CN101375791A - 婴儿睡眠状态监视系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种婴儿睡眠状态监视系统及方法，该方法包括如下步骤：每隔一段固定时间，镜头模组的传感器摄取摇篮中婴儿的影像资料，将所述摄取的影像资料存储到存储器；从所述存储器中获取所述传感器摄取的影像资料，计算出脸部区域的范围；计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围；计算所述眼睛区域范围的高度和所述眼睛区域范围的长度之间的比值，比较所述比值和设定的阀值，根据比较结果判断婴儿是否进入睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态传送相应命令给与所述摇篮和镜头模组相连的马达执行相应操作。利用本发明可以通过镜头模组监视睡在摇篮中的婴儿睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态自动控制摇篮的摇摆速度，减少了照看婴儿的负担。

Description

婴儿睡眠状态监视系统及方法

技术领域

本发明涉及一种监视系统及方法，尤其是一种婴儿睡眠状态监视系统及方法。

背景技术

带过婴儿的人，都有这样的经验：那就是当婴儿要睡觉的时候，我们常常会将婴儿放入摇篮里，用手动的方式来摇摇篮，以让婴儿比较容易入睡，而且在摇的过程中，我们常常会注意婴儿入睡的状况，以决定是否停止再摇，避免婴儿在沉睡当中，因摇晃受到惊吓，以至于以后熟睡时，还需要大人继续摇晃。这样对大人来说，是一个沉重的负担。尤其是发生在三更半夜的时候，那简直是相当的痛苦。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种婴儿睡眠状态监视系统，其可通过镜头模组监视睡在摇篮中的婴儿睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态自动控制摇篮的摇摆速度。

鉴于以上内容，还有必要提供一种婴儿睡眠状态监视方法，其可通过镜头模组监视睡在摇篮中的婴儿睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态自动控制摇篮的摇摆速度。

一种婴儿睡眠状态监视系统，该系统包括马达、镜头模组、摇篮及支架，所述马达和镜头模组安装在所述支架的横梁上，所述马达和所述摇篮相连，所述镜头模组包括传感器和存储器，所述传感器用于摄取睡在摇篮中的婴儿的影像资料，所述存储器用于存储所述传感器摄取的影像资料和暂存镜头模组对所述影像资料进行处理时获得的资料，所述镜头模组还包括侦测单元，所述侦测单元包括：脸部区域侦测单元，用于从所述存储器中获取所述传感器摄取的影像资料，计算出脸部区域的范围；眼睛区域侦测单元，用于计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围；分析单元，用于计算所述眼睛区域范围的高度和所述眼睛区域范围的长度之间的比值，比较所述比值和设定的阀值，根据比较结果判断婴儿是否进入睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态传送相应命令给所述马达执行相应操作。

一种婴儿睡眠状态监视方法，包括如下步骤：每隔一段固定时间，镜头模组的传感器摄取摇篮中婴儿的影像资料，将所述摄取的影像资料存储到存储器；从所述存储器中获取所述传感器摄取的影像资料，计算出脸部区域的范围；计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围；计算所述眼睛区域范围的高度和所述眼睛区域范围的长度之间的比值，比较所述比值和设定的阀值，根据比较结果判断婴儿是否进入睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态传送相应命令给与所述摇篮和镜头模组相连的马达执行相应操作。

相较于现有技术，所述的婴儿睡眠状态监视系统及方法，可以通过镜头模组监视睡在摇篮中的婴儿睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态自动控制摇篮的摇摆速度，减少了照看婴儿的负担。

附图说明

图1是本发明婴儿睡眠状态监视系统较佳实施例的硬件架构图。

图2是本发明婴儿睡眠状态监视系统较佳实施例的功能模块关联图。

图3是本发明婴儿睡眠状态监视方法较佳实施例的流程图。

图4中图4a至图4d是本发明婴儿睡眠状态监视系统及方法较佳实施例中脸部区域侦测的过程示意图。

图5中图5a至图5f是本发明婴儿睡眠状态监视系统及方法较佳实施例中眼睛区域侦测的过程示意图。

图6是本发明婴儿睡眠状态监视系统及方法较佳实施例中获取的眼睛区域范围示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明婴儿睡眠状态监视系统较佳实施例的系统架构图。该系统主要包括两个马达1、镜头模组2、摇篮3及支架4。所述两个马达1和镜头模组2安装在所述支架4的横梁上，所述两个马达1分别和所述摇篮3的两端相连，用于驱动摇篮3进行摇摆。所述摇篮3中睡有婴儿，所述镜头模组2的传感器(Sensor)对准所述摇篮3，且所述镜头模组2可以跟随所述摇篮3的摇摆而进行转动，以保证镜头模组2的传感器能摄取到婴儿脸部的影像资讯。

