智能感測(cè)視疲勞極限

劉麗彩　陳勇　閆超

摘 要：為實(shí)現(xiàn)提醒人們正確用眼、保護(hù)視力的新型眼鏡功能，提出了基于智能感應(yīng)測(cè)試視覺(jué)疲勞的實(shí)驗(yàn)理論。采用心電脈搏特征的視覺(jué)狀態(tài)識(shí)別方法，對(duì)視覺(jué)疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號(hào)變動(dòng)采用支持向量機(jī)法進(jìn)行分類計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，采用C++智能化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)提醒功能，運(yùn)用嵌入式技術(shù)寫入芯片，連接控制電路，達(dá)到視疲勞極限進(jìn)行感測(cè)和提醒的最終目的。

關(guān)鍵詞：心電脈搏 智能感應(yīng) 嵌入芯片 控制電路

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（b）-0215-02

1 背景

智能眼鏡的發(fā)展最迅速的是美國(guó)，資料顯示美國(guó)越來(lái)越多的人使用的Google眼鏡，其已實(shí)現(xiàn)錄制視頻、發(fā)送信息、衛(wèi)星定位等功能，其先進(jìn)技術(shù)限制于美國(guó)。這些理念打破了傳統(tǒng)眼鏡使用觀念，體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)的實(shí)用性，同時(shí)，人類希望利用眼鏡改變中國(guó)青少年視力減弱低齡化的趨勢(shì)，同時(shí)技術(shù)上與國(guó)際接軌，使得高科技進(jìn)一步造福人類的健康。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用給醫(yī)療診斷帶來(lái)了積極影響。尤其是疾病預(yù)防、診斷、治療等健康問(wèn)題備受關(guān)注的今天，遠(yuǎn)程醫(yī)療和專家診斷系統(tǒng)已得到充分的運(yùn)用，這不僅有力地證明了計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)綜合應(yīng)用在協(xié)助健康問(wèn)題的解決上巨大潛力，還將加速人類提升生命質(zhì)量的進(jìn)程。

可穿戴智能設(shè)備作為計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)的初級(jí)結(jié)合產(chǎn)品系列，逐步呈現(xiàn)發(fā)展快速、應(yīng)用普及、方向集中等特點(diǎn)。當(dāng)下蘋果公司的iWatch、BrainLink意念頭箍、Google公司的GoogleProjectGlass等無(wú)不體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合帶給人類的精彩體驗(yàn)和享受。

Google 公司于2012年4月發(fā)布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現(xiàn)實(shí)的眼鏡，它吸引了各界人士的廣泛關(guān)注和媒體的報(bào)道。作為上位概念的可穿戴設(shè)備，自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了可穿戴技術(shù)，這個(gè)階段以美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室提出的創(chuàng)新技術(shù)為代表，利用該技術(shù)把多媒體、傳感器和無(wú)線通信等技術(shù)嵌入人們的衣著，可支持手勢(shì)和眼動(dòng)操作等多種交互方式。1960年代起，可穿戴式設(shè)備逐漸興起。1977年，Smith-Kettlewell 研究所視覺(jué)科學(xué)院的C.C. Colin 為盲人做了一款背心，廣義上講，這可以算是世界上第一款可穿戴健康設(shè)備。

自此后，健康領(lǐng)域被認(rèn)為是可穿戴設(shè)備應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展、最優(yōu)前途的領(lǐng)域，本質(zhì)是改善人體健康?？纱┐鹘】翟O(shè)備是指針對(duì)城市人群各種常見(jiàn)病。例如：隨時(shí)隨地給頸椎做個(gè)放松按摩，甚至直接干預(yù)腦電波助人睡眠。

3 研究過(guò)程

3.1 收集數(shù)據(jù)

當(dāng)今社會(huì)充滿智能的“蹤跡”，為廣大群眾提供了許多便捷。跟據(jù)Google眼鏡最新動(dòng)態(tài)，谷歌眼鏡可實(shí)現(xiàn)搜索、拍照、錄制、發(fā)送短信及獲取地理位置功能。本項(xiàng)目中的智能化設(shè)備通過(guò)感應(yīng)身體心電脈搏特征變化，測(cè)量ECG及脈搏信號(hào)變動(dòng)，查閱支持向量機(jī)法分類，尋找出特征間的函數(shù)關(guān)系，設(shè)計(jì)程序。

