基于虹膜檢測技術構建中學生精神壓力檢測系統的策略和方法

陳沁舒

（貴陽市第一中學，貴州貴陽550081）

基于虹膜檢測技術構建中學生精神壓力檢測系統的策略和方法

陳沁舒

（貴陽市第一中學，貴州貴陽550081）

在高中階段，學生課程難度加深、作業增多、學習方法與初中有明顯不同，高考競爭壓力非常大，睡眠嚴重不足，導致學生心理變化較大，相當一部分學生存在不同程度的精神壓力，引發心理健康問題，而心理健康問題很難及時、有效地發現。闡述了精神壓力與虹膜的關系，提出了基于虹膜檢測技術構建高中學生精神壓力自動檢測系統的策略和方法，以及系統實現原理、管理及使用方法。

虹膜檢測技術；精神壓力檢測系統；心理健康；中學生

心理健康是學生綜合素質的重要方面，高中的學習生活是人生成長的重要階段，這個階段的身心健康對其一生的影響非常大。而現在我們高中的學習方式方法與初中階段有較大不同，由于課程難度深、作業繁多、睡眠時間嚴重不足，又必須面對殘酷的高考競爭，導致精神壓力加大，心理出現明顯變化。據筆者對周圍同學的觀察，大部分同學都存在一定的精神壓力，只是程度不同而已。這種情況不僅我們學校存在，全國其他中學也普遍存在。據山西財經大學張茜2015年對大同市中學高中生進行調查，發現絕大部分學生都存在不同程度的精神壓力和心理問題，需要心理醫生疏導的學生比例達到45%.學生一旦有較大的精神壓力，就容易導致易怒、情緒不穩、情緒低落、厭學，有的甚至走向極端。高中生的精神壓力及心理健康問題不容忽視，已成為社會普遍關注的社會問題，需要國家、社會、學校、家長、學生來共同重視及面對。

通過查閱大量文獻資料，探討利用虹膜檢測技術構建學生精神壓力檢測系統，實現對學生精神壓力的及時、有效檢測，從現在的事后干預轉變為事前干預，有效提升學生心理健康管理水平。

1 中學生心理健康管理現狀

國家制定教育改革發展規劃，強調加強未成年人的心理健康教育，促進學生身心健康，體魄強健，意志堅強，實現學生綜合素質提高。在學生心理健康管理方面，專門制定了心理健康管理辦法，要求從課程設計、教師配備等方面開展工作。但在具體工作中，只有部分條件較好的中學配備了心理咨詢老師，建立心理咨詢室，定期開展心理健康講座及問卷調查，建立學生健康檔案（僅限于體檢資料）等心理健康管理工作。一些高校和心理研究機構，也在逐步開展一些針對學生心理健康的專題訪談及調查研究，但這些工作都是事后發現、事后干預，沒有形成一套完整的健康教育體系和健康管理支持系統，加上心理健康問題在前期很難發現，這個時候只有學生默默承受，學生普遍缺乏心理健康知識，也很少主動找心理老師溝通。大部分學校沒有配備心理老師，即使配備了，數量也很少，老師也沒法主動前期干預，學生一旦心理健康上出了問題，無法獲得有效幫助和及時疏導，脾氣也越來越暴躁，僅僅依靠自己又不能做到良好的控制和調整，導致心理健康問題的程度越來越深，有的甚至到輕生的極端局面。鑒于高中生心理健康教育的極端重要性和心理健康教育嚴重缺位，迫切要求加強高中學生心理健康管理，要求建立有效的學生心理健康監控機制，及時發現情況，主動預防，有針對性地對學生心理健康規律進行研究，科學預防學生心理健康問題發生。

2 精神壓力與虹膜的關系

虹膜學有其自成體系的醫學依據。眼睛虹膜和瞳孔的形態變化，可反映人體遺傳體質，透露人體各個部位和器官的信息，對人體整體體質及其健康狀況進行預測，進而推斷可能發生疾病及康復的過程，幫助分析身體健康狀況，并進行相應的調理和治療。眼睛結構及虹膜見圖1.

虹膜學的特征是簡便、直接，可主動提示危機和傾向。這項技術在疾病預防領域能夠發揮獨特的作用，尤其是在學生心理健康管理方面。心理健康很難直接顯現出來或表現不明顯，較難用常規醫學檢查指標來量化，通常只能仔細嘗試觀察和面對面交談，而且涉及隱私問題，大部分學生還不愿坦誠告知，因而不能全面、及時發現學生精神壓力等方面的心理健康問題。而通過虹膜觀測能夠初步發現學生精神壓力方面的心理健康問題，更能有針對性地發揮其獨特作用。

圖1 眼睛結構圖和虹膜紋理示意圖

2.1 虹膜診斷學理論

虹膜學應用需觀測下述虹膜特征，包括色斑分布、顏色、裂陷位置和各種幾何特征。在虹膜學中，虹膜表面的特定位置與相應的某些器官和疾病相聯系，一旦這些位置出現溝陷等特征，說明這個位置代表的器官處于薄弱或病態。

