犬只脑波情绪识别系统的制作方法

1.本发明系关于一种情绪识别系统，特别是指一种可根据犬只脑波辨识多种情绪的犬只脑波情绪识别系统。


背景技术：

2.随人口结构的改变，当今社会逐渐走向超单身以及超高龄社会，且国人薪资涨幅低，许多青壮年比起组织家庭，更倾向于饲养宠物作为生活上的陪伴依靠，且老年人也可能因为子女工作繁忙而没有办法时刻与家人相处，选择宠物作为晚年的陪伴，使得宠物的社会地位不同以往。中国众多宠物之中又以犬只最多人饲养，饲主通常视犬只为家人，且时常好奇牠们心中的想法，因而有了宠物沟通师这一职业，但宠物沟通师所言大多缺少科学验证，具有争议且难以令人信服，故本发明以犬只的脑波来分析其情绪，欲使使用者可以更加准确地了解犬只的心理。
3.目前公认的犬只情绪评估方式以世界动物保护协会所提供的宠物训练师训练手册为依据，此手册提供犬只的表征情绪，依照犬只的眼睛、耳朵、尾巴、腿部等肉眼可见的外部表征所呈现的外观，判断犬只当前情绪。然而此评判标准所描述的表征并非完全精确，加上可能因犬只之间的个体差异，使其表现不完全符合评判标准，而导致错误的判断。本发明设计一个客观且精准，简单易懂又易操作的犬只情绪识别系统，提供饲主了解该犬只当前的情绪状态，且增加饲主与犬只互动的功能，增添乐趣，拉近饲主与犬只的亲密关系。


技术实现要素：

4.本发明之目的，在提供一种犬只脑波情绪识别系统，藉由知悉流浪犬只的及时情绪，让想收养者知道现在犬只的情绪(兴奋或害怕)，使收养者有利收养犬只。
5.本发明之目的，在提供一种犬只脑波情绪识别系统，藉由犬只情绪由设备传送到手机或计算机，使饲主随时知道犬只目前情绪。
6.本发明之目的，在提供一种犬只脑波情绪识别系统，藉由情绪显示单元可让宠物店美容师了解犬只情绪，方便管理。
7.本发明之目的，在提供一种犬只脑波情绪识别系统，藉由脑波侦测实时以情绪显示单元提出警告，减少被周遭邻居饲养的犬只攻击。
8.本发明之目的，在提供一种犬只脑波情绪识别系统，藉由了解陪伴型犬只情绪，提升犬只的陪伴效果。
9.为了达到上述之目的，本发明提供一种犬只脑波情绪识别系统，包括有：一承载架体、一挂扣体、一电源供应单元、一脑波读取装置、一传输单元、一运算控制装置及一互动装置。该承载架体二端分别具有一槽孔，该承载架体一侧面为一弧形板面，另一侧面具有一容置空间，该弧形板面贴靠该头部。该挂扣体二端分别与该槽孔相连接，该挂扣体具有一调整部，该调整部可调整该挂扣体的长度，使该承载架体固定于该头部。该电源供应单元位于该容置空间中，该电源供应单元可提供一电力。
10.该脑波读取装置与该电源供应单元通信连接，该脑波读取装置可读取该犬只的脑波原始信号，且将该犬只的脑波原始信号转换成一优化脑波信号。该传输单元与该脑波读取装置通信连接，可传递该优化脑波信号。
11.该运算控制装置与该传输单元通信连接，该运算控制装置更包括有：一传输/接收单元、一信号分析处理单元以及一情绪显示单元。该传输/接收单元接收由传输单元传递之该优化脑波信号后，再传送至信号分析处理单元。该信号分析处理单元与该传输/接收单元通信连接，该信号分析处理单元将该优化脑波信号转换为一二维影像，且以时间为横轴，振幅为纵轴，再由情绪判断模型进行情绪分析，以获得一犬只情绪状态信息。该情绪显示单元与该信号分析处理单元通信连接，该情绪显示单元显示该犬只情绪状态信息。
12.于本发明之一较佳实施例中，该脑波读取装置更包括有一脑波电极及至少一参考电极，该脑波电极位于该弧形板面上，该脑波电极贴靠该头部，以读取该犬只的脑波原始信号，该参考电极连接该头部的一耳上，将该脑波读取装置进行接地。其中，该犬只的脑波原始信号为犬只脑部神经细胞放电所产生的微弱电位变化。
13.于本发明之一较佳实施例中，该脑波读取装置更包括有一脑波信号前端处理模块，该脑波信号前端处理模块将该犬只脑波原始信号转换成该优化脑波信号。其中，该脑波信号前端处理模块更包括有：一仪表放大单元、一隔离放大单元、一带通滤波单元以及一增益放大单元。该仪表放大单元接收该犬只的脑波原始信号，且降低共模噪声。该隔离放大单元与该仪表放大单元通信连接，该隔离放大单元将降低共模噪声的该犬只的脑波原始信号隔离输入电流及输出电流。该带通滤波单元与该隔离放大单元通信连接，该带通滤波单元将隔离输入电流及输出电流的该犬只的脑波原始信号去除一预定频宽外的噪声信号。该增益放大单元与该带通滤波单元通信连接，该增益放大单元将去除该预定频宽外的噪声信号的该犬只的脑波原始信号放大为该优化脑波信号。其中，该预定频宽为0.1至100赫兹(hz)，该增益放大单元为放大1000倍信号。
14.于本发明之一较佳实施例中，该犬只脑波情绪识别系统更包括有一互动装置，该互动装置与该运算控制装置通信连接，可同步显示该犬只情绪状态信息。其中，该互动装置更包括有：一接收单元以及一应用程序。该接收单元接收该犬只情绪状态信息。该应用程序与该接收单元通信连接，接收该犬只情绪状态信息显示相对应该犬只情绪状态信息之一输出表示。
