CN101301236B - 基于三维摄像的视力保护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维摄像的视力保护系统和方法。其中，方法包括：以显示器为摄像中心获取位于显示器前的人体图像，并在人体图像中检测人脸设定区域的位置，根据得到的人脸设定区域的位置信息，在人体图像中确定人脸设定区域的图像；根据人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离，并在计算的距离小于设定的保护距离时，发出告警信息。本发明所公开的技术方案无需根据人脸大小的统计信息来确定安全距离，消除了人脸大小对计算结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及视力保护技术，尤其涉及一种基于三维摄像的视力保护系统及方法。
背景技术
目前，电视机、电脑等显示设备已经成为人们日常生活不可缺少的一部分，而长时间近距离的看电视、用电脑等也越来越多的威胁着人们的视力。因为眼睛在盯着显示器屏幕时，眼部肌肉处于紧张状态，如果眼睛和屏幕距离太近，则容易引起视力疲劳，降低视力。
为此，目前提出了一种视力保护方法，该方法基于透视成像原理，采用人脸检测和人脸大小统计的技术得到人脸与屏幕的大致距离，当该距离小于设定的保护距离时，便进行告警。
其中，透视成像原理，即同样大小的目标的成像大小与该目标到投影中心的距离成反比关系，距离大时成像小，距离小时成像大，可见，当摄像设备焦距固定时，成像大小与距离之间存在着一种线性关系。如果将投影中心设置在屏幕上，如设置在屏幕的上方，则根据计算出的这种线性关系及图像中人脸的大小，就可以计算出人脸距离投影中心的距离。由于不同的人、不同的年龄及不同的性别都会导致人脸大小的差异，因此针对不同的人脸大小，其线性关系通常不同，为此可以通过对大量的距离和大量的人脸大小得到的对应数据来拟合出线性关系的参数，根据这些拟合参数得到上述线性关系。
但这种统计得到的图像中人脸大小和距离的对应关系只能是一种平均关系，对于具体的个体来说，由于人脸大小的差异，使得计算结果容易受人脸大小的影响，而不够精确。
发明内容
有鉴于此，本发明中一方面提供一种基于三维摄像的视力保护系统，另一方面提供一种基于三维摄像的视力保护方法，以使人眼与显示器屏幕之间距离的计算结果不受人脸大小的影响。
本发明所提供的基于三维摄像的视力保护系统，包括：
三维摄像单元，用于以显示器为摄像中心，获取位于显示器前的人体图像；
图像处理单元，用于在所述人体图像中检测人脸设定区域的位置，将得到的位置信息提供给深度信息计算单元；
深度信息计算单元，用于根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离；
距离保护单元，用于在所述人眼与显示器屏幕之间的距离小于设定的保护距离时，发出告警信息。
较佳地，所述三维摄像单元包括：投影子单元和摄像子单元，其中，
所述投影子单元用于将编码光栅投影到位于显示器前的人体上；
所述摄像子单元用于分别对没有光栅的所述人体和投影有光栅的所述人体进行拍摄，分别得到没有光栅的人体图像和带有光栅的人体图像；
所述图像处理单元用于在所述没有光栅的人体图像中检测人脸设定区域的位置；
所述深度信息计算单元根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述带有光栅的人体图像中确定人脸设定区域的图像，对所述人脸设定区域的图像中的光栅进行解码，根据解码结果及所述摄像子单元和所述投影子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
较佳地，所述人脸设定区域为人眼区域；或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中各特征区域与显示器屏幕之间的距离的平均值。
较佳地，所述三维摄像单元包括：两个摄像子单元，每个摄像子单元分别用于对位于显示器前的所述人体在一个角度上进行拍摄，并分别得到同时刻的一幅人体图像；
所述图像处理单元分别在每幅人体图像中检测人脸设定区域的位置，并在所述人体图像中得到人脸设定区域的位置信息；
所述深度信息计算单元分别根据每幅人体图像中人脸设定区域的位置信息，在对应的人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据两幅人体图像中人脸设定区域的图像中的同名点信息及两个摄像子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
较佳地，所述人脸设定区域为人眼区域；或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域中的设定特征区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中的设定特征区域与显示器屏幕之间的距离。
本发明所提供的基于三维摄像的视力保护方法，包括：
以显示器为摄像中心，获取位于显示器前的人体图像；
在所述人体图像中检测人脸设定区域的位置，得到人脸设定区域的位置信息；
根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离，在所述人眼与显示器屏幕之间的距离小于设定的保护距离时，发出告警信息。
较佳地，所述获取位于显示器前的人体图像包括：利用摄像子单元对显示器前的人体进行拍摄，得到没有光栅的人体图像；利用投影子单元将编码光栅投影到所述人体上，利用所述摄像子单元对投影有光栅的人体进行拍摄，得到带有光栅的人体图像；
所述在人体图像中检测人脸设定区域的位置包括：在所述没有光栅的人体图像中检测人脸设定区域的位置；
