[发明专利]一种可穿戴便携式眼动分析装置及其分析方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学、心理学、信息学科交叉技术领域，涉及一种眼动分析装置，尤其是一种可穿戴便携式眼动分析装置及其分析方法，是一种基于人眼生物电信号（EOG）的的可穿戴便携式眼动分析装置及分析方法。

背景技术

眼动分析仪器是一种比较复杂的大型心理学基础研究的精密仪器，主要用于记录人在处理视觉信息时的眼动轨迹特征，广泛用于注意、视知觉、阅读等领域的研究。眼动研究广泛应用于人因学、行为研究、模式识别、市场研究、医学研究、公路工程研究、驾驶员训练和评价和仪表盘面设计评价等方面。在眼动研究中，一个至关重要的问题就是如何准确地记录人的眼球运动。

国外从20世纪初就已经开始研制眼动分析仪器，至今，眼动记录技术已经发展得比较完善，很多公司已经将眼动分析系统开发成产品。国外一些著名公司按照不同原理制造眼动分析仪器，主要有以下三种方法：光学记录法（根据角膜和瞳孔的反光原理）、电流记录法（眼电信号）、电磁感应法（线圈感应眼动电压进行相敏检测）。国内在眼动分析仪器的研制与开发方面起步比较晚，但也取得了不错的进展，不过多为光学记录法，而且产品化程度较低。几种记录方法都各有优缺点。

目前，广泛使用的眼动分析仪器采用光学记录法较多，该法精度高，实时性好，但基于高性能光学设备，需要高质量、高分辨率、高采样率摄像装置，国内生产较少，多依赖进口，且维修检查费用高，造价昂贵。EOG是应用较广泛的眼球运动测量方法之一，基于EOG的眼动分析系统，目前生产较少，受皮肤角质和分泌物影响，不宜长时间佩戴使用，且个体差异相对光学记录法较大，精度有待进一步提高。但EOG信号易于采集，信噪比较高，且造价低廉，采样率可以比光学记录法高更多，采集和控制不受光线条件影响。近年来人体眼电信号（EOG）也不断被研究用于控制外部设备如机械手、轮椅等，辅助残疾人实现人机交互。目前，基于EOG的眼动分析装置及分析方法主要存在以下问题：

1.理论研究较少，缺少从EOG到包括注视、扫视、追踪等人眼活动在内有效的广泛眼动识别机制。

2.EOG垂直方向上眨眼信号的识别和分离缺乏有效的方法，进而影响垂直眼动的分析。未能有效利用眨眼信息进行控制，有意识及无意识眨眼区分缺乏相关研究。

3.缺乏从EOG信号直接解码人眼注视目标位置等信息的有效方法。

4.EOG易于采集，但每次采集均要贴放电极，且对于多通道采集时电极数目较多，操作较为繁琐；有些采用湿电极，每次使用需在电极中注入导电膏，使用极不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种可穿戴便携式眼动分析装置及其分析方法，其应用性强、操作简单方便、易于穿戴、便于携带、成本低廉。

本发明是通过以下技术方案解决的：

通过柔性可穿戴电极镜框进行EOG信号的采集，通过直流放大、带通滤波、采样/保持、A/D转换将其转变为数字信号，通过多项式拟合去漂移；并提出新的眨眼处理算法对眨眼信息进行补偿和分离，提取有意识单、双眨眼信息；通过自适应滤波方法训练从EOG信号到人眼注视目标位置信息的数字滤波参数。再中值滤波去噪后，用训练得到的系数对预处理的EOG信号进行滤波，即可获得人眼注视目标位置信息，并通过对位置的求导获取速度信息。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用柔性可穿戴电极镜框使EOG信号的采集方便简易，低阶最小二乘去趋势项和中值滤波可有效去除直流漂移和噪声，所提出的眨眼处理算法能有效识别和分离有意识单、双眨眼信息。处理后的EOG信号通过滤波器组的滤波以及求导模块的处理，可以获得较理想的人眼注视目标运动的位置及速度、加速度信息。用其控制外部交互设备具有较好的实时性和可靠性。该眼动分析系统对于注视、小范围扫视、追踪等眼动均有较好的识别和处理能力。

附图说明

图1是眼动分析装置工作示意图；

图2是眼动分析处理流程图；

图3是眼动分析系统组成图；

图4是眨眼处理相关算法流程；

图5是训练模型的实际轨迹与解码的人眼注视目标轨迹的分方向对比图和二维轨迹对比图；

图6是测试模型的实际轨迹与解码的人眼注视目标轨迹的分方向对比图和二维轨迹对比图。

图中：1.柔性可穿戴电极镜框，2.干电极，3.参考电极，4.连接线路，5.基于EOG的眼动分析系统，6.外部交互设备。

具体实施方式