阅读说明：本技术 一种专注力检测系统、检测方法及系统的使用方法 (Concentration detection system, detection method and use method of system ) 是由 周泽坤 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：一种专注力检测系统、检测方法及系统的使用方法,系统包括电脑、分别与电脑通信的脑电波数据采集装置和眼球追踪装置；脑电波数据采集装置将检测到的α、β、θ波段传送到电脑上,电脑中安装的软件通过分析β波强度占α、β、θ波强度之和的比值确定专注力水平Con(n)；所述眼球追踪装置从专注力数值和专注目标两个维度监测使用者在整个活动中的专注力获得第n秒的注视集中水平p(n)；所述电脑中的软件综合脑电波数据采集装置和眼球追踪装置的获得每秒的专注力水平Score(n),整个活动的专注力水平得分OverallScore为最终的专注力水平。本发明为屏幕媒体活动提供全面的专注力监测数据,并且把大脑专注力与视觉专注力相结合,能更全面地反应活动中的专注力水平。(A concentration detection system, a detection method and a using method of the system are disclosed, wherein the system comprises a computer, a brain wave data acquisition device and an eyeball tracking device which are respectively communicated with the computer; the brain wave data acquisition device transmits the detected alpha, beta and theta wave bands to a computer, and software installed in the computer determines a concentration level Con (n) by analyzing the ratio of beta wave intensity to the sum of the alpha, beta and theta wave intensities; the eye tracking apparatus monitors the user's concentration throughout the activity from both the concentration value and the concentration target dimension to obtain the nth second level of concentration p (n); the software in the computer synthesizes the concentration level score (n) obtained by the brain wave data acquisition device and the eyeball tracking device per second, and the concentration level score OverallScore of the whole activity is the final concentration level. The invention provides comprehensive concentration monitoring data for screen media activities, and combines brain concentration with visual concentration, thereby reflecting the concentration level in the activities more comprehensively.)

一种专注力检测系统、检测方法及系统的使用方法

技术领域

本发明涉及检测技术的

技术领域

，尤其涉及一种专注力检测系统、检测方法及系统的使用方法。

背景技术

专注力是认知活动的动力功能。认知活动包括听知觉、视知觉、记忆、思维、想象、执行、反馈等活动。认知活动得以顺利开展的推动力正是专注力。

目前，普遍社会大众将专注力和注意力混为一谈，认为专注力就是注意力，这就导致很多专注力检测系统，都是通过各种道具及设备促使注意力集中检测其当时注意力，针对的其实是注意力，而注意力是先天就有的。而另一部分虽然针对专注力的检测，但是往往只是通过单一的脑电波信息收集或专注力程度是否深入，并没有结合实际专注力的数据波动，不能给出真实具体的体现被检测者真实的专注力，以及监测数据。

从应用范围和数量来看，基于EEG(Electroencephalograph，脑电图描记器)的设备是目前最广泛的脑机接口。通过分析EEG测得的脑电波，可以获取大脑的情绪及状态。当前主流的脑电波分析方法是按照频率把波分为α、β、δ、γ、θ共5种，具体详见下表：

类型	频率(Hz)	该类波幅度大时表示的大脑状态
			α	8-12	放松、愉悦、有意识
β	12-30	肢体运动、思考、紧张、焦虑
			δ	<4	睡眠、疲倦、无意识
γ	>30	感受、情绪波动
			θ	4-7	直觉、想象、梦境

通过这5类波的幅度大小，可以分析出大脑的专注力水平。

硬件方面，使用单通道/双电极的低成本脑电波监测电路已经模块化。该类模块通过贴于前额及耳后(垂)的双电极得到脑电信号，并通过板载软件将采集到的原始信号经过滤波、傅立叶变换、频率分析后，计算出前述5类波的强度，用户可以直接读取。

另外，当前眼动追踪技术也已经相当成熟，通常来说是通过两个或多个固定于眼前的横向排列的红外摄像头监控人眼瞳孔中心的位置，通过多个摄像头之间的相差计算出双眼的注视点位置。该类设备多与显示器相结合使用，分析被追踪者的双眼注视点在显示器上的移动轨迹及分布。通过分析这些轨迹和分布数据，可以从注视的角度分析被追踪者的视觉专注力是否集中在显示器所显示的特定目标物上。

