用于判定困倦状态的设备和方法
【专利摘要】用于判定困倦状态的设备和方法包括：信息获取器，获取用户的生理信息；模式判定器，设定在根据应用于判定用户困倦状态的变量而分类的模式中的操作模式。阈值判定器基于在数据库（DB）中存储的参考表中的数据，设定用于所设定模式的应用变量的阈值。生理指数计算器基于从信息获取器实时获取的用户的状态信息，针对各个应用变量计算测量值。状态判定器通过比较从针对各个应用变量而计算的测量值中产生的用户表与参考表，从而判定用户的困倦状态。
【专利说明】用于判定困倦状态的设备和方法
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求2013年7月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第 10-2013-0087518号优先权的权益，其公开内容通过引用的方式整体并入本文。
【技术领域】
[0003] 本公开涉及用于判定困倦状态的设备和方法，更具体地，涉及基于驾驶员的生理 状态变化来判定困倦状态的技术。
【背景技术】
[0004] 通常而言，存在使用生理信号来判定驾驶员的困倦状态的方法。
[0005] 通过使用生理信号来判定困倦驾驶的方法是，通过分析可从生理信号获得的具体 变量的信息来判定驾驶员的困倦状态。然而，因为用于判定困倦状态的变量局限于变量中 的某一些，在考虑驾驶员的整体情况时存在限制。
[0006] 此外，因为困倦状态的判定是独立判定的，并且不会针对各个具体变量来综合考 虑，驾驶员的困倦状态不能详细分析。
【发明内容】
[0007] 已经鉴于以上问题做出本发明，而且本公开提供一种用于判定困倦状态的设备和 方法，该设备和方法能够通过比较基于多个用户所制作的参考表与根据用户生理状态变化 所制作的用户表来实时判定用户的困倦状态。
[0008] 本公开提供一种用于判定困倦状态的设备和方法，能够基于在车辆驾驶过程中从 用户实时获取的生理信息、动作信息等，通过与参考表的比较来简单而快速地判定用户困 倦状态。
[0009] 本公开还提供一种用于判定困倦状态的设备和方法，能够通过全面考虑用于判定 用户困倦状态的全体变量或有效变量的状态改变，来精确地判定用户的困倦状态。
[0010] 根据本公开的示例性实施方式，用于判定困倦状态的设备包含获取用户的生理信 息的信息获取器。模式判定器设定在根据用于判定用户困倦状态的变量而分类的模式中的 操作模式。阈值判定器基于在数据库（DB)中存储的参考表中的数据，设定用于所设定模式 的应用变量的阈值。生理指数计算器基于从信息获取器实时获取的用户的状态信息，针对 各个应用变量来计算测量值。状态判定器通过比较从针对各个应用变量而计算的测量值中 产生的用户表与参考表，从而判定用户的困倦状态。
[0011] 应用变量包括脑电图（EEG )、光体积描记图（PPG )、光体积描记速率变异（PRV )、皮 肤电反应（GSR)、皮肤温度（SKT )、眼电图（EOG )和呼吸（RSP )中的至少一种。
[0012] 针对应用来判定用户困倦状态的变量，根据基于多个用户清醒状态下测量的生理 信号值而在困倦状态下测量的生理信号值的变化来产生参考表。
[0013] 在通过比较针对各个应用变量而计算的测量值与用于各个应用变量的参考值而 获得的结果中产生用户表。
[0014] 参考值是从开始测量用户生理信号的时间点起始在指定时间中测量的值的平均 值。
[0015] 参考值基于参考表的数据中的在清醒状态下测量的数据而设定。
[0016] 模式判定器将仅通过预设应用变量中的某些有效变量而操作的第一模式以及针 对全体应用变量而操作的第二模式中的任一种设定为操作模式。
[0017] 有效变量是，当基于在清醒状态下测量的生理信号值而在困倦状态下测量生理信 号值时，应用变量中具有超出标准值的生理信号值变化的变量。
[0018] 信息获取器还获取用户的动作信息。
