TWI436305B - 疲勞度偵測方法及其裝置 - Google Patents

Description

疲勞度偵測方法及其裝置

本發明係有關一種疲勞度偵測技術，特別是一種疲勞度偵測方法及其裝置。

近年來，因高度工作壓力、缺乏充分休息與運動下，過勞死之案例已不在少數，且青壯年之比例尤多。此外，因精神疲勞而導致的行車意外也有增加之趨勢，如何於過度疲勞前事先檢測出行車駕駛的精神狀況，以避免意外發生，為業界日益關心之議題。

本發明提供一種疲勞度偵測方法及其裝置，利用所量測出的生理特徵值，對其線性回歸斜率做分析判斷，有效偵測使用者之疲勞程度。

本發明一實施例之疲勞度偵測方法，包括下列步驟：量測一使用者在一連續時間內的一生理特徵值序列，其中生理特徵值序列為一心血管循環之脈衝頻率值，心血管循環為心跳和脈搏至少其中一種；依據此生理特徵值序列計算出一生理特徵曲線；依據生理特徵曲線運算出一線性回歸斜率；判斷一第一條件是否成立，其中第一條件為線性回歸斜率小於一斜率閥值且持續一第一時間長度；以及依據第一條件是否成立判斷使用者之疲勞度。

本發明另一實施例之疲勞度偵測裝置，包括：一量測單元，用以量測一使用者在一連續時間內的一生理特徵值序 列，其中生理特徵值序列為一心血管循環之脈衝頻率值，心血管循環為心跳和脈搏至少其中一種；一儲存單元，用以儲存生理特徵值序列；一運算單元，其與量測單元以及儲存單元電性連接，用以依據生理特徵值序列計算出一生理特徵曲線，且依據生理特徵曲線中計算出一線性回歸斜率，運算單元判斷一第一條件是否成立以獲得使用者之一疲勞度偵測結果，其中第一條件為線性回歸斜率小於一斜率閥值且持續一第一時間長度；以及一輸出單元，其與運算單元電性連接，用以輸出疲勞度偵測結果。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

其詳細說明如下，所述較佳實施例僅做一說明非用以限定本發明。

請先參考圖1，圖1為本發明一實施例之疲勞度偵測方法之流程圖。如圖所示，於本實施例中，本發明之一種疲勞度偵測方法包括下列步驟，首先，量測一使用者在一連續時間內的一生理特徵值序列(步驟S10)。接著，依據所量測到的生理特徵值序列計算出一生理特徵曲線(步驟S20)。再來，依據生理特徵曲線運算出一線性回歸斜率(步驟S30)。在從生理特徵曲線中運算出線性回歸斜率之後，判斷一第一條件是否成立，其中第一條件係從線性回歸斜率中找出其斜率小於一斜率閥值，且此斜率持續一第一時間長度(步驟S40)。最後，依據第一條件是否成立判斷使用者之疲勞度(步驟S50)。

接續上述，於一實施例中，生理特徵值序列可為一心血 管循環之脈衝頻率值，如心跳、脈搏之頻率值，其可藉由有線或是無線的心跳感測器量測每秒更新之每分鐘心跳頻率值(HR₁ )或每秒更新之每分鐘脈搏頻率而得。以心跳頻率值為例，生理特徵曲線可為將連續十個HR₁ 之數據求其平均，以得到每十秒平均之HR₁₀ 心跳曲線，而資料之更新都是由現在時點往前取單位時間內之數據並做平均運算，此為一種移動平均之概念。以前述每十秒平均之HR₁₀ 心跳曲線為例，一個單位時間即為10秒。同理，後述之每分鐘平均或每五分鐘平均即是以1分鐘或5分鐘為一個單位時間。

請參考圖2A、圖2B及圖2C，圖2A至圖2C為依據本發明一實施例之疲勞度偵測數據。於第一實施例中，在取得使用者的每秒更新之每分鐘心跳頻率值(HR₁ )序列之後，依上述方式取得每十秒平均之HR₁₀ 與每分鐘平均HR₆₀ 之資訊繪示成如圖2A所示之生理特徵曲線，再藉由對此生理特徵曲線進行每分鐘平均之線性回歸斜率(如圖2B)計算，並記錄當其平均線性迴歸斜率之斜率小於-0.05(斜率閥值)時持續的時間(如圖2C)。於第一實施例中，當每分鐘平均的線性迴歸斜率之斜率小於-0.05時且至少持續了150秒(第一時間長度)，如圖2C之標示點X₁ ，則表示使用者已進入疲勞階段，需產生第一警示訊息(如圖2A之警示訊息A₁ )。若使用者之數值持續使第一條件成立，則系統可持續發出警示訊息提醒使用者(如圖2A之警示訊息A₂ 、A₃ 、_... A₁₅ )，直到數值出現變化。