现有技术的问题和缺点如下：

1、目前很多早教、大脑开发及心理治疗等机构会使用电子屏幕通过游戏、动画等形式进行相应的训练和治疗，而多数此类的主观性训练和治疗无法通过客观的评价标准来评价效果。本专利描述了一种可用于此类屏幕媒体活动中持续监测用户专注力水平的方法，此方法可用来评价主观性训练或治疗过程的有效性，从而确保训练/治疗的效果。

2、脑电波监测的方法只能反应专注力水平，并不能确定被测者所专注的目标物；眼动追踪只能确定被追踪者的视觉专注的目标物，并不能反映专注力水平。

发明内容

为给出使用者在进行活动时的专注力水平随时间的变化关系，从而对其活动行为的专注度进行评价，为此，本发明提出了一种专注力检测系统、检测方法及系统的使用方法，具体方案如下：

一种专注力检测系统，包括电脑、分别与电脑通信的脑电波数据采集装置和眼球追踪装置；

脑电波数据采集装置将检测到的α、β、θ波段传送到电脑上，电脑中安装的软件通过分析β波强度占α、β、θ波强度之和的比值确定专注力水平Con(n)；

所述眼球追踪装置从专注力数值和专注目标两个维度监测使用者在整个活动中的专注力获得第n秒的注视集中水平p(n)；

所述电脑中的软件综合脑电波数据采集装置和眼球追踪装置的获得每秒的专注力水平

Score(n)＝Con(n)*p(n) (3)

整个活动的专注力水平得分的评价算法如下：

OverallScore即为最终的专注力水平。

具体地说，所述软件对脑电波数据的算法如下：

Con(n)为第n秒的专注力水平数值；α、β、θ为脑电模块读取的强度数值，该数值每秒计算一次。

具体地说，所述脑电波数据采集装置使用的是神念科技的TGAM脑电模块。

具体地说，所述脑电波数据采集装置通过蓝牙与电脑连接。

具体地说，所述眼球追踪装置获得第n秒的注视集中水平p(n)具体算法如下：

p为第n秒的注视集中水平；AllPos(n)为第n秒内获取到的注视点坐标的总个数；InPos(n)为第n秒内注视点坐标落在期望注视的目标物范围内的个数，即单位时间内视线落在目标物上的比例。

具体地说，所述眼球追踪装置使用Tobii Eye Tracker 5。

具体地说，所述眼球追踪装置通过USB与电脑连接。

上述一种专注力检测系统的检测方法，包括以下步骤：

SA1、软件运行，电脑分别连接脑电波数据采集装置和眼球追踪装置；

SA2、软件判断脑电波数据采集装置和眼球追踪装置是否开始检测，如果没有，持续执行步骤SA2，否则进入步骤SA3；

SA3、初始化专注力数据，加载视觉专注力判断区域范围数据，然后读取脑电波数据采集装置的数据，包括α、β、θ波的强度及信号质量，并读取眼球追踪装置的数据，包括注视点坐标及对应的时间；

SA4、按照所述算法处理数据并记录；

SA5、判断数据处理是否结束，如果结束，呈现专注力过程数据及结果并记录，如果没有结束，返回步骤SA3继续执行。

使用上述一种专注力检测系统的方法，包括以下步骤：

SB1、佩戴脑电波数据采集装置，佩戴时保证脑电波数据采集装置的电极与前额及耳部皮肤接触良好且佩戴稳定，连接时打开脑电设备后，在软件界面上点击连接；

使用者坐好后，固定位置，执行眼球追踪装置的校正，并与软件连接；确保使用者的头部姿势和位置相对固定，然后校准眼球追踪装置，校准完成后，在软件界面内检查软件是否识别到眼球追踪装置，成功后界面上会给出提示；