圖2 虹膜六大異?，F象

圖3 精神壓力線

一個完美的虹膜顯示出來的是沒有坑洞、沒有裂縫的，纖維組織平滑沒有沉積，沒有扭曲，顏色很均勻，沒有先天的遺傳弱點，如同一塊新的絲綢布。當完美的虹膜出現變化，就表示身體方面的器官有功能性病變或功能下降，身體出現不協調狀況，也就是身體進入亞健康狀態。身體疾病會引起虹膜的六大異?，F象，見圖2，就是出現坑洞、斑塊、裂縫、線條、顏色、密度等異常變化。其中，線條以瞳孔為中心向外形成同心圓，多為淺白色或凹凸不平，是由于神經過度緊張、疲勞、壓力過大造成的，多為淺白色，新陳代謝循環不良，神經處于緊張狀態。線條方面的異?，F象包括精神壓力線，見圖3.

精神壓力線是指由于精神壓力過大，虹膜表面會出現明顯的同心環指征，醫學上稱之為“精神壓力環”。精神壓力環以瞳孔為中心向外形成同心圓的凹溝，多為淺白色或凹凸不平，是由于神經過度緊張、疲勞、壓力過大造成的，神經處于緊張狀態。精神壓力與精神壓力環關系緊密，精神壓力越大，其虹膜精神壓力環越多，凹溝越深；反過來說，虹膜壓力環能夠反映一個人的精神壓力，可以通過檢測虹膜精神壓力環來直接、有效地診斷一個人的精神壓力狀況。

2.2 虹膜醫學檢測技術

虹膜醫學發展支撐是虹膜檢測技術的發展，1866年就誕生了第一臺虹膜檢測儀器，隨著科學技術，尤其是電子技術和計算機技術的發展，虹膜檢測儀也不斷升級換代，從最初的普通放大鏡到第一代純光學儀器，再到第二代光學與電子技術結合的電子顯微鏡，現在進入第三代融合了最新計算機技術的診察分析系統。虹膜檢測儀更加智能，能使人們方便地掌握虹膜診察的應用。不需要進行專業技術培訓，計算機能夠自動診察分析，也不需要記背虹譜圖；還可以保存客戶的歷史檔案和檢測數據資料，開放式的分析系統還能使使用者不斷完善、升級自己的系統。

國外的計算機虹膜診斷系統發展情況：俄羅斯的J.V.Marty shevcky和羅馬尼亞的Adrian Lodin等人都開發建成了計算機輔助虹膜診斷系統。韓國Shuttog公司開發的Bexel IRINA虹膜診斷系統，作為醫學設備已經獲得了權威FDA認證。該系統能夠實現瞳孔直徑、瞳孔中心距虹膜中心之間的距離、瞳孔邊界變形程度、瞳孔直徑占虹膜直徑的比率、虹膜直徑和面積、自主神經環等的檢測。

目前，國內在計算機輔助虹膜診斷系統方面也有了較大的發展。藤蓓蓓、何家峰、馬琳等團隊都開發出了各自的計算機虹膜診斷系統；在虹膜圖像處理、虹膜數據庫、虹膜智能診斷機制等方面都取得了一定成效，為虹膜診病奠定了一定的理論基礎。臺灣佛光大學的CHENG-LIANG LAI等人將計算機圖像處理技術與虹膜診斷技術相結合，提出從虹膜圖像中提取虹膜特征，并評估組織患病的嚴重程度。

3 虹膜精神壓力檢測系統技術方案

高中生心理健康問題最主要的來源是學習壓力、睡眠不足引起的精神壓力，其他疾病占的比例很小。對學生的心理健康影響至關重要的是精神上的壓力，精神壓力可以通過對虹膜的精神壓力環線進行檢測，直接診斷和發現學生的心理健康疾病。如果只進行虹膜旳壓力環檢測，就會使檢測系統簡單得多，容易實現，可靠性和準確性也會得到大幅度提升，而且開發專門用于虹膜心理壓力環檢測旳虹膜檢測儀，其數學模型和算法也相對簡單點，費用也會低得多。利用虹膜檢測儀，構建學生精神壓力檢測系統檢測精神壓力，就能夠及時發現問題，有針對性地主動開展預防性的心理健康管理工作，具有很強的針對性和實用性。

3.1 系統設計

系統概述：利用虹膜檢測儀構建高中學生精神壓力自動檢測系統，在此基礎上構建學生心理健康的管理分析系統。系統包括精神壓力專用虹膜采集攝像設備、虹膜圖像分析軟件、身份識別、精神壓力級別判定、采集傳輸網絡、后臺計算機系統。精神壓力檢測系統組成見圖4.

圖4 精神壓力檢測系統組成圖

3.2 系統原理

該系統包括5個部分，即虹膜圖像采集、虹膜圖像預處理、虹膜特征及壓力曲線特征分析、身份識別及精神壓力診斷、統計分析。系統原理見圖5.