3.2 影響因素及算法

由表1可知，與疲勞前相比，h1、h2值分別出現(xiàn)不同程度下降。AT值大幅度上升。上升率在1.38%～274%之間，平均上升39.19%。h1在視覺(jué)疲勞后，h1平均下降46.12%，h2下降變化率在24.0%～86.5%之間，平均下降42.0%。心電脈搏的其他特征疲勞前后值有所變化但不是很明顯，在此不加以敘述[1]。

3.3 電路圖

本實(shí)驗(yàn)電路采用51單片機(jī)開發(fā)板、脈搏傳感器、負(fù)反饋放大電路及警示電路四部分共同組成的。首先由脈搏傳感器測(cè)得脈搏信號(hào)，將信號(hào)傳輸?shù)截?fù)反饋放大電路并將信號(hào)放大傳入51單片機(jī)開發(fā)板的核心處理器，核心處理器將信號(hào)進(jìn)行加工處理并存入存儲(chǔ)器。CPU讀取存儲(chǔ)器的處理后的信號(hào)值，做出判斷，輸出信號(hào)到警示電路，實(shí)現(xiàn)亮燈警示。

3.4 設(shè)計(jì)思路

首先通過(guò)感測(cè)心電脈搏的變化來(lái)感測(cè)視覺(jué)疲勞，所以將感測(cè)視覺(jué)疲勞轉(zhuǎn)換為感測(cè)新心電脈搏的變化，這組變化需要通過(guò)程序的判定才能決定是否視覺(jué)疲勞；

其次心電脈搏的信號(hào)是需要處理為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，通過(guò)向量機(jī)算法進(jìn)行加工和處理；

再者實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，由傳感器感應(yīng)心電脈搏的變化，將心電脈搏的變化值通過(guò)向量機(jī)算法進(jìn)行加工和處理，傳給CPU進(jìn)行通過(guò)程序進(jìn)行判斷并輸出結(jié)果；

最后是產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)，介于越輕巧越便捷的物品才滿足社會(huì)上的人群需求，所以一開始便想將整個(gè)感測(cè)判斷的電路嵌入進(jìn)手鏈里。

4 程序

4.1 語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)

C++面向?qū)ο笳Z(yǔ)言是應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，是一種靜態(tài)數(shù)據(jù)類型檢查的、支持多重編程范式的通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它支持過(guò)程化程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)抽象、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、泛型程序設(shè)計(jì)等多種程序設(shè)計(jì)[2]。C++程序在性能上優(yōu)勢(shì)是不可否認(rèn)的。對(duì)于一個(gè)程序來(lái)說(shuō)，其算法性能提高了程序運(yùn)行的速率。

4.2 算法思想

將測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入程序中，主要算法在于數(shù)據(jù)判斷及結(jié)論百分比的輸出，首先獲得測(cè)得的變化值與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值的比值，然后看比值的范圍是否在未達(dá)到視覺(jué)疲勞極限的范圍內(nèi)，如果在，則判斷此子程序結(jié)論為0，若比值處于未疲勞之外，則此程序結(jié)論為1，依次獲得各個(gè)子程序的結(jié)論后，進(jìn)行二重判斷，看結(jié)論中1占結(jié)論總數(shù)百分比，若大于50%則輸出視覺(jué)疲勞的結(jié)論，反之，輸出繼續(xù)保持狀態(tài)。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 技術(shù)綜合應(yīng)用

本項(xiàng)目將計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)技術(shù)與現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合。該項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)，是一個(gè)技術(shù)綜合應(yīng)用與動(dòng)手實(shí)踐能力并重的項(xiàng)目。

5.2 現(xiàn)實(shí)意義

本項(xiàng)目對(duì)視力問(wèn)題提出了提醒與解決方案。旨在視力疲勞初期初期起到警示作用，提醒人們合理用眼，保護(hù)視力。人們健康用眼有了醫(yī)學(xué)保障的同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的融入使更多的人杜絕視覺(jué)疲勞時(shí)，及時(shí)休息眼睛，保持視力。

