾值是74.802e-0.002x。同時，當用于 判定困倦狀態的設備以第一模式操作時，僅有預定義的有效變量變為應用變量，從而基于 針對有效變量的各個實驗參與者的數據來計算閾值。從圖3的圖表中計算的第一模式的閾 值變為 83. 235e-0. 002x。
[0062] 在圖4中示出根據本公開示例性實施方式的在用于判定困倦狀態的設備中的用 于判定困倦狀態的算法的操作順序。
[0063] 參考圖4,根據本公開示例性實施方式的用于判定困倦狀態的設備在執行用于判 定車輛中駕駛的用戶的困倦狀態的算法時，選擇操作模式（S100)。在這種情況下，在操作模 式中，可以選擇僅針對預定義的有效變量而操作的"模式1"和針對全體變量而操作的"模 式2"。可以根據實施方式的類型來添加操作模式。
[0064] 如果操作模式選擇步驟SlOO中的"模式1"（S110)，用于判定困倦狀態的設備前 進到步驟S120。如果操作模式選擇為"模式2"，則用于判定困倦狀態的設備進入（A)并前 進到步驟S300。
[0065] 換言之，當操作模式選擇為"模式1"時，用于判定困倦狀態的設備基于參考表中用 于有效變量的數據來設定生理樣式閾值（S120)，并從用戶獲取的生理信號中測量針對各個 有效變量的值（S130和S140)。
[0066] 用于判定困倦狀態的設備對步驟S140中針對各個有效變量而測量的值與基于在 用戶清醒狀態下測量的數據而設定的參考值進行比較（S150)，并產生用于用戶的用戶表 (S160)。
[0067] 之后，用于判定困倦狀態的設備從DB中提取參考表（S170)，以與步驟S160中 產生的用戶表進行比較（S180)，并根據參考表是否與用戶表一致來判定用戶的困倦狀態 (S190)。考慮到測量的誤差，即使參考表中的數據與用戶表中的數據不是精確一致，在數據 之間的差異包含在一定誤差范圍內的情況下，用于判定困倦狀態的設備可以判定參考表中 的數據彼此一致。
[0068] 針對實時測量的用戶的生理信號，反復執行步驟S130至S190,直到用于判定困倦 狀態的算法終止操作為止。當輸入操作終止指令時（S200),操作終止。
[0069] 同時，當操作模式選擇為"模式2"時，用于判定困倦狀態的設備基于用于參考表的 全體變量的數據來設定生理樣式閾值（S300)，并對于從用戶獲取的生理信號來測量針對全 體變量的生理信號值（S310和S320)。
[0070] 此處，用于判定困倦狀態的設備對步驟S320中針對各個變量而測量的值與基于 在用戶清醒狀態下測量的數據而設定的參考值進行比較（S330)，并產生用于用戶的用戶表 (S340)。
[0071] 然后，用于判定困倦狀態的設備從DB中提取參考表（S350)，以與步驟S340中 產生的用戶表進行比較（S360)，并根據參考表是否與用戶表一致來判定用戶的困倦狀態 (S370)。考慮到測量的誤差，即使參考表中的數據與用戶表中的數據不是精確一致，在數據 之間的差異包含在一定誤差范圍內的情況下，用于判定困倦狀態的設備可以判定參考表中 的數據彼此一致。
[0072] 針對實時測量的用戶的生理信號，反復執行步驟S310至S370,直到用于判定困倦 狀態的算法終止操作為止。當輸入操作終止指令時（S380),操作終止。
[0073] 如上所述，本公開的示例性實施方式可以通過對基于多個用戶而制作的參考表與 根據用戶的生理狀態變化而制作的用戶表進行比較，以判定用戶的困倦狀態。
[0074] 此外，本公開全面考慮針對可用于判定用戶的困倦狀態的全體變量或有效變量的 狀態改變，從而使得可以精確地判定用戶的困倦狀態。
[0075] 雖然在上文中已經詳細描述了本公開的示例性實施方式，但是應該清楚地理解， 對本領域技術人員顯示的本文教導的基本發明概念的許多變化和修飾將仍然落在本公開 的精神和范圍內，如在所附權利要求中所定義的。
【權利要求】
1. 一種用于確定困倦狀態的設備，所述設備包含： 信息獲取器，獲取用戶的生理信息； 模式判定器，設定在根據應用于判定用戶困倦狀態的變量而分類的模式中的操作模 式； 閾值判定器，基于在數據庫（DB)中存儲的參考表中的數據，設定用于所設定模式的應 用變量的閾值； 生理指數計算器，基于從所述信息獲取器實時獲取的用戶的狀態信息，針對各個所述 應用變量計算測量值；以及 狀態判定器，通過比較從針對各個所述應用變量而計算的測量值中產生的用戶表與所 述參考表，從而判定所述用戶的困倦狀態。
2. 根據權利要求1所述的設備，其中， 所述應用變量包含腦電圖（EEG)、光體積描記圖（PPG)、光體積描記速率變異（PRV)、皮 膚電反應（GSR)、皮膚溫度（SKT )、眼電圖（EOG )和呼吸（RSP )中的至少一種。
3. 根據權利要求1所述的設備，其中， 針對應用于判定用戶困倦狀態的變量，根據基于多個用戶在清醒狀態下測量的生理信 號值而在困倦狀態下測量的生理信號值的變化而產生所述參考表。
4. 根據權利要求1所述的設備，其中， 從通過比較針對各個所述應用變量而計算的測量值與用于各個所述應用變量的參考 值而獲得的結果中產生所述用戶表。
5. 根據權利要求4所述的設備，其中， 所述參考值是從開始測量用戶的生理信號的時間點起始在給定時間中測量的值的平 均值。
6. 根據權利要求4所述的設備，其中， 基于在所述參考表的數據中的在清醒狀態下測量的數據，設定所述參考值。
7. 根據權利要求1所述的設備，其中， 所述模式判定器將僅通過預設所述應用變量中的某些有效變量而操作的第一模式以 及針對全體所述應用變量而操作的第二模式中的任一模式設定為所述操作模式。
8. 根據權利要求7所述的設備，其中， 所述有效變量是，當基于所述應用變量中在清醒狀態下測量的生理信號值而在困倦狀 態下測量生理信號值時，具有超出標準值的生理信號值變化的變量。
9. 根據權利要求1所述的設備，其中， 所述信息獲取器還獲取所述用戶的動作信息。
10. -種用于判定困倦狀態的方法，所述方法包括： 獲取用戶的生理信息； 設定在根據應用于判定用戶的困倦狀態的變量而分類的模式中的操作模式； 基于在數據庫（DB)存儲的參考表中的數據，設定用于各個所設定模式的應用變量的閾 值； 基于從所述用戶實時獲取的生理信息，針對各個所述應用變量計算測量值； 通過比較針對各個所述應用變量而計算的測量值與用于各個所述應用變量的參考值， 產生用戶表；以及 比較從所述DB調用的參考表與所述用戶表，并根據比較結果來判定所述用戶的困倦 狀態。
11.根據權利要求10所述的方法，在獲取用戶的所述生理信息之前還包括： 針對應用于判定所述用戶的困倦狀態的變量，根據基于多個用戶在清醒狀態下測量的 生理信號值而在困倦狀態下測量的生理信號值的變化來產生所述參考表。
【文檔編號】A61B5/18GK104337525SQ201310573855
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年7月24日
【發明者】李活利, 金鎮權, 黃珉哲 申請人:現代自動車株式會社