其中，所述镜头模组2和所述两个马达1相连，用于摄取婴儿的影像资料，对所述摄取的影像资料中的婴儿脸部和眼睛特征进行侦测，获取有关婴儿眼睛大小的资讯，根据婴儿眼睛大小的资讯判定婴儿是否进入睡眠状态，然后根据婴儿的睡眠状态传送相关命令给所述马达1。所述马达1根据所述镜头模组2传送的相关命令控制所述摇篮3进行摇摆。所述马达1可以是直流马达或步进马达等。

如图2所示，是本发明婴儿睡眠状态监视系统较佳实施例的功能模块关联图。所述镜头模组2包括传感器20、存储器21和侦测单元22，所述镜头模组2可以是一种数码相机，所述传感器20可以是CCD/CMOS传感器或其它类型的传感器，所述存储器21可以是SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器)或其它类型的存储器。所述侦测单元22包括脸部区域侦测单元220、眼睛区域侦测单元221和分析单元222。本发明所称的单元是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此在本发明以下对软件描述中都以单元描述。

其中，所述传感器20用于摄取婴儿的影像资料。所述存储器21用于存储所述传感器20摄取的影像资料和暂存侦测单元22对所述影像资料进行处理时获得的资料。首先，所述传感器20摄取摇篮3中婴儿的影像资料(如图4a所示)，将所述摄取的影像资料存储到所述存储器21。

然后，脸部区域侦测单元220从所述存储器21中获取所述传感器20摄取的影像资料，计算出脸部区域的范围。具体而言，首先，脸部区域侦测单元220利用肤色理论，根据脸部肤色范围，将脸部定位出来(如图4b所示)。所述脸部肤色范围的判断公式如下：

${\mathrm{Skin}}_{\mathrm{color}}(x,y)=\left\{\begin{array}{c}1,\mathrm{if}[\mathrm{Cr}(x,y)\∈{\mathrm{Skin}}_{\mathrm{Cr}}]\∩[\mathrm{Cb}(x,y)\∈{\mathrm{Skin}}_{\mathrm{Cb}}]\\ 0,\mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

如果Skin _color(x，y)为1，则表示其被分类为脸部肤色部分并设

定为白色，否则，则被分类为非脸部肤色部分并设定为黑色。将脸部定位出来后，脸部区域侦测单元220计算所述脸部的最大包围集，获得所述脸部区域的范围(如图4c和图4d所示)，即将所述脸部区域的范围限定在一个矩形中，所述脸部区域的范围将作为脸部特征点取样的依据。

计算出脸部区域的范围后，眼睛区域侦测单元221计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围。具体而言，首先，眼睛区域侦测单元221定位出眼睛的区域(图5a和图5b所示)，利用Sobel算法对所述眼睛区域的边缘进行增强、加黑处理，获得增强处理后的眼睛影像(如图5c所示)。然后，眼睛区域侦测单元221对所述增强处理后的眼睛影像进行二值化处理(如图5d所示)。接着，眼睛区域侦测单元221对经过二值化处理后的眼睛影像的边缘进行像素点的取样，获取所述眼睛的取样点(如图5e所示)。眼睛区域侦测单元221利用Snake算法，对所述眼睛的取样点进行处理，获取所述眼睛的轮廓(如图5f所示)。最后，眼睛区域侦测单元221计算所述眼睛轮廓的最大包围集，获得所述眼睛区域的范围(如图6所示)，即将所述眼睛区域的范围限定在一个矩形中。其中，在图6中，H代表所述眼睛区域范围的高度，W代表所述眼睛区域范围的长度。

计算出所述眼睛区域的范围后，分析单元222根据所述眼睛区域的范围，计算出H/W的比值，比较所述H/W的比值和设定的阀值，根据比较的结果判断婴儿是否进入睡眠状态。判断原则如下：如果H/W>设定的阀值，则分析单元222判断婴儿没有进入睡眠状态；如果H/W<＝设定的阀值，则分析单元222判断婴儿已经进入睡眠状态。

然后，分析单元222根据婴儿的睡眠状态传送相关命令给所述马达1。所述马达1根据所述分析单元222传送的相关命令控制所述摇篮3进行摇摆。具体而言，如果所述婴儿进入睡眠状态，则分析单元222向马达1传送停止转动的命令，所述马达1将停止转动，从而使摇篮3停止摇摆。如果所述婴儿没有进入睡眠状态，则分析单元222根据所述眼睛区域范围的高度(即H值的大小)，向马达1传送不同转速的转动命令。所述马达1的马达控制器将根据不同转速的转动命令，调整马达1的转速，从而控制摇篮3的摇摆速度。H值越小，表明婴儿快要进入睡眠状态，此时应降低马达1的转动速度，分析单元222将向马达1传送降低转速的转动命令，从而降低马达1的转动速度，使摇篮3的摇摆幅度减小。相反，H值越大，表明婴儿此时很兴奋还没有睡意，应提高马达1的转动速度，分析单元222将向马达1传送提高转速的转动命令，从而提高马达1的转动速度，使摇篮3的摇摆幅度增加。