5.3 發(fā)展前景

本項(xiàng)目以既定具備智能感測(cè)視覺(jué)疲勞眼鏡為的項(xiàng)目成果為基礎(chǔ)，試圖探究出綜合應(yīng)用現(xiàn)有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)解決人類健康用眼的問(wèn)題，跟進(jìn)現(xiàn)在社會(huì)科學(xué)用眼解決方案的制定與實(shí)施工作，這將極大促進(jìn)人類關(guān)注應(yīng)用科學(xué)技術(shù)構(gòu)建人類疾病預(yù)防與解決方案。

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目基于智能感應(yīng)測(cè)試視覺(jué)疲勞的實(shí)驗(yàn)理論，設(shè)計(jì)出可提醒人們正確用眼的眼鏡。采用心電脈搏特征的視覺(jué)狀態(tài)識(shí)別方法，對(duì)視覺(jué)疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號(hào)變動(dòng)采用支持向量機(jī)法進(jìn)行分類計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，采用C++智能化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)提醒功能，運(yùn)用嵌入式技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、分析、處理，連接控制電路，在判斷為視覺(jué)疲勞時(shí)電路連通，警示燈亮，達(dá)到視疲勞極限進(jìn)行提醒的最終目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張愛(ài)華，趙治月，楊華.基于心電脈搏特征的視覺(jué)疲勞狀態(tài)識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)工程，2011（7）.

[2] 譚浩強(qiáng).c++程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2004：5.endprint

摘 要：為實(shí)現(xiàn)提醒人們正確用眼、保護(hù)視力的新型眼鏡功能，提出了基于智能感應(yīng)測(cè)試視覺(jué)疲勞的實(shí)驗(yàn)理論。采用心電脈搏特征的視覺(jué)狀態(tài)識(shí)別方法，對(duì)視覺(jué)疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號(hào)變動(dòng)采用支持向量機(jī)法進(jìn)行分類計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，采用C++智能化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)提醒功能，運(yùn)用嵌入式技術(shù)寫入芯片，連接控制電路，達(dá)到視疲勞極限進(jìn)行感測(cè)和提醒的最終目的。

關(guān)鍵詞：心電脈搏 智能感應(yīng) 嵌入芯片 控制電路

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（b）-0215-02

1 背景

智能眼鏡的發(fā)展最迅速的是美國(guó)，資料顯示美國(guó)越來(lái)越多的人使用的Google眼鏡，其已實(shí)現(xiàn)錄制視頻、發(fā)送信息、衛(wèi)星定位等功能，其先進(jìn)技術(shù)限制于美國(guó)。這些理念打破了傳統(tǒng)眼鏡使用觀念，體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)的實(shí)用性，同時(shí)，人類希望利用眼鏡改變中國(guó)青少年視力減弱低齡化的趨勢(shì)，同時(shí)技術(shù)上與國(guó)際接軌，使得高科技進(jìn)一步造福人類的健康。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用給醫(yī)療診斷帶來(lái)了積極影響。尤其是疾病預(yù)防、診斷、治療等健康問(wèn)題備受關(guān)注的今天，遠(yuǎn)程醫(yī)療和專家診斷系統(tǒng)已得到充分的運(yùn)用，這不僅有力地證明了計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)綜合應(yīng)用在協(xié)助健康問(wèn)題的解決上巨大潛力，還將加速人類提升生命質(zhì)量的進(jìn)程。

可穿戴智能設(shè)備作為計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)的初級(jí)結(jié)合產(chǎn)品系列，逐步呈現(xiàn)發(fā)展快速、應(yīng)用普及、方向集中等特點(diǎn)。當(dāng)下蘋果公司的iWatch、BrainLink意念頭箍、Google公司的GoogleProjectGlass等無(wú)不體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合帶給人類的精彩體驗(yàn)和享受。

Google 公司于2012年4月發(fā)布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現(xiàn)實(shí)的眼鏡，它吸引了各界人士的廣泛關(guān)注和媒體的報(bào)道。作為上位概念的可穿戴設(shè)備，自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了可穿戴技術(shù)，這個(gè)階段以美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室提出的創(chuàng)新技術(shù)為代表，利用該技術(shù)把多媒體、傳感器和無(wú)線通信等技術(shù)嵌入人們的衣著，可支持手勢(shì)和眼動(dòng)操作等多種交互方式。1960年代起，可穿戴式設(shè)備逐漸興起。1977年，Smith-Kettlewell 研究所視覺(jué)科學(xué)院的C.C. Colin 為盲人做了一款背心，廣義上講，這可以算是世界上第一款可穿戴健康設(shè)備。