於又一實施例中，請一併參考圖3之流程圖以及之本發明又一實施例之疲勞度偵測數據圖(圖2A、圖2D、圖2E及圖2F)。請先參考圖2A，與上一實施例之差異在於，此實施例之線性回歸斜率為每五分鐘平均之線性回歸斜率(如圖2D所示)，且此實施例更包括依據生理特徵曲線運算出線性回歸 斜率之間之一差異值(如圖2E及步驟S32)。接著，除了要判斷第一條件(步驟S40)之外，亦要判斷一第二條件是否成立，其中第二條件為此差異值是否已落入一閥值區間且持續一第二時間長度(步驟S42)。最後，依據第一條件、第二條件是否成立判斷使用者之疲勞度(步驟S52)，其中當第一條件以及第二條件成立，則產生一第二警示訊息。

接續上述，於此實施例中，第一條件為當每五分鐘平均的線性迴歸斜率之斜率小於0且至少持續了140秒(第一時間長度)，表示使用者之心跳已經漸漸變慢一段時間了。再來，第二條件為找出所計算出的各線性回歸斜率小於0且其之間的差異值落入一閥值區間，例如大於-0.001以及小於0.004，並且持續了第二時間長度，例如大於等於60秒，則表示使用者之心跳除了已經漸漸變慢一段時間，其心跳變化幅度的差異亦小，代表使用者進入注意力下降狀態，則產生第二警示訊息，例如一注意力下降警示訊息，以提醒使用者需注意行車安全。

於再一實施例中，如圖4之流程圖所示，基於上一實施例之基礎下，本發明之方法更包括判斷一第三條件是否成立，其中第三條件為找出所計算出的各線性回歸斜率小於0且其之間的差異值落入閥值區間且持續一第三時間長度(步驟S44)。最後，同理，依據第一條件、第二條件、第三條件是否成立判斷該使用者之疲勞度(步驟S54)，當第一條件以及第三條件成立，則產生一第三警示訊息。其中第三條件與第二條件大致相同，差異在於差異值落入閥值區間後所維持的時間長度，於此實施例中，第三時間長度係為大於等於90秒或者大於等於第二時間長度至少30秒，也就是說，第三條件係判斷落入閥值區間的這些數值是否夠久的時間，故產生的第三警示訊息係告知使用者已進入疲勞狀態。

本發明一實施例之疲勞度偵測方法可應用於偵測行車駕駛中之使用者，生理特徵值序列以心跳頻率值為例，當第一條件以及第二條件成立，表示使用者之心跳漸漸變慢，心跳的變化幅度差異小，且這種狀態持續一段時間，代表使用者進入注意力下降狀態，則產生注意力下降之警示訊息以提醒使用者需注意行車安全。若當第一條件以及第三條件成立，表示使用者之心跳漸漸變慢，心跳的變化幅度差異小，且這種狀態持續了夠長的一段時間，代表使用者已進入疲勞狀態，則產生疲勞警示訊息警示使用者不宜再繼續駕駛以免發生危險。利用所量測出的生理特徵值序列，對其線性回歸斜率以及各線性回歸斜率之差異值做分析判斷，可有效偵測使用者之疲勞程度。此外，兩階段判斷及警示方式，可在使用者在注意力下降時即發出警示提醒，有效預防使用者因疲勞發生意外。

請參照圖5，圖5為本發明又一實施例之疲勞偵測裝置之示意圖。如圖所示，一種疲勞度偵測裝置100包括：一量測單元110用以量測一使用者200在一連續時間內的一生理特徵值序列。一儲存單元120，用以儲存生理特徵值序列。一運算單元130與量測單元110以及儲存單元120電性連接，用以依據生理特徵值序列計算出一生理特徵曲線，且依據生理特徵曲線單純計算出一線性回歸斜率及/或一併計算出線性回歸斜率之間之一差異值，運算單元130判斷一第一條件、一第二條件或一第三條件中至少其中之一是否成立以獲得使用者200之一疲勞度偵測結果，其中第一條件、第二條件以及第三條件之判斷方法以及各閥值之條件如上述所有實施例所描述，此處即不再贅述。以及一輸出單元140與運算單元130電性連接，用以輸出疲勞度偵測結果。其中輸出單元140可為一顯示螢幕及一聲音裝置至少其中之一。