所述根据人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离包括：根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述带有光栅的人体图像中确定人脸设定区域的图像，对所述人脸设定区域的图像中的光栅进行解码，根据解码结果及所述摄像子单元和所述投影子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
较佳地，所述人脸设定区域为人眼区域；或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中各特征区域与显示器屏幕之间的距离的平均值。
较佳地，所述获取位于显示器前的人体图像包括：分别利用两个摄像子单元从两个不同的角度对位于显示器前的所述人体进行拍摄，并分别得到同时刻的一幅人体图像；
所述在人体图像中检测人脸设定区域的位置包括：分别在每幅人体图像中检测人脸设定区域的位置，并得到对应的人体图像中人脸设定区域的位置信息；
所述根据人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离包括：根据每幅人体图像中人脸设定区域的位置信息，在对应的人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据两幅人体图像中人脸设定区域的图像中的同名点及两个摄像子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
较佳地，所述人脸设定区域为人眼区域；或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域中的设定特征区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中的设定特征区域与显示器屏幕之间的距离。
从上述方案可以看出，本发明中通过以显示器为摄像中心获取位于显示器前的人体图像，并在人体图像中检测人脸设定区域的位置，根据得到的人脸设定区域的位置信息，在人体图像中确定人脸设定区域的图像；之后，根据人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离，并在计算的距离小于设定的保护距离时，发出告警信息。使得告警提示可直接根据人眼与显示器屏幕之间的距离而确定，无需根据人脸大小的统计信息等确定，消除了人脸大小对计算结果的影响，提高了计算的精确度。
附图说明
图1为本发明实施例中基于三维摄像的视力保护系统的示例性结构图；
图2为本发明实施例中基于三维摄像的视力保护方法的示例性流程图。
具体实施方式
本发明实施例中，为了使人眼与显示器屏幕之间距离的计算结果不受人脸大小的影响，可不基于透视成像原理，而是基于三维摄像中的深度计算技术直接检测人眼位置并计算人眼与显示器屏幕之间的距离。实际应用中，若人眼位置不容易检测到，也可检测人脸中的其他特征位置，将该特征位置与显示器屏幕之间的距离作为人眼与显示器屏幕之间的距离，或者也可检测人脸的上半部分区域，将人脸上半部分区域各点与显示器屏幕之间的距离平均值作为人眼与显示器屏幕之间的距离。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明实施例中基于三维摄像的视力保护系统的示例性结构图。如图1所示，该系统包括：三维摄像单元、图像处理单元和深度信息计算单元。
其中，三维摄像单元可以是一个三维摄像头，用于以显示器为摄像中心，获取位于显示器前的人体图像。
其中，人体图像可以是大于人脸设定区域的任意大小的图像。人脸设定区域可以为人眼区域、人脸上的其他特征区域、人脸上半部分区域或整个人脸区域。
图像处理单元用于在所述人体图像中检测人脸设定区域的位置，将得到的位置信息提供给深度信息计算单元。
深度信息计算单元用于根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
距离保护单元，用于在所述人眼与显示器屏幕之间的距离小于设定的保护距离时，发出告警信息。
上述系统中的各模块可以全部独立于显示器之外，或全部集成在显示器内部，或部分独立于显示器之外部分集成在显示器内部。
具体实现时，本实施例中可基于人的双目视觉原理，采用双目视觉的方法实现。此时，三维摄像单元可包括两个摄像子单元。
两个摄像子单元从两个不同的角度对人体进行拍摄，即每个摄像子单元分别对位于显示器前的人体进行拍摄，并分别得到同时刻的一幅人体图像。
此时，图像处理单元分别在每幅人体图像中检测人脸设定区域的位置，并在所述人体图像中得到人脸设定区域的位置信息，将得到的位置信息提供给深度信息计算单元。
深度信息计算单元分别根据每幅人体图像中人脸设定区域的位置信息，在对应的人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据两幅人体图像中人脸设定区域的图像中的同名点信息及两个摄像子单元的标定信息计算该人脸设定区域与显示器屏幕之间的距离，将该人脸设定区域与显示器屏幕之间的距离作为人眼与显示器屏幕之间的距离。
较佳情况下，人脸设定区域为人眼区域或人脸上半部分区域中的设定特征区域(额头、眼球、眼角、眉毛等)。
其中，为了得到两个摄像子单元的标定信息，可利用预先设置的包括已知位置的控制点的控制场对摄像子单元进行标定。对每个摄像子单元的具体标定过程可包括：利用摄像子单元对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到所述标定控制场的图像，在所述标定控制场的图像中，利用控制点附近的标识信息确定控制点的成像点与控制点之间的对应关系；根据具有对应关系的多个成像点及其对应的控制点，列出包括照相设备未知标定信息的方程组，求解该方程组，得到照相设备的标定信息。