15.于本发明之一较佳实施例中，该信号分析处理单元为一树莓派(raspberry pi)单晶片计算机，且运用机器学习形成一情绪判断模型。其中，该机器学习为一卷积神经网络(cnn)，更包括有至少一卷积层及至少一全连接层，将转换二维影像并标准化后的多个不同情绪状态下的该犬只的脑波原始信号，输入该卷积神经网络，建立该情绪判断模型，对此二维影像进行训练，并经多次运算后，形成特征立方块，再由特征立方块转换为一维特征值，输入至该全连接层，产生一输出数值，以获得该犬只情绪状态信息。
附图说明
16.图1为本发明犬只脑波情绪识别系统较佳实施例的立体结构示意图；
17.图2为本发明犬只脑波情绪识别系统较佳实施例的另一视角立体结构示意图；
18.图3为本发明犬只脑波情绪识别系统较佳实施例的立体结构分解示意图；
19.图4为本发明犬只脑波情绪识别系统较佳实施例的使用状态示意图；
20.图5为本发明犬只脑波情绪识别系统较佳实施例的方块结构示意图；
21.图6为本发明卷积神经网络较佳实施例的架构示意图；
22.其中，
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犬只脑波情绪识别系统；
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11
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承载架体；
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111
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槽孔；
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12
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挂扣体；
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13
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电源供应单元；
[0028]
14
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脑波读取装置；
[0029]
141
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脑波电极；
[0030]
142
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参考电极；
[0031]
143
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脑波信号前端处理模块；
[0032]
1431
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仪表放大单元；
[0033]
1432
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隔离放大单元；
[0034]
1433
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带通滤波单元；
[0035]
1434
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增益放大单元；
[0036]
15
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传输单元；
[0037]
151
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连线指示灯；
[0038]
16
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运算控制装置；
[0039]
161
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传输/接收单元；
[0040]
162
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信号分析处理单元；
[0041]
1621