接續上述，量測單元110可包括有線測量以及無線測量。於一實施例中，如圖6所示，量測單元110包括一超寬頻發射器112以及一接收器114。超寬頻發射器112用以發射一超寬頻訊號。而接收器114用以接收一超寬頻訊號經過使用者200之反射訊號，並在連續時間內取得例如為使用者200之心跳、脈搏的心血管循環之脈衝之頻率值。於又一實施例中，如圖7所示，量測單元110亦可包括一感測器115、一傳輸線116以及一接收器117以有線的方式量測使用者200之一生理特徵值序列。其中感測器115用以與使用者200直接接觸以取得生理特徵值序列。傳輸線116與感測器115連結，用以傳輸生理特徵值序列。最後，接收器117用以接收在連續時間內取得生理特徵值序列。可以理解的是，圖6以及圖7之圖式比例非按疲勞偵測裝置以及使用者實際大小所繪示，其僅為一實施例供瞭解本發明之技術特徵但非用以限定本發明。

根據上述說明，本發明之特徵在於可利用例如為電磁波技術之非接觸方式量測使用者的生理特徵當作疲勞指標。更者，依據所量測出的生理特徵值變化辨識使用者之疲勞程度，並在使用者注意力下降時即發出警示，可有效避免使用者發生意外。此外，使用上只要將本發明之疲勞度偵測裝置設置於靠近心臟或脈搏之衣物上即可量測，使用上相當便利。

綜合上述說明，本發明之疲勞度偵測方法及其裝置，利用所量測出的生理特徵值，對其線性回歸斜率以及各線性回歸斜率之差異值做分析判斷，有效偵測使用者之疲勞程度。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本 發明之專利範圍內。

S10,S20,S30,S32,S40,S42,S44,S50,S52,S54‧‧‧步驟

100‧‧‧疲勞度偵測裝置

110‧‧‧量測單元

112‧‧‧超寬頻發射器

114,117‧‧‧接收器

115‧‧‧感測器

116‧‧‧傳輸線

120‧‧‧儲存單元

130‧‧‧運算單元

140‧‧‧輸出單元

A₁ 、A₂ 、A₃ 、_... A₁₅ ‧‧‧警示訊息

X₁ ‧‧‧標示點

圖1為依據本發明一實施例之疲勞度偵測方法的流程圖。

圖2A、圖2B及圖2C為依據本發明一實施例之疲勞度偵測數據。

圖2D、圖2E及圖2F為依據本發明又一實施例之疲勞度偵測數據。

圖3為依據本發明一實施例之疲勞度偵測方法的流程圖。

圖4為依據本發明一實施例之疲勞度偵測方法的流程圖。

圖5為依據本發明一實施例之疲勞偵測裝置之示意圖

圖6為依據本發明一實施例之量測單元的示意圖。

圖7為依據本發明又一實施例之量測單元的示意圖。

S10,S20,S30,S40,S50‧‧‧步驟

Claims (26)