此外，本实施例中也可采用光栅投影的方法实现。此时，三维摄像单元可包括一个摄像子单元和一个投影子单元。
其中，投影子单元用于将编码光栅投影到位于显示器前的人体上。
摄像子单元用于分别对没有光栅的所述人体和投影有光栅的所述人体进行拍摄，分别得到没有光栅的人体图像和带有光栅的人体图像。
此时，图像处理单元在所述没有光栅的人体图像中检测人脸设定区域的位置，将得到的位置信息提供给深度信息计算单元。
深度信息计算单元根据该人脸设定区域的位置信息，在带有光栅的人体图像中确定人脸设定区域的图像，对所确定的人脸设定区域的图像中的光栅进行解码，根据解码结果及所述摄像子单元和所述投影子单元的标定信息计算该人脸设定区域与显示器屏幕之间的距离，将该人脸设定区域与显示器屏幕之间的距离作为人眼与显示器屏幕之间的距离。
较佳情况下，人脸设定区域为人眼区域或人脸上半部分区域。当人脸设定区域为人脸上半部分区域时，可将人脸上半部分区域中各特征区域(如额头、眉毛、眼球、眼角等)与显示器屏幕之间的距离的平均值作为人眼与显示器屏幕之间的距离。
其中，为了得到摄像子单元和投影子单元的标定信息，可利用预先设置的包括已知位置的控制点的控制场对摄像子单元和投影子单元进行标定。具体标定过程可包括：利用摄像子单元对放置于设定位置的标定控制场进行拍摄，得到没有光栅的标定控制场的图像；利用投影子单元将编码光栅投影到所述放置于设定位置的标定控制场上，利用摄像子单元对投影有光栅的标定控制场进行拍摄，得到带有光栅的标定控制场的图像；在没有光栅的标定控制场的图像中，利用控制点附近的标识信息确定控制点的成像点与控制点之间的对应关系；在对应的带有光栅的标定控制场的图像中，找到已确定与控制点的对应关系的成像点，分别以各个成像点为搜索起始点，搜索所述成像点邻域内的光栅成像线条，对搜索到的光栅成像线条进行解码，得到所述光栅成像线条对应的投影光栅中的光栅线条，建立所述成像点对应的控制点与所述成像点对应的光栅线条之间的对应关系；根据具有对应关系的多个成像点及其对应的控制点，列出包括照相设备未知标定信息的方程组，求解该方程组，得到照相设备的标定信息，根据具有对应关系的若干个光栅线条及其对应的控制点，列出包括投影设备未知标定信息的方程组，求解该方程组，得到投影设备的标定信息。
以上对本发明实施例中基于三维摄像的视力保护系统进行了详细描述，下面再对本发明实施例中基于三维摄像的视力保护方法进行详细描述。
图2为本发明实施例中基于三维摄像的视力保护方法的示例性流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤201，以显示器为摄像中心，获取位于显示器前的人体图像。
具体实现时，本实施例中可基于人的双目视觉原理，采用双目视觉的方法实现。此时，本步骤中可利用两个摄像子单元从两个不同的角度对人体进行拍摄，得到同时刻的两幅人体图像。
或者，本实施例中也可采用光栅投影的方法实现。此时，本步骤中可利用摄像子单元对显示器前的人体进行拍摄，得到没有光栅的人体图像；利用投影子单元将编码光栅投影到人体上，再利用前述摄像子单元对投影有光栅的人体进行拍摄，得到带有光栅的人体图像。其中，没有光栅的人体图像和带有光栅的人体图像在同一个角度上进行拍摄。
步骤202，在人体图像中检测人脸设定区域的位置，得到人脸设定区域的位置信息。
本实施例中采用双目视觉的方法实现时，本步骤中可在每幅人体图像中检测人脸设定区域的位置，并得到对应的人体图像中人脸设定区域的位置信息。其中，人脸设定区域可以为人眼区域，或者为人脸上半部分区域中的设定特征区域等。当人脸设定区域为人脸上半部分区域中的设定特征区域时，人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中的设定特征区域与显示器屏幕之间的距离。
本实施例中采用光栅投影的方法实现时，本步骤中可在没有光栅的人体图像中检测人脸设定区域的位置，得到该图像中人脸设定区域的位置信息。其中，人脸设定区域可以为人眼区域，或者为人脸上半部分区域等。当人脸设定区域为人脸上半部分区域时，人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中各特征区域与显示器屏幕之间的距离的平均值。
步骤203，根据人脸设定区域的位置信息，在人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
本实施例中采用双目视觉的方法实现时，本步骤中可根据每幅人体图像中人脸设定区域的位置信息，在对应的人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据两幅人体图像中人脸设定区域的图像中的同名点及两个摄像子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
本实施例中采用光栅投影的方法实现时，本步骤中可根据所述人脸设定区域的位置信息，在带有光栅的人体图像中确定人脸设定区域的图像，对该人脸设定区域的图像中的光栅进行解码，根据解码结果及摄像子单元和投影子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
步骤204，判断人眼与显示器屏幕之间的距离是否小于设定的保护距离，如果是，则发出告警信息。
本步骤中，告警信息可以是文字和/或光和/或声音等的提示信息。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，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。
Claims (10)
1. 一种基于三维摄像的视力保护系统，其特征在于，该系统包括：