自此后，健康領(lǐng)域被認(rèn)為是可穿戴設(shè)備應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展、最優(yōu)前途的領(lǐng)域，本質(zhì)是改善人體健康?？纱┐鹘】翟O(shè)備是指針對(duì)城市人群各種常見(jiàn)病。例如：隨時(shí)隨地給頸椎做個(gè)放松按摩，甚至直接干預(yù)腦電波助人睡眠。

3 研究過(guò)程

3.1 收集數(shù)據(jù)

當(dāng)今社會(huì)充滿智能的“蹤跡”，為廣大群眾提供了許多便捷。跟據(jù)Google眼鏡最新動(dòng)態(tài)，谷歌眼鏡可實(shí)現(xiàn)搜索、拍照、錄制、發(fā)送短信及獲取地理位置功能。本項(xiàng)目中的智能化設(shè)備通過(guò)感應(yīng)身體心電脈搏特征變化，測(cè)量ECG及脈搏信號(hào)變動(dòng)，查閱支持向量機(jī)法分類，尋找出特征間的函數(shù)關(guān)系，設(shè)計(jì)程序。

3.2 影響因素及算法

由表1可知，與疲勞前相比，h1、h2值分別出現(xiàn)不同程度下降。AT值大幅度上升。上升率在1.38%～274%之間，平均上升39.19%。h1在視覺(jué)疲勞后，h1平均下降46.12%，h2下降變化率在24.0%～86.5%之間，平均下降42.0%。心電脈搏的其他特征疲勞前后值有所變化但不是很明顯，在此不加以敘述[1]。

3.3 電路圖

本實(shí)驗(yàn)電路采用51單片機(jī)開發(fā)板、脈搏傳感器、負(fù)反饋放大電路及警示電路四部分共同組成的。首先由脈搏傳感器測(cè)得脈搏信號(hào)，將信號(hào)傳輸?shù)截?fù)反饋放大電路并將信號(hào)放大傳入51單片機(jī)開發(fā)板的核心處理器，核心處理器將信號(hào)進(jìn)行加工處理并存入存儲(chǔ)器。CPU讀取存儲(chǔ)器的處理后的信號(hào)值，做出判斷，輸出信號(hào)到警示電路，實(shí)現(xiàn)亮燈警示。

3.4 設(shè)計(jì)思路

首先通過(guò)感測(cè)心電脈搏的變化來(lái)感測(cè)視覺(jué)疲勞，所以將感測(cè)視覺(jué)疲勞轉(zhuǎn)換為感測(cè)新心電脈搏的變化，這組變化需要通過(guò)程序的判定才能決定是否視覺(jué)疲勞；

其次心電脈搏的信號(hào)是需要處理為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，通過(guò)向量機(jī)算法進(jìn)行加工和處理；

再者實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，由傳感器感應(yīng)心電脈搏的變化，將心電脈搏的變化值通過(guò)向量機(jī)算法進(jìn)行加工和處理，傳給CPU進(jìn)行通過(guò)程序進(jìn)行判斷并輸出結(jié)果；

最后是產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)，介于越輕巧越便捷的物品才滿足社會(huì)上的人群需求，所以一開始便想將整個(gè)感測(cè)判斷的電路嵌入進(jìn)手鏈里。

4 程序

4.1 語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)

C++面向?qū)ο笳Z(yǔ)言是應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，是一種靜態(tài)數(shù)據(jù)類型檢查的、支持多重編程范式的通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它支持過(guò)程化程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)抽象、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、泛型程序設(shè)計(jì)等多種程序設(shè)計(jì)[2]。C++程序在性能上優(yōu)勢(shì)是不可否認(rèn)的。對(duì)于一個(gè)程序來(lái)說(shuō)，其算法性能提高了程序運(yùn)行的速率。