1. 一種疲勞度偵測方法，包含下列步驟：量測一使用者在一連續時間內的一生理特徵值序列，其中該生理特徵值序列為一心血管循環之脈衝頻率值，該心血管循環為心跳和脈搏至少其中一種；依據該生理特徵值序列計算出一生理特徵曲線；依據該生理特徵曲線運算出一線性回歸斜率；判斷一第一條件是否成立，其中該第一條件為該線性回歸斜率小於一斜率閥值且持續一第一時間長度；以及依據該第一條件是否成立判斷該使用者之疲勞度。
2. 如請求項1所述之疲勞度偵測方法，其中該線性回歸斜率為每分鐘平均之線性回歸斜率，且該第一條件之該斜率閥值係小於-0.05且該第一時間長度大於等於150秒。
3. 如請求項2所述之疲勞度偵測方法，其中當該第一條件成立，則產生一第一警示訊息。
4. 如請求項1所述之疲勞度偵測方法，更包含：計算該線性回歸斜率之間的一差異值；判斷一第二條件是否成立，其中該第二條件為該差異值落入一閥值區間且持續一第二時間長度；以及依據該第一條件、該第二條件是否成立判斷該使用者之疲勞度，當該第一條件以及該第二條件成立，則產生一第二警示訊息。
5. 如請求項4所述之疲勞度偵測方法，其中該線性回歸斜率為每五分鐘平均之線性回歸斜率；及該第一條件之該斜率閥值係小於0且該第一時間長度大於等於140秒。
6. 如請求項5所述之疲勞度偵測方法，其中該第二條件之該閥值區間為大於-0.001以及小於0.004。
7. 如請求項6所述之疲勞度偵測方法，其中該第二時間長度大於等於60秒。
8. 如請求項4所述之疲勞度偵測方法，更包含：判斷一第三條件是否成立，其中該第三條件為該差異值落入該閥值區間且持續一第三時間長度；以及依據該第一條件、該第二條件、該第三條件是否成立判斷該使用者之疲勞度，當該第一條件以及該第三條件成立，則產生一第三警示訊息。
9. 如請求項8所述之疲勞度偵測方法，其中該第三時間長度大於等於該第二時間長度至少30秒及該閥值區間為大於-0.001以及小於0.004。
10. 如請求項1所述之疲勞度偵測方法，其中該生理特徵值序列包含每秒更新之每分鐘心跳頻率值或每秒更新之每分鐘脈搏頻率值。
11. 一種疲勞度偵測裝置，包含：一量測單元，用以量測一使用者在一連續時間內的一生理特徵值序列，其中該生理特徵值序列為一心血管循環之脈衝頻率值，該心血管循環為心跳和脈搏至少其中一種；一儲存單元，用以儲存該生理特徵值序列；一運算單元，其與該量測單元以及該儲存單元電性連接，用以依據該生理特徵值序列計算出一生理特徵曲線，且依據該生理特徵曲線中計算出一線性回歸斜率，該運算單元判斷一第一條件是否成立以獲得該使用者之一疲勞度偵測結果，其中該第一條件為該線性回歸斜率小於一斜率閥值且持續一第一時間長度；以及一輸出單元，其與該運算單元電性連接，用以輸出該疲勞度偵測結果。
12. 如請求項11所述之疲勞度偵測裝置，其中該量測單元包含有線測量以及無線測量。
13. 如請求項12所述之疲勞度偵測裝置，其中該量測單元為無線測量，其包含： 一超寬頻發射器，用以發射一超寬頻訊號；以及一接收器，用以接收該超寬頻訊號經過該使用者之反射訊號，並在該連續時間內取得該生理特徵訊號序列。
14. 如請求項12所述之疲勞度偵測裝置，其中該量測單元為有線測量，其包含：一感測器，用以與該使用者接觸以取得該生理特徵訊號；一傳輸線，與該感測器連結，用以傳輸該生理特徵訊號；以及一接收器，用以接收在該連續時間內取得該生理特徵訊號。
15. 如請求項11所述之疲勞度偵測裝置，其中該生理特徵值序列包含每秒更新之每分鐘心跳頻率值或每秒更新之每分鐘脈搏頻率值。
16. 如請求項11所述之疲勞度偵測裝置，其中該線性回歸斜率為每分鐘平均之線性回歸斜率；及該第一條件之該斜率閥值係小於-0.05且該第一時間長度大於等於150秒。
17. 如請求項16所述之疲勞度偵測裝置，其中當該第一條件成立，則產生一第一警示訊息。
18. 如請求項6所述之疲勞度偵測裝置，其中該運算單元更包含：計算該線性回歸斜率之間之一差異值；以及判斷一第二條件是否成立以獲得該使用者之該疲勞度偵測結果，其中該第二條件為該差異值落入一閥值區間且持續一第二時間長度。
19. 如請求項18所述之疲勞度偵測裝置，其中該線性回歸斜率為每五分鐘平均之線性回歸斜率；及該第一條件之該斜率閥值係小於0且該第一時間長度大於等於140秒。
20. 如請求項19所述之疲勞度偵測裝置，其中該第二條件之該閥值區間為大於-0.001以及小於0.004。
21. 如請求項20所述之疲勞度偵測裝置，其中該第二時間長度大於等於60秒。
22. 如請求項18所述之疲勞度偵測裝置，其中當該第一條件以及該第二條件成立，則產生一第二警示訊息。
23. 如請求項18所述之疲勞度偵測裝置，其中該運算單元更包含：判斷一第三條件是否成立以獲得該使用者之該疲勞度偵測結果，其中該第三條件為該差異值落入該閥值區間且持續一第三時間長度。
24. 如請求項23所述之疲勞度偵測裝置，其中該第三時間長度大於等於該第二時間長度至少30秒及該閥值區間為大於-0.001以及小於0.004。
25. 如請求項24所述之疲勞度偵測裝置，其中當該第一條件以及該第三條件成立，則產生一第三警示訊息。
26. 如請求項11所述之疲勞度偵測裝置，其中該輸出單元為一顯示螢幕及一聲音裝置至少其中之一。