在本实施例中，所述摇篮的驱动由两个马达完成，在其它实施例中，所述摇篮的驱动也可以只用一个马达完成。另外，在本实施例中，所述镜头模组2固定在所述支架4的横梁上，可以跟随所述摇篮3的摇摆而进行转动，在其它实施例中，所述镜头模组2也可以设定为跟随摇篮3的摇摆而在所述支架4的横梁上进行移动，以保证镜头模组2的传感器20能摄取到婴儿脸部的影像资讯。

如图3所示，是本发明婴儿睡眠状态监视方法较佳实施例的流程图。首先，步骤S401，每隔一段固定时间(例如5秒钟或10秒钟)，镜头模组2的传感器20摄取摇篮3中婴儿的影像资料(如图4a所示)，将所述摄取的影像资料存储到存储器21。

步骤S402，脸部区域侦测单元220从所述存储器21中获取所述传感器20摄取的影像资料，计算出脸部区域的范围。具体而言，首先，脸部区域侦测单元220利用肤色理论，根据脸部肤色范围，将脸部定位出来(如图4b所示)。所述脸部肤色范围的判断公式如下：

${\mathrm{Skin}}_{\mathrm{color}}(x,y)=\left\{\begin{array}{c}1,\mathrm{if}[\mathrm{Cr}(x,y)\&Element;{\mathrm{Skin}}_{\mathrm{Cr}}]\&cap;[\mathrm{Cb}(x,y)\&Element;{\mathrm{Skin}}_{\mathrm{Cb}}]\\ 0,\mathrm{otherwise}\end{array}\right.$

如果Skin _color(x，y)为1，则表示其被分类为脸部肤色部分并设定为白色，否则，则被分类为非脸部肤色部分并设定为黑色。将脸

部定位出来后，脸部区域侦测单元220计算所述脸部的最大包围集，获得所述脸部区域的范围(如图4c和图4d所示)，即将所述脸部区域的范围限定在一个矩形中，所述脸部区域的范围将作为脸部特征点取样的依据。

步骤S403，计算出脸部区域的范围后，眼睛区域侦测单元221计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围。具体而言，首先，眼睛区域侦测单元221定位出眼睛的区域(图5a和图5b所示)，利用Sobel算法对所述眼睛区域的边缘进行增强、加黑处理，获得增强处理后的眼睛影像(如图5c所示)。然后，眼睛区域侦测单元221对所述增强处理后的眼睛影像进行二值化处理(如图5d所示)。接着，眼睛区域侦测单元221对经过二值化处理后的眼睛影像的边缘进行像素点的取样，获取所述眼睛的取样点(如图5e所示)。眼睛区域侦测单元221利用Snake算法，对所述眼睛的取样点进行处理，获取所述眼睛的轮廓(如图5f所示)。最后，眼睛区域侦测单元221计算所述眼睛轮廓的最大包围集，获得所述眼睛区域的范围(如图6所示)，即将所述眼睛区域的范围限定在一个矩形中。其中，在图6中，H代表所述眼睛区域范围的高度，W代表所述眼睛区域范围的长度。

步骤S404，计算出所述眼睛区域的范围后，分析单元222根据所述眼睛区域的范围，计算出H/W的比值，比较所述H/W的比值和设定的阀值，根据比较的结果判断婴儿是否进入睡眠状态。

步骤S405，如果H/W>设定的阀值，则分析单元222判断婴儿没有进入睡眠状态；如果H/W<＝设定的阀值，则分析单元222判断婴儿已经进入睡眠状态。

如果所述婴儿没有进入睡眠状态，步骤S406，分析单元222根据所述眼睛区域范围的高度(即H值的大小)，向马达1传送不同转速的转动命令。所述马达1的马达控制器将根据不同转速的转动命令，调整马达1的转速，从而控制摇篮3的摇摆速度。H值越小，表明婴儿快要进入睡眠状态，此时应降低马达1的转动速度，分析单元222将向马达1传送降低转速的转动命令，从而降低马达1的转动速度，使摇篮3的摇摆幅度减小。相反，H值越大，表明婴儿此时很兴奋还没有睡意，应提高马达1的转动速度，分析单元222将向马达1传送提高转速的转动命令，从而提高马达1的转动速度，使摇篮3的摇摆幅度增加。