4.2 算法思想

將測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入程序中，主要算法在于數(shù)據(jù)判斷及結(jié)論百分比的輸出，首先獲得測(cè)得的變化值與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值的比值，然后看比值的范圍是否在未達(dá)到視覺(jué)疲勞極限的范圍內(nèi)，如果在，則判斷此子程序結(jié)論為0，若比值處于未疲勞之外，則此程序結(jié)論為1，依次獲得各個(gè)子程序的結(jié)論后，進(jìn)行二重判斷，看結(jié)論中1占結(jié)論總數(shù)百分比，若大于50%則輸出視覺(jué)疲勞的結(jié)論，反之，輸出繼續(xù)保持狀態(tài)。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 技術(shù)綜合應(yīng)用

本項(xiàng)目將計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)技術(shù)與現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合。該項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)，是一個(gè)技術(shù)綜合應(yīng)用與動(dòng)手實(shí)踐能力并重的項(xiàng)目。

5.2 現(xiàn)實(shí)意義

本項(xiàng)目對(duì)視力問(wèn)題提出了提醒與解決方案。旨在視力疲勞初期初期起到警示作用，提醒人們合理用眼，保護(hù)視力。人們健康用眼有了醫(yī)學(xué)保障的同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的融入使更多的人杜絕視覺(jué)疲勞時(shí)，及時(shí)休息眼睛，保持視力。

5.3 發(fā)展前景

本項(xiàng)目以既定具備智能感測(cè)視覺(jué)疲勞眼鏡為的項(xiàng)目成果為基礎(chǔ)，試圖探究出綜合應(yīng)用現(xiàn)有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)解決人類健康用眼的問(wèn)題，跟進(jìn)現(xiàn)在社會(huì)科學(xué)用眼解決方案的制定與實(shí)施工作，這將極大促進(jìn)人類關(guān)注應(yīng)用科學(xué)技術(shù)構(gòu)建人類疾病預(yù)防與解決方案。

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目基于智能感應(yīng)測(cè)試視覺(jué)疲勞的實(shí)驗(yàn)理論，設(shè)計(jì)出可提醒人們正確用眼的眼鏡。采用心電脈搏特征的視覺(jué)狀態(tài)識(shí)別方法，對(duì)視覺(jué)疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號(hào)變動(dòng)采用支持向量機(jī)法進(jìn)行分類計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，采用C++智能化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)提醒功能，運(yùn)用嵌入式技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、分析、處理，連接控制電路，在判斷為視覺(jué)疲勞時(shí)電路連通，警示燈亮，達(dá)到視疲勞極限進(jìn)行提醒的最終目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張愛(ài)華，趙治月，楊華.基于心電脈搏特征的視覺(jué)疲勞狀態(tài)識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)工程，2011（7）.

[2] 譚浩強(qiáng).c++程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2004：5.endprint

摘 要：為實(shí)現(xiàn)提醒人們正確用眼、保護(hù)視力的新型眼鏡功能，提出了基于智能感應(yīng)測(cè)試視覺(jué)疲勞的實(shí)驗(yàn)理論。采用心電脈搏特征的視覺(jué)狀態(tài)識(shí)別方法，對(duì)視覺(jué)疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號(hào)變動(dòng)采用支持向量機(jī)法進(jìn)行分類計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，采用C++智能化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)提醒功能，運(yùn)用嵌入式技術(shù)寫入芯片，連接控制電路，達(dá)到視疲勞極限進(jìn)行感測(cè)和提醒的最終目的。

關(guān)鍵詞：心電脈搏 智能感應(yīng) 嵌入芯片 控制電路

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（b）-0215-02

1 背景

智能眼鏡的發(fā)展最迅速的是美國(guó)，資料顯示美國(guó)越來(lái)越多的人使用的Google眼鏡，其已實(shí)現(xiàn)錄制視頻、發(fā)送信息、衛(wèi)星定位等功能，其先進(jìn)技術(shù)限制于美國(guó)。這些理念打破了傳統(tǒng)眼鏡使用觀念，體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)的實(shí)用性，同時(shí)，人類希望利用眼鏡改變中國(guó)青少年視力減弱低齡化的趨勢(shì)，同時(shí)技術(shù)上與國(guó)際接軌，使得高科技進(jìn)一步造福人類的健康。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用給醫(yī)療診斷帶來(lái)了積極影響。尤其是疾病預(yù)防、診斷、治療等健康問(wèn)題備受關(guān)注的今天，遠(yuǎn)程醫(yī)療和專家診斷系統(tǒng)已得到充分的運(yùn)用，這不僅有力地證明了計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)綜合應(yīng)用在協(xié)助健康問(wèn)題的解決上巨大潛力，還將加速人類提升生命質(zhì)量的進(jìn)程。