三维摄像单元，用于以显示器为摄像中心，获取位于显示器前的人体图像；
图像处理单元，用于在所述人体图像中检测人脸设定区域的位置，将得到的位置信息提供给深度信息计算单元；
深度信息计算单元，用于根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离；
距离保护单元，用于在所述人眼与显示器屏幕之间的距离小于设定的保护距离时，发出告警信息。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维摄像单元包括：投影子单元和摄像子单元，其中，
所述投影子单元用于将编码光栅投影到位于显示器前的人体上；
所述摄像子单元用于分别对没有光栅的所述人体和投影有光栅的所述人体进行拍摄，分别得到没有光栅的人体图像和带有光栅的人体图像；
所述图像处理单元用于在所述没有光栅的人体图像中检测人脸设定区域的位置；
所述深度信息计算单元根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述带有光栅的人体图像中确定人脸设定区域的图像，对所述人脸设定区域的图像中的光栅进行解码，根据解码结果及所述摄像子单元和所述投影子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述人脸设定区域为人眼区域；
或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中各特征区域与显示器屏幕之间的距离的平均值。
4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维摄像单元包括：两个摄像子单元，每个摄像子单元分别用于对位于显示器前的所述人体在一个角度上进行拍摄，并分别得到同时刻的一幅人体图像；
所述图像处理单元分别在每幅人体图像中检测人脸设定区域的位置，并在所述人体图像中得到人脸设定区域的位置信息；
所述深度信息计算单元分别根据每幅人体图像中人脸设定区域的位置信息，在对应的人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据两幅人体图像中人脸设定区域的图像中的同名点信息及两个摄像子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述人脸设定区域为人眼区域；
或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域中的设定特征区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中的设定特征区域与显示器屏幕之间的距离。
6. 一种基于三维摄像的视力保护方法，其特征在于，该方法包括：
以显示器为摄像中心，获取位于显示器前的人体图像；
在所述人体图像中检测人脸设定区域的位置，得到人脸设定区域的位置信息；
根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离，在所述人眼与显示器屏幕之间的距离小于设定的保护距离时，发出告警信息。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取位于显示器前的人体图像包括：利用摄像子单元对显示器前的人体进行拍摄，得到没有光栅的人体图像；利用投影子单元将编码光栅投影到所述人体上，利用所述摄像子单元对投影有光栅的人体进行拍摄，得到带有光栅的人体图像；
所述在人体图像中检测人脸设定区域的位置包括：在所述没有光栅的人体图像中检测人脸设定区域的位置；
所述根据人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离包括：根据所述人脸设定区域的位置信息，在所述带有光栅的人体图像中确定人脸设定区域的图像，对所述人脸设定区域的图像中的光栅进行解码，根据解码结果及所述摄像子单元和所述投影子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述人脸设定区域为人眼区域；
或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中各特征区域与显示器屏幕之间的距离的平均值。
9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取位于显示器前的人体图像包括：分别利用两个摄像子单元从两个不同的角度对位于显示器前的所述人体进行拍摄，并分别得到同时刻的一幅人体图像；
所述在人体图像中检测人脸设定区域的位置包括：分别在每幅人体图像中检测人脸设定区域的位置，并得到对应的人体图像中人脸设定区域的位置信息；
所述根据人脸设定区域的位置信息，在所述人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据所述人脸设定区域的图像及三维摄像单元的标定信息，计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离包括：根据每幅人体图像中人脸设定区域的位置信息，在对应的人体图像中确定人脸设定区域的图像，根据两幅人体图像中人脸设定区域的图像中的同名点及两个摄像子单元的标定信息计算得到人眼与显示器屏幕之间的距离。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述人脸设定区域为人眼区域；
或者，所述人脸设定区域为人脸上半部分区域中的设定特征区域，所述人眼与显示器屏幕之间的距离为人脸上半部分区域中的设定特征区域与显示器屏幕之间的距离。
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