[0019] 根据本公开的另一个示例性实施方式，用于判定困倦状态的方法包括获取用户的 生理信息。设定在根据用来判定用户困倦状态的变量而分类的模式中的操作模式。基于在 数据库（DB)存储的参考表中的数据，设定用于所设模式的应用变量的阈值。基于从用户实 时获取的生理信息，针对各个应用变量计算测量值。通过比较针对各个应用变量而计算的 测量值与用于各个应用变量的参考值，来产生用户表。将从DB调取的参考表与用户表进行 比较，并根据比较结果来判定用户的困倦状态。
[0020] 在获取用户的生理信息之前，针对用于判定用户困倦状态的变量，根据基于多个 用户在清醒状态下测量的生理信号值而在困倦状态下测量的生理信号值的变化来产生参 考表。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 结合附图，从以下详细说明中，本公开的目的、特征和优点将更为明显。
[0022] 图1是示出根据本公开的示例性实施方式的用于判定困倦状态的设备的配置的 框图。
[0023] 图2是示出根据本公开的示例性实施方式的参考表的图表。
[0024] 图3是用于描述根据本公开示例性实施方式的用于判定困倦状态的设备的操作 的图表。
[0025] 图4和图5是示出根据本公开示例性实施方式的用于判定困倦状态的方法的操作 流程的流程图。
[0026] 〈附图标记〉
[0027] 110:控制器
[0028] 120 :输入单元
[0029] 130 :输出单元
[0030] 140 :信息获取器
[0031] 150:模式判定器
[0032] 160:阈值判定器
[0033] 170 :生理指数计算器
[0034] 180 :状态判定器
[0035] 2〇0:数据库（DB)
【具体实施方式】
[0036] 将参考附图来详细描述本公开的示例性实施方式。在整个附图中，相同的附图标 记用于指代相同或相似的元件。对于并入本文的众所周知的功能和结构的详细说明可能省 略，以避免掩盖本公开的主题。
[0037] 根据本公开的示例性实施方式的用于判定困倦状态的设备设置在车辆中，并且根 据驾驶员驾驶车辆的生理状态变化来实时判定困倦状态，以事先防止由于困倦驾驶而引起 的危险情况。
[0038] 在下文中，将参考附图来详细描述本公开的示例性实施方式。
[0039] 图1是示出根据本公开示例性实施方式的用于判定困倦状态的设备的配置的框 图。参考图1，根据本公开示例性实方式的用于判定困倦状态的设备包含控制器110、输入 单元120、输出单元130、信息获取器140、模式判定器150、阈值判定器160、生理指数计算器 170、状态判定器180,以及数据库（DB) 200。此处，控制器110控制用于判定困倦状态的设 备的各个单元的操作。
[0040] 作为输入信息并控制指令以操作用于判定困倦状态的设备的构件，输入单元120 可以设置在车辆的仪表板中。
[0041] 输出单元130可以输出用于判定困倦状态的设备的操作状态、处理结果等，并且 可以根据困倦状态判定结果来输出警报信息。在这种情况下，输出单元130可以是显示构 件，例如设置在车辆仪表板或导航屏幕中的监控器，并且也可以是声音输出构件，例如扬声 器或蜂鸣器。
[0042] 信息获取器140可以获取用户的生理信息、动作信息等。作为例子，信息获取器 140可以获取来自脑电波、脉搏波、心脏、皮肤等的信号，并且可以获取驾驶员的诸如眼球移 动、打呵欠等的动作信息。
[0043] 在DB200中，可以存储用于判定困倦状态的算法。此外，在DB200中，可以存储应 用于判定困倦状态的算法的参考表。在这种情况下，DB200可以设置在用于判定困倦状态 的设备中，并且可以是设置在其外部的存储装置。
[0044] 通过使用来自多个用户的实时获取的生理信号，根据基于在清醒状态下测量的生 理信号值而在困倦状态下测量的生理信号值的变化来产生参考表。在这种情况下，参考表 会记录针对用于判定多个用户的困倦状态的各个变量的生理信号值变化。
[0045] 用于判定困倦状态的变量对应于脑电图（EEG)、光体积描记图（PPG)、光体积描记 速率变异（PRV)、皮肤电反应（GSR)、皮肤温度（SKT)、眼电图（EOG)以及呼吸（RSP)中的至少 一种。