圖5 精神壓力檢測系統原理圖

3．2．1 虹膜圖像采集

虹膜圖像獲取模塊的主要任務是通過合理的光學和電路的設計，并以友好的人機接口獲取高質量的虹膜圖像。開發適用于精神壓力專用的虹膜攝像設備，專門用于身份識別和精神壓力曲線采集，相較于專用醫學虹膜檢測攝像簡單得多，精度要求可適當降低，費用也相對要低，圖像采集距離加大，其后臺分析系統更加簡單且有針對性。這樣，既能滿足圖像采集要求，操作方便又不易引起學生反感。采集設備安裝的位置最好選擇在學生定期出入的位置，環境及采光要達到要求，達不到要求的還要加輔助光源，最好既不會對學生的日常行為引起任何改變和影響，又能定期全面采集。如果安裝在特殊位置，需要學生專門去采集，會引起學生反感，而且很難定期采集，采集的學生也不全面。

筆者認為安裝在教室門口比較理想，還可作學生考勤之用，既能方便考勤，又能保障采集的要求，而且不至于引起學生的反感和不配合。

3．2．2 虹膜圖像預處理

對虹膜圖像的預處理包括虹膜的定位、歸一化2個步驟。從攝像設備中采集到的圖像包含睫毛、眼瞼等，這就需要對虹膜進行定位，通過歸一化及時糾正這些縮放失真，否則對不同大小的虹膜就無法匹配識別。

3．2．3 虹膜特征及壓力曲線特征分析

該部分從歸一化后的虹膜圖像中提取出能夠準確描述和表達虹膜的個性化特征信息，同時對歸一化后的虹膜圖像中，能有效反映精神壓力的信息進行特征提取，并對上述特征信息進行編碼，在計算機上存儲和讀取，即為其特征編碼。

3．2．4 身份識別及精神壓力診斷

該模塊的首要任務為學生身份識別，將提取得到的特征編碼與數據庫中的虹膜圖像特征編碼逐一匹配，判斷是否為相同虹膜，從而識別學生身份。

建立虹膜精神壓力曲線圖像及數據庫、精神壓力等級關聯知識庫。通過特征匹配與識別，將提取出的虹膜壓力曲線特征碼與知識數據庫中的特征碼進行比較，確定精神壓力等級結果，從而進行學生精神壓力診斷。

精神壓力即心理壓力，心理壓力分為四級，即健康狀態、不良狀態、心理障礙和心理疾病。精神壓力診斷很難做到精確識別，只要能初步識別處于哪個級別就可以了。我們可以利用已有的虹膜精神壓力曲線圖像及數據庫來分析、梳理，建立起精神壓力診斷知識庫，其準確性需要在實際應用中驗證，同時在應用中隨著樣本的增多不斷完善和修正知識庫。

3．2．5 統計分析

根據診斷結果，運用大數據技術，可以進行各種統計挖掘分析。比如按年級、班級，按性別統計分析，按時間順序統計，按上課課程統計，按上課老師統計，按考試、運動會活動等事件進行統計和分析。

4 系統管理及使用方法

定期采集學生精神壓力情況，通過系統分析學生學習壓力情況，對達到精神壓力界限的學生，班主任（或心理輔導老師）要去觀察或與學生交談，進一步全面了解，核實、摸準學生的精神壓力情況及壓力產生的原因，有針對性地開展學生心理輔導工作。為了既保證學生的隱私，又充分發揮系統的作用，還應制訂系統的管理使用辦法，規范系統的使用。該系統還可以將學生的健康體檢數據、學習成績、課程安排、氣候條件、上課教師信息、時間、學?；顒邮录葦祿畔浫肫渲?，利用大數據技術進行統計分析，來對學生的精神壓力進行科學分析，探索學生精神壓力規律。這樣，不僅能提前預防學生心理健康疾病，還為改進學校課程設置（順序）、教學內容、活動安排等提供科學依據。

該系統不僅可以作為學生精神壓力檢測，還可以有很多方面的擴展應用；不僅可以作為學生健康體檢的輔助手段，也可以應用于學校的安全管理，學生、教師的考勤管理，學生考試管理等中，還可以用于學校食堂就餐、圖書借閱管理中。另外，應用該系統還可以對教師的健康情緒進行管理。教師的心理情緒對學生影響非常大，更應該科學地管理。

5 結束語

這是筆者探索構建學生精神壓力檢測系統的粗淺想法，要付諸實施，還有大量工作和技術難題需要克服。比如虹膜精神壓力曲線模型、虹膜精神壓力曲線與精神壓力關系數據庫的建立等，都需要做大量的工作，并且還需要在實踐過程中不斷總結，不斷完善壓力曲線與精神壓力關系數據庫，這樣才能逐步提升系統檢測的準確度。

〔編輯：劉曉芳〕

TP391.41

：A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.15.024

2095-6835（2017）15-0024-04