可穿戴智能設(shè)備作為計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)的初級(jí)結(jié)合產(chǎn)品系列，逐步呈現(xiàn)發(fā)展快速、應(yīng)用普及、方向集中等特點(diǎn)。當(dāng)下蘋果公司的iWatch、BrainLink意念頭箍、Google公司的GoogleProjectGlass等無(wú)不體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合帶給人類的精彩體驗(yàn)和享受。

Google 公司于2012年4月發(fā)布的一款名為“谷歌眼鏡（GoogleProjectGlass）”拓展現(xiàn)實(shí)的眼鏡，它吸引了各界人士的廣泛關(guān)注和媒體的報(bào)道。作為上位概念的可穿戴設(shè)備，自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了可穿戴技術(shù)，這個(gè)階段以美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室提出的創(chuàng)新技術(shù)為代表，利用該技術(shù)把多媒體、傳感器和無(wú)線通信等技術(shù)嵌入人們的衣著，可支持手勢(shì)和眼動(dòng)操作等多種交互方式。1960年代起，可穿戴式設(shè)備逐漸興起。1977年，Smith-Kettlewell 研究所視覺(jué)科學(xué)院的C.C. Colin 為盲人做了一款背心，廣義上講，這可以算是世界上第一款可穿戴健康設(shè)備。

自此后，健康領(lǐng)域被認(rèn)為是可穿戴設(shè)備應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展、最優(yōu)前途的領(lǐng)域，本質(zhì)是改善人體健康?？纱┐鹘】翟O(shè)備是指針對(duì)城市人群各種常見(jiàn)病。例如：隨時(shí)隨地給頸椎做個(gè)放松按摩，甚至直接干預(yù)腦電波助人睡眠。

3 研究過(guò)程

3.1 收集數(shù)據(jù)

當(dāng)今社會(huì)充滿智能的“蹤跡”，為廣大群眾提供了許多便捷。跟據(jù)Google眼鏡最新動(dòng)態(tài)，谷歌眼鏡可實(shí)現(xiàn)搜索、拍照、錄制、發(fā)送短信及獲取地理位置功能。本項(xiàng)目中的智能化設(shè)備通過(guò)感應(yīng)身體心電脈搏特征變化，測(cè)量ECG及脈搏信號(hào)變動(dòng)，查閱支持向量機(jī)法分類，尋找出特征間的函數(shù)關(guān)系，設(shè)計(jì)程序。

3.2 影響因素及算法

由表1可知，與疲勞前相比，h1、h2值分別出現(xiàn)不同程度下降。AT值大幅度上升。上升率在1.38%～274%之間，平均上升39.19%。h1在視覺(jué)疲勞后，h1平均下降46.12%，h2下降變化率在24.0%～86.5%之間，平均下降42.0%。心電脈搏的其他特征疲勞前后值有所變化但不是很明顯，在此不加以敘述[1]。

3.3 電路圖

本實(shí)驗(yàn)電路采用51單片機(jī)開發(fā)板、脈搏傳感器、負(fù)反饋放大電路及警示電路四部分共同組成的。首先由脈搏傳感器測(cè)得脈搏信號(hào)，將信號(hào)傳輸?shù)截?fù)反饋放大電路并將信號(hào)放大傳入51單片機(jī)開發(fā)板的核心處理器，核心處理器將信號(hào)進(jìn)行加工處理并存入存儲(chǔ)器。CPU讀取存儲(chǔ)器的處理后的信號(hào)值，做出判斷，輸出信號(hào)到警示電路，實(shí)現(xiàn)亮燈警示。

3.4 設(shè)計(jì)思路

首先通過(guò)感測(cè)心電脈搏的變化來(lái)感測(cè)視覺(jué)疲勞，所以將感測(cè)視覺(jué)疲勞轉(zhuǎn)換為感測(cè)新心電脈搏的變化，這組變化需要通過(guò)程序的判定才能決定是否視覺(jué)疲勞；