[0046] 参考图2,描述参考表的详细实施方式。图2中所不的参考表是基于调查31个实 验参与者的困倦驾驶实验得出的结果而制作的表。
[0047] 作为应用到图2的参考表的变量，存在EEG、PPG、PRV、GSR、SKT、EOG以及RSP。此 时，EEG测量？3、？4、？3、？4、〇1以及〇2的〇、^、6和0的状态变化。 〇应用8?12.9泡 的范围，β为13?29. 9Ηζ，δ为1?3. 9Ηζ，Θ为4?7. 9Hz，并且PPG应用频率和振幅。 此外，PRV应用甚低频（VLF) /高频（HF)以及低频（LF)/高频（HF)。在这种情况下，VLF范 围为从0. 0033?0. 04Hz，HF范围为从0. 15?0. 4Hz，以及LF为0. 04?0. 08Hz。
[0048] GSR和SKT应用平均值而EOG应用持续时间、高度和重启（reopening)时间。RSP 应用R波到R波间隔（RRI)和速率。
[0049] 参考表将在清醒状态下测量的生理信号值设定为各个实验参与者的实验早期阶 段的参考值。之后，根据用户变化到困倦状态时生理信号值的改变程度，参考表将表现为增 加或减少。
[0050] 具体而言，在本公开的示例性实施方式中，实验参与者在清醒状态和困倦状态下 变化的超过标准值的变量，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 频率、PRV (VLF/HF、LF/HF)、 SKT、和EOG (高度)，定义为有效变量(在图2中标示为"*")。
[0051] 模式判定器150设定用于判定困倦状态的设备的操作模式。此处，用于判定困倦 状态的设备的操作模式包含仅通过预定义在用于判定困倦状态的算法的全体变量中的有 效变量来操作的第一模式、以及通过全体变量来操作的第二模式。
[0052] 模式判定器150可以根据初始设定值以及根据管理者或用户的请求来设定操作 模式。
[0053] 当操作模式通过模式判定器150设定时，阈值判定器160基于针对应用于设定操 作模式的应用变量的参考表中的数据来设定阈值。在这种情况下，当操作模式通过模式判 定器150设定为第一模式时，阈值判定器160基于针对有效变量的参考表中的数据来设定 阈值。同时，当操作模式通过模式判定器150设定为第二模式时，阈值判定器160基于针对 全体变量的参考表中的数据来设定阈值。用于操作设定阈值的示例性实施方式将参考图3 做详细描述。
[0054] 当用于所设定操作模式的阈值被设定时，生理指数计算器170通过分析由信息获 取单元140实时获取的用户的生理信息来计算用户的当前生理指数。在这种情况下，生理 指数计算单元170针对用于操作模式的各个应用变量来计算生理指数，其中操作模式由用 户的生理信息设定。
[0055] 作为例子，在操作模式设定为第一模式的情况下，生理指数计算器170针对设定 为有效变量的 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 频率、PRV (VLF/HF、LF/HF)、SKT、和 EOG (高度） 中的各个变量实时计算生理指数。
[0056] 状态判定器180比较由生理指数计算器170计算的各个变量的测量值与用于相应 应用变量的参考值，以基于状态变化来产生用户表。此处，作为用户清醒状态的标准值，参 考值可以设定为从开始测量用户生理信号的时间点起始的一定时间中所测量的值的平均 值。例如，状态判定器180从开始测量生理信号的时间点起始的3分钟过程中，判定用户处 于清醒状态，从而基于最初3分钟的数据来设定参考值。同时，参考值也可以基于参考表数 据中的在清醒状态下测量的数据来进行设定。
[0057] 状态判定器180调用在DB200中存储的参考表，以与用户表比较，并根据比较的结 果来判定用户的困倦状态。
[0058] 由于基于在清醒状态基础上变化至困倦状态时的状态改变值来产生参考数据，在 用户表的数据与参考表的数据一致的情况下，状态判定器180判定用户处于"困倦"状态。 同时，在用户表的数据与参考表的数据不一致的情况下，状态判定器180判定用户处于"清 醒"状态。