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情绪判断模型；
[0042]
16211
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卷积神经网络；
[0043]
162111
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卷积层；
[0044]
162112
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全连接层；
[0045]
163
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情绪显示单元；
[0046]
18
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互动装置；
[0047]
181
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接收单元；
[0048]
182
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应用程序；
[0049]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
犬只；
[0050]
21
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头部；
[0051]
22
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耳。
具体实施方式
[0052]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本创作进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本创作，但并不用于限定本创作。
[0053]
首先请参阅第1图至第6图，其为本发明犬只脑波情绪识别系统较佳实施例的立体
结构、立体结构分解、使用状态、方块结构示意图及卷积神经网络较佳实施例的架构示意图。本发明提供一种犬只脑波情绪识别系统1，位于犬只的一头部上，该犬只脑波情绪识别系统1包括有：一承载架体11、一挂扣体12、一电源供应单元13、一脑波读取装置14、一传输单元15、一运算控制装置16及一互动装置18。该承载架体11二端分别具有一槽孔111，该承载架体11一侧面为一弧形板面112，另一侧面具有一容置空间113，该弧形板面112贴靠该头部21。
[0054]
请参阅图1及图2，该挂扣体12二端分别与该槽孔111相连接，该挂扣体12具有一调整部121，该调整部121可调整该挂扣体12的长度，使该承载架体11固定于该头部21。该电源供应单元13位于该容置空间113中，该电源供应单元13可提供一电力。于本发明之较佳实施例中，该电源供应单元13为一充电电池。该承载架体11更包括有一壳盖114，该壳盖114位于该承载架体11另一侧面上，可封闭该容置空间113，使该电源供应单元13固定于该容置空间113中。
[0055]
请参阅图3及图4，该脑波读取装置14与该电源供应单元13通信连接，该脑波读取装置14更包括有一脑波电极141及至少一参考电极142。该脑波电极141位于该弧形板面112上，该脑波电极141贴靠该头部21，以读取该犬只2的脑波原始信号，为脑部神经细胞放电所造成的微弱电位变化。该参考电极142连接该头部21的一耳22上，将该脑波读取装置14进行接地。
[0056]
再请参阅图3及图5，于本发明较佳实施例中，该脑波读取装置14更包括有一脑波信号前端处理模块143，该脑波信号前端处理模块143将该犬只脑波原始信号转换成一优化脑波信号。其中，该脑波信号前端处理模块143更包括有：一仪表放大单元1431、一隔离放大单元1432、一带通滤波单元1433以及一增益放大单元1434。该仪表放大单元1431接收该犬只的脑波原始信号，且降低共模噪声。该隔离放大单元1432与该仪表放大单元1431通信连接，该隔离放大单元1432将降低共模噪声的该犬只的脑波原始信号隔离输入电流及输出电流。该带通滤波单元1433与该隔离放大单元1432通信连接，该带通滤波单元1433将隔离输入电流及输出电流的该犬只的脑波原始信号去除一预定频宽外的噪声信号。该增益放大单元1434与该带通滤波单元1433通信连接，该增益放大单元1434将去除该预定频宽外的噪声信号的该犬只的脑波原始信号放大为该优化脑波信号。其中，该预定频宽为0.1至100赫兹(hz)，该增益放大单元为放大1000倍信号。
[0057]