其次心電脈搏的信號(hào)是需要處理為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，通過(guò)向量機(jī)算法進(jìn)行加工和處理；

再者實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，由傳感器感應(yīng)心電脈搏的變化，將心電脈搏的變化值通過(guò)向量機(jī)算法進(jìn)行加工和處理，傳給CPU進(jìn)行通過(guò)程序進(jìn)行判斷并輸出結(jié)果；

最后是產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)，介于越輕巧越便捷的物品才滿足社會(huì)上的人群需求，所以一開始便想將整個(gè)感測(cè)判斷的電路嵌入進(jìn)手鏈里。

4 程序

4.1 語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)

C++面向?qū)ο笳Z(yǔ)言是應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，是一種靜態(tài)數(shù)據(jù)類型檢查的、支持多重編程范式的通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它支持過(guò)程化程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)抽象、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、泛型程序設(shè)計(jì)等多種程序設(shè)計(jì)[2]。C++程序在性能上優(yōu)勢(shì)是不可否認(rèn)的。對(duì)于一個(gè)程序來(lái)說(shuō)，其算法性能提高了程序運(yùn)行的速率。

4.2 算法思想

將測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入程序中，主要算法在于數(shù)據(jù)判斷及結(jié)論百分比的輸出，首先獲得測(cè)得的變化值與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值的比值，然后看比值的范圍是否在未達(dá)到視覺(jué)疲勞極限的范圍內(nèi)，如果在，則判斷此子程序結(jié)論為0，若比值處于未疲勞之外，則此程序結(jié)論為1，依次獲得各個(gè)子程序的結(jié)論后，進(jìn)行二重判斷，看結(jié)論中1占結(jié)論總數(shù)百分比，若大于50%則輸出視覺(jué)疲勞的結(jié)論，反之，輸出繼續(xù)保持狀態(tài)。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

5.1 技術(shù)綜合應(yīng)用

本項(xiàng)目將計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)技術(shù)與現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合。該項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、嵌入式開發(fā)技術(shù)，是一個(gè)技術(shù)綜合應(yīng)用與動(dòng)手實(shí)踐能力并重的項(xiàng)目。

5.2 現(xiàn)實(shí)意義

本項(xiàng)目對(duì)視力問(wèn)題提出了提醒與解決方案。旨在視力疲勞初期初期起到警示作用，提醒人們合理用眼，保護(hù)視力。人們健康用眼有了醫(yī)學(xué)保障的同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的融入使更多的人杜絕視覺(jué)疲勞時(shí)，及時(shí)休息眼睛，保持視力。

5.3 發(fā)展前景

本項(xiàng)目以既定具備智能感測(cè)視覺(jué)疲勞眼鏡為的項(xiàng)目成果為基礎(chǔ)，試圖探究出綜合應(yīng)用現(xiàn)有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)解決人類健康用眼的問(wèn)題，跟進(jìn)現(xiàn)在社會(huì)科學(xué)用眼解決方案的制定與實(shí)施工作，這將極大促進(jìn)人類關(guān)注應(yīng)用科學(xué)技術(shù)構(gòu)建人類疾病預(yù)防與解決方案。

6 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目基于智能感應(yīng)測(cè)試視覺(jué)疲勞的實(shí)驗(yàn)理論，設(shè)計(jì)出可提醒人們正確用眼的眼鏡。采用心電脈搏特征的視覺(jué)狀態(tài)識(shí)別方法，對(duì)視覺(jué)疲勞后的ECG（心電圖）和脈搏信號(hào)變動(dòng)采用支持向量機(jī)法進(jìn)行分類計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，采用C++智能化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)提醒功能，運(yùn)用嵌入式技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、分析、處理，連接控制電路，在判斷為視覺(jué)疲勞時(shí)電路連通，警示燈亮，達(dá)到視疲勞極限進(jìn)行提醒的最終目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張愛(ài)華，趙治月，楊華.基于心電脈搏特征的視覺(jué)疲勞狀態(tài)識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)工程，2011（7）.

[2] 譚浩強(qiáng).c++程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社，2004：5.endprint