[0059] 状态判定器180的判定困倦状态的结果可以通过输出单元130输出，并且警报、警 告消息等可以在用户处于困倦状态的情况下在控制器110的控制下输出。
[0060] 图3是用于描述基于参考数据来设定各个模式的阈值的操作的图表。此处，符 号表示针对全体应用变量的各个实验参与者的数据，?符号表示针对图2定义的有效变量 的各个实验参与者的数据。当操作用于判定用户的困倦状态的算法时，基于各个实验参与 者的数据来设定用于各个模式的阈值。
[0061] 如图3所示，_线表示在第一模式中操作时的阈值，而一线表示在第二模式中操 作时的阈值。换言之，在第二模式操作时，基于针对全体应用变量的各个实验参与者的数据 来计算阈值。从图3的图表中计算的第二模式中的阈值是74.802e-0.002x。同时，当用于 判定困倦状态的设备以第一模式操作时，仅有预定义的有效变量变为应用变量，从而基于 针对有效变量的各个实验参与者的数据来计算阈值。从图3的图表中计算的第一模式的阈 值变为 83. 235e-0. 002x。
[0062] 在图4中示出根据本公开示例性实施方式的在用于判定困倦状态的设备中的用 于判定困倦状态的算法的操作顺序。
[0063] 参考图4,根据本公开示例性实施方式的用于判定困倦状态的设备在执行用于判 定车辆中驾驶的用户的困倦状态的算法时，选择操作模式（S100)。在这种情况下，在操作模 式中，可以选择仅针对预定义的有效变量而操作的"模式1"和针对全体变量而操作的"模 式2"。可以根据实施方式的类型来添加操作模式。
[0064] 如果操作模式选择步骤SlOO中的"模式1"（S110)，用于判定困倦状态的设备前 进到步骤S120。如果操作模式选择为"模式2"，则用于判定困倦状态的设备进入（A)并前 进到步骤S300。
[0065] 换言之，当操作模式选择为"模式1"时，用于判定困倦状态的设备基于参考表中用 于有效变量的数据来设定生理样式阈值（S120)，并从用户获取的生理信号中测量针对各个 有效变量的值（S130和S140)。
[0066] 用于判定困倦状态的设备对步骤S140中针对各个有效变量而测量的值与基于在 用户清醒状态下测量的数据而设定的参考值进行比较（S150)，并产生用于用户的用户表 (S160)。
[0067] 之后，用于判定困倦状态的设备从DB中提取参考表（S170)，以与步骤S160中 产生的用户表进行比较（S180)，并根据参考表是否与用户表一致来判定用户的困倦状态 (S190)。考虑到测量的误差，即使参考表中的数据与用户表中的数据不是精确一致，在数据 之间的差异包含在一定误差范围内的情况下，用于判定困倦状态的设备可以判定参考表中 的数据彼此一致。
[0068] 针对实时测量的用户的生理信号，反复执行步骤S130至S190,直到用于判定困倦 状态的算法终止操作为止。当输入操作终止指令时（S200),操作终止。
[0069] 同时，当操作模式选择为"模式2"时，用于判定困倦状态的设备基于用于参考表的 全体变量的数据来设定生理样式阈值（S300)，并对于从用户获取的生理信号来测量针对全 体变量的生理信号值（S310和S320)。
[0070] 此处，用于判定困倦状态的设备对步骤S320中针对各个变量而测量的值与基于 在用户清醒状态下测量的数据而设定的参考值进行比较（S330)，并产生用于用户的用户表 (S340)。
[0071] 然后，用于判定困倦状态的设备从DB中提取参考表（S350)，以与步骤S340中 产生的用户表进行比较（S360)，并根据参考表是否与用户表一致来判定用户的困倦状态 (S370)。考虑到测量的误差，即使参考表中的数据与用户表中的数据不是精确一致，在数据 之间的差异包含在一定误差范围内的情况下，用于判定困倦状态的设备可以判定参考表中 的数据彼此一致。
[0072] 针对实时测量的用户的生理信号，反复执行步骤S310至S370,直到用于判定困倦 状态的算法终止操作为止。当输入操作终止指令时（S380),操作终止。
[0073] 如上所述，本公开的示例性实施方式可以通过对基于多个用户而制作的参考表与 根据用户的生理状态变化而制作的用户表进行比较，以判定用户的困倦状态。