如果所述婴儿进入睡眠状态，步骤S407，分析单元222向马达1传送停止转动的命令，所述马达1将停止转动，从而使摇篮3停止摇摆。

在本实施例中，所述摇篮的驱动由两个马达完成，在其它实施例中，所述摇篮的驱动也可以只用一个马达完成。另外，在本实施例中，所述镜头模组2固定在所述支架4的横梁上，可以跟随所述摇篮3的摇摆而进行转动，在其它实施例中，所述镜头模组2也可以设定为跟随摇篮3的摇摆而在所述支架4的横梁上进行移动，以保证镜头模组2的传感器20能摄取到婴儿脸部的影像资讯。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。以下为本发明的几种变型：利用此系统，搭配其它的侦测技术，来侦测婴儿其它状态，并且作相对应的处理。例如，透过婴儿的嘴型来判定婴儿是否处于哭闹状态，或透过脸部侦测以判定婴儿是否有被棉布覆盖住，并将侦测的结果透过警告声或其它预警方式来告知使用者。

Claims (10)

1. 【权利要求1】一种婴儿睡眠状态监视系统，其特征在于，该系统包括马达、镜头模组、摇篮及支架，所述马达和镜头模组安装在所述支架的横梁上，所述马达和所述摇篮相连，所述镜头模组包括传感器和存储器，所述传感器用于摄取睡在摇篮中的婴儿的影像资料，所述存储器用于存储所述传感器摄取的影像资料和暂存镜头模组对所述影像资料进行处理时获得的资料，所述镜头模组还包括侦测单元，所述侦测单元包括：

   脸部区域侦测单元，用于从所述存储器中获取所述传感器摄取的影像资料，计算出脸部区域的范围；

   眼睛区域侦测单元，用于计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围；及

   分析单元，用于计算所述眼睛区域范围的高度和所述眼睛区域范围的长度之间的比值，比较所述比值和设定的阀值，根据比较结果判断婴儿是否进入睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态传送相应命令给所述马达执行相应操作。
2. 【权利要求2】如权利要求1所述的婴儿睡眠状态监视系统，其特征在于，所述脸部区域侦测单元是根据肤色理论计算出所述脸部区域的范围。
3. 【权利要求3】如权利要求1所述的婴儿睡眠状态监视系统，其特征在于，所述眼睛区域侦测单元根据Sobel算法和Snake算法计算出所述眼睛区域范围。
4. 【权利要求4】如权利要求1所述的婴儿睡眠状态监视系统，其特征在于，所述分析单元的比较结果包括：如果所述比值大于设定的阀值，则判断婴儿没有进入睡眠状态；如果所述比值小于或等于设定的阀值，则判断婴儿已经进入睡眠状态。
5. 【权利要求5】如权利要求4所述的婴儿睡眠状态监视系统，其特征在于，所述分析单元在婴儿进入睡眠状态时，向所述马达传送停止转动的命令；在婴儿没有进入睡眠状态时，根据所述眼睛区域范围的高度，向所述马达传送不同转速的转动命令，控制所述马达的转动速度。
6. 【权利要求6】一种婴儿睡眠状态监视方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

   每隔一段固定时间，镜头模组的传感器摄取摇篮中婴儿的影像资料，将所述摄取的影像资料存储到存储器；

   从所述存储器中获取所述传感器摄取的影像资料，计算出脸部区域的范围；

   计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围；

   计算所述眼睛区域范围的高度和所述眼睛区域范围的长度之间的比值，比较所述比值和设定的阀值，根据比较结果判断婴儿是否进入睡眠状态，并根据婴儿的睡眠状态传送相应命令给与所述摇篮和镜头模组相连的马达执行相应操作。
7. 【权利要求7】如权利要求6所述的婴儿睡眠状态监视方法，其特征在于，所述步骤计算出脸部区域的范围是根据肤色理论计算的。
8. 【权利要求8】如权利要求6所述的婴儿睡眠状态监视方法，其特征在于，所述步骤计算出所述脸部区域范围中的眼睛区域范围是根据Sobel算法和Snake算法计算的。
9. 【权利要求9】如权利要求6所述的婴儿睡眠状态监视方法，其特征在于，所述比较结果包括：如果所述比值大于设定的阀值，则判断婴儿没有进入睡眠状态；如果所述比值小于或等于设定的阀值，则判断婴儿已经进入睡眠状态。
10. 【权利要求10】如权利要求9所述的婴儿睡眠状态监视方法，其特征在于，所述步骤根据婴儿的睡眠状态传送相应命令给与所述摇篮和镜头模组相连的马达执行相应操作包括：在婴儿进入睡眠状态时，控制马达停止转动；在婴儿没有进入睡眠状态时，根据所述眼睛区域范围的高度，控制所述马达的转动速度。

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