该传输单元15与该脑波读取装置14通信连接，可传递该优化脑波信号。于本发明之较佳实施例中，该传输单元15为一无线传输单元，更以短距无线传输的蓝芽规格为最佳。该传输单元15更具有一连线指示灯151，该连线指示灯151位于该承载架体11上，该连线指示灯151显示时，该传输单元15可进行传递该优化脑波信号。
[0058]
请参阅图4及图5，该运算控制装置16可穿戴于犬只2身上并与该传输单元15通信连接，该运算控制装置16更包括有：一传输/接收单元161、一信号分析处理单元162以及一情绪显示单元163。该传输/接收单元161接收该传输单元15传送的优化脑波信号。该信号分析处理单元162与该传输/接收单元161通信连接，该信号分析处理单元162将该优化脑波信号进行信息处理及情绪分析，以获得一犬只情绪状态信息。
[0059]
于本发明较佳实施例中，该信号分析处理单元162为一树莓派(raspberry pi)单晶片计算机，且运用机器学习之一卷积神经网络(cnn)16211形成一情绪判断模型1621。首
先采用自制脑波仪量测犬只脑波，对照组测量其平静时之脑波；实验组给予犬只各种情绪诱导(例如，喂食、互动、玩具、剪指甲等)以搜集数据，并以录像设备纪录全程实验的流程，测量完成后请专业人士(如:犬只行为训练师、宠物沟通师)判断，并依据犬只行为情绪对照表分析影片中犬只的情绪，若符合预期则采此数据进行模型训练。收取到脑波信号后根据该信息施测者在施测当下对犬只之情绪判断，及请专业人士(如:犬只行为训练师、宠物沟通师)利用影片观察犬只行为模式所判断之情绪相互比较，判断此信息是否符合所需，若符合则作为后续建构模块之数据。
[0060]
请参阅图6，本发明运用机器学习之技术进行脑波信号分类，举例而言机器学习中常见的算法之一卷积神经网络，是一种前馈神经网络，利用卷积神经网络进行影像之辨识、侦测、分割等处理，但本发明在实际实施时，并不限于此，举凡可以达到分辨脑波信号确认犬只之情绪的任一种神经网络即属于本发明所主张的范围。而本发明建构所需之犬只脑波信号获取过程如下：将脑波读取装置14固定于犬只头部21后即可开始收案，收案完成后须确认此笔脑波信号在脑波的频宽及振幅范围内，且波型与一般的脑波图相符，无明显的噪声，因过去研究指出犬只2的大脑与人类的大脑活动方式相近，故采人类脑波之标准判断。以下再以标准的卷积神经网络架构为例进行说明，卷积神经网络16211由一个或多个卷积层162111及全连接层162112组成。卷积神经网络16211脑波情绪侦测方法包括先接收多个不同情绪状态下的犬只脑波信息，将其转为二维影像并标准化后输入卷积神经网络，接着建立模型，对此影像进行训练，并经多次运算后，形成特征立方块，再由池化层将特征立方块转换为一维特征值，输入一维特征值至全连接层，经全连接层中的隐藏层与输出层函数relu及softmax运算，即产生全连接卷积神经网络的输出数值，再取部分信息验证前面已训练好的模型，调整训练所得的特征值使准确度提高、信息遗失量降低，最后把剩下的信息作为最终模型的准确度验证，验证结果符合预期即完成训练与验证。
[0061]
该情绪显示单元163与该信号分析处理单元162通信连接，该情绪显示单元163(如蜂鸣器、led灯、荧幕等)显示该犬只情绪状态信息。
[0062]
请参阅图4及图5，于本发明较佳实施例中，该犬只脑波情绪识别系统1更包括有一互动装置18，该互动装置18与该运算控制装置16通信连接，可同步显示该犬只情绪状态信息。其中，该互动装置18更包括有：一接收单元181以及一应用程序182。该接收单元181接收该犬只情绪状态信息。该应用程序182与该接收单元181通信连接，接收该犬只情绪状态信息显示相对应该犬只情绪状态信息之一输出表示。
[0063]
该互动装置18可与复数个显示端及复数个音讯输出端连结，于该运算控制装置16分析出犬只情绪状态时，透过应用程序182在该显示端及音讯输出端上输出与之相对应之文字、音讯或图形等，与使用者进行互动。若分析出攻击情绪，则在该显示端及音讯输出端上显示警示符号且同时发出警示声音，以便使用者能立即解决情况并减少伤害发生，同时也可与周边仪器连线多工使用。透过此发明的使用，可让使用者更加了解犬只情绪变化，拉近饲主与犬只的亲密关系。
[0064]
该应用程序182储存有复数个影像、音讯等信息，当应用程序182接收到运算控制装置16分析出犬只情绪状态信息时，将搜寻数据库中相对应的影像、音讯等信息，透过该互动装置18输出。当该接收单元181若接收到输入，将比对该应用程序182中之相应信息，再传输信号至该情绪显示单元163，使该情绪显示单元163做出相对应的输出。
[0065]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。