SB2、开始屏幕媒体活动，采集数据，在过程中持续采集和记录脑电波和眼动数据；

SB3、分析数据；根据检测方法检测并记录在服务器上。

本发明的有益效果在于：为屏幕媒体活动提供全面的专注力监测数据，并且把大脑专注力与视觉专注力相结合，能更全面地反应活动中的专注力水平。

附图说明

图1为本发明提出的一种专注力检测系统的结构图；

图2为本发明提出的一种专注力检测方法的流程图。

图中：

1、电脑；2、脑电波数据采集装置；3、眼球追踪装置

具体实施方式

如图1所示，一种基于脑机接口和眼球追踪的专注力检测系统，包括电脑、分别与电脑通信的脑电波数据采集装置和眼球追踪装置。

所述脑电波数据采集装置使用的是神念科技的TGAM脑电模块，所述脑电波数据采集装置通过蓝牙与电脑连接。检测脑电波中的α、β、θ波段传送到电脑上，电脑中安装的软件通过分析β波强度占α、β、θ波强度之和的比值确定专注力水平。所述软件对脑电波数据的算法如下：

Con(n)为第n秒的专注力水平数值(范围0-100)；α、β、θ为脑电模块读取的强度数值(范围0-4294967295)，该数值每秒计算一次。

所述眼球追踪装置使用Tobii Eye Tracker 5，所述眼球追踪装置使用USB线缆与电脑连接。软件通过Tobii官方提供的应用程序接口获取使用者的双眼注视点轨迹和分布，分析使用者的专注目标状态是否在期望的目标物上。在软件内将上述两类数据在时间维度上进行整合，按秒切片进行处理，从专注力数值和专注目标两个维度监测使用者在整个活动中的专注力，为其他分析提供数据参考。所述软件对眼球追踪数据的具体算法如下：

p为第n秒的注视集中水平(范围0-1)；AllPos(n)为第n秒内获取到的注视点坐标的总个数；InPos(n)为第n秒内注视点坐标落在期望注视的目标物范围内的个数，即单位时间内视线落在目标物上的比例。

所述软件获得每秒的专注力水平的整合算法如下：

Score(n)＝Con(n)*p(n) (3)

整个活动(持续n秒)的专注力水平得分的评价算法如下：

OVerallScore即为最终的专注力水平(范围0-100)，即为每秒计算的专注力在时间维度上的均值。

最终的展示结果包含专注力水平Con(n)-时间的曲线，注视集中水平p(n)-时间的曲线以及专注力得分-时间的曲线。

如图2所示，一种基于脑机接口和眼球追踪的专注力检测方法，包括以下步骤：

SA1、软件运行，连接蓝牙和USB；

SA2、软件判断脑电波数据采集装置和眼球追踪装置是否开始检测，如果没有，持续执行步骤SA2，否则进入步骤SA3；

SA3、初始化专注力数据，加载视觉专注力判断区域范围数据，然后读取脑电波数据采集装置的数据，包括α、β、θ波的强度及信号质量，并读取眼球追踪装置的数据，包括注视点坐标及对应的时间；

SA4、按照所述算法处理数据并记录；

SA5、判断数据处理是否结束，如果结束，呈现专注力过程数据及结果并记录，如果没有结束，返回步骤SA3继续执行。

一种基于脑机接口和眼球追踪的专注力检测系统的使用方法，包括以下步骤：

SB1、佩戴脑电波数据采集装置，并与软件通过蓝牙连接。佩戴时保证脑电波数据采集装置的电极与前额及耳部皮肤接触良好且佩戴稳定。连接时打开脑电设备后，在软件界面上点击连接，软件会自动搜寻附近可用的设备，根据mac地址配对连接，连接成功后界面上会给出提示。

使用者坐好后，固定位置，执行眼球追踪装置的校正，并与软件连接；确保使用者的头部姿势和位置相对固定，然后校准眼球追踪装置，校准完成后，在软件界面内检查软件是否识别到眼球追踪装置，成功后界面上会给出提示。

SB2、开始屏幕媒体活动，采集数据。进行如观看影片、动画，玩电子游戏，电子药片治疗等活动，在过程中持续采集和记录脑电波和眼动数据。

SB3、分析数据。根据上述检测方法检测并记录在服务器上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。