[0074] 此外，本公开全面考虑针对可用于判定用户的困倦状态的全体变量或有效变量的 状态改变，从而使得可以精确地判定用户的困倦状态。
[0075] 虽然在上文中已经详细描述了本公开的示例性实施方式，但是应该清楚地理解， 对本领域技术人员显示的本文教导的基本发明概念的许多变化和修饰将仍然落在本公开 的精神和范围内，如在所附权利要求中所定义的。
【权利要求】
1. 一种用于确定困倦状态的设备，所述设备包含： 信息获取器，获取用户的生理信息； 模式判定器，设定在根据应用于判定用户困倦状态的变量而分类的模式中的操作模 式； 阈值判定器，基于在数据库（DB)中存储的参考表中的数据，设定用于所设定模式的应 用变量的阈值； 生理指数计算器，基于从所述信息获取器实时获取的用户的状态信息，针对各个所述 应用变量计算测量值；以及 状态判定器，通过比较从针对各个所述应用变量而计算的测量值中产生的用户表与所 述参考表，从而判定所述用户的困倦状态。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中， 所述应用变量包含脑电图（EEG)、光体积描记图（PPG)、光体积描记速率变异（PRV)、皮 肤电反应（GSR)、皮肤温度（SKT )、眼电图（EOG )和呼吸（RSP )中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中， 针对应用于判定用户困倦状态的变量，根据基于多个用户在清醒状态下测量的生理信 号值而在困倦状态下测量的生理信号值的变化而产生所述参考表。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中， 从通过比较针对各个所述应用变量而计算的测量值与用于各个所述应用变量的参考 值而获得的结果中产生所述用户表。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中， 所述参考值是从开始测量用户的生理信号的时间点起始在给定时间中测量的值的平 均值。
6. 根据权利要求4所述的设备，其中， 基于在所述参考表的数据中的在清醒状态下测量的数据，设定所述参考值。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中， 所述模式判定器将仅通过预设所述应用变量中的某些有效变量而操作的第一模式以 及针对全体所述应用变量而操作的第二模式中的任一模式设定为所述操作模式。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中， 所述有效变量是，当基于所述应用变量中在清醒状态下测量的生理信号值而在困倦状 态下测量生理信号值时，具有超出标准值的生理信号值变化的变量。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中， 所述信息获取器还获取所述用户的动作信息。
10. -种用于判定困倦状态的方法，所述方法包括： 获取用户的生理信息； 设定在根据应用于判定用户的困倦状态的变量而分类的模式中的操作模式； 基于在数据库（DB)存储的参考表中的数据，设定用于各个所设定模式的应用变量的阈 值； 基于从所述用户实时获取的生理信息，针对各个所述应用变量计算测量值； 通过比较针对各个所述应用变量而计算的测量值与用于各个所述应用变量的参考值， 产生用户表；以及 比较从所述DB调用的参考表与所述用户表，并根据比较结果来判定所述用户的困倦 状态。
11.根据权利要求10所述的方法，在获取用户的所述生理信息之前还包括： 针对应用于判定所述用户的困倦状态的变量，根据基于多个用户在清醒状态下测量的 生理信号值而在困倦状态下测量的生理信号值的变化来产生所述参考表。
【文档编号】A61B5/18GK104337525SQ201310573855
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】李活利, 金镇权, 黄珉哲 申请人:现代自动车株式会社