CN104090656A - 智能设备视力保护方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能设备视力保护方法：连续或间断性地获取智能设备的摄像头的数据，对摄像头的数据进行处理并检测目标，计算目标离智能设备的距离的安全性(是否安全，或是表示安全程度的数据)，根据距离安全性结果调整智能设备的显示状态。本发明智能设备视力保护系统以处理控制软件为核心，处理智能设备摄像头的数据并控制智能设备显示状态，其中处理控制软件包括摄像头数据获取模块，目标检测模块，距离安全性计算模块与显示控制模块。

Description

智能设备视力保护方法与系统

技术领域

本发明涉及一种视力保护方法。尤其是涉及一种能使儿童在安全距离观看智能手机、平板等智能设备的方法与系统。

背景技术

儿童长时间短距离观看或使用智能手机、平板、电脑、智能电视等智能设备，会导致眼睛疲劳、视力下降。特别是手机与平板等手持型的智能设备，其对眼睛的影响比较电视等要更大，而且不容易看护。所以在智能设备上如果有对应的方法与系统加以预防，应该有不错社会价值。但目前为止尚未见到相关方法与系统的报导。

发明内容

本发明针对智能手机、智能电视、平板与电脑的设备特点，提出一种智能设备视力保护方法与系统，缓和儿童近距离长时间观看智能设备造成近视的问题。

本发明智能设备视力保护方法，包括：

获取智能设备摄像头的数据，对摄像头的数据进行处理并检测目标，计算目标离智能设备的距离的安全性(是否安全，或是表示安全程度的数据)，根据距离安全性结果调整智能设备的显示状态。

优选的，以人脸为检测目标。

优选的，以人眼为检测目标。

优选的，让目标处在允许的最近距离时，进行抓拍，以此确定设备使用时允许的最近距离。之后使用过程中，当目标的成像大小小于抓拍时的成像大小，认为不安全。

优选的，检测出人脸，再进一步处理，用于识别目标是否为保护对象。可以识别是不是某个对应的人，或者是儿童还是成人。

本发明还提供了一种智能设备视力保护系统，包括：

以处理控制软件为核心，处理智能设备摄像头的数据并控制智能设备的显示状态，其中处理控制软件包括摄像头数据获取模块，目标检测模块，距离安全性计算模块与显示控制模块。

优选的，目标检测模块包含人脸检测功能。

优选的，目标检测模块包含人眼检测功能。

优选的，包含界面A，界面A包括拍照时的预览窗口与抓拍按钮，抓拍得到图像数据将用于计算距离安全性。

优选的，包含人脸识别的子系统。识别目标是不是某个对应的人，或者是儿童还是成人。

优选的，关闭处理控制软件时需要进行验证。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，利用了智能设备带摄像头的特点，不会增加额外硬件成本。

其次，利用了智能设备强大的数据处理能力，在绝大数情况下智能设备都具有富裕的处理能力。

附图说明

图1为所述智能设备视力保护方法的步骤流程图；

图2为所述智能设备视力保护系统的结构示意图；

图3为所述为一种计算目标到设备距离的示意图

具体实施方式

为了本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细的说明。

参考图1，示出了本发明一种智能设备视力保护方法的步骤流程图，包括以下步骤。

步骤S11获取智能设备摄像头的数据。智能设备一般都带有摄像头，如智能手机与平板都自带前置摄像头，手提电脑也能自带前置摄像头，其它台式电脑与智能电视也可以有前置摄像头。智能设备的操作系统(如安卓，IOS，Windows)一般带有摄像头驱动程序，且在操作系统级或更高级别的API里包含摄像头访问接口。现在以安装安卓的类设备为例，说明一种摄像头数据的提取方法。首先创建android.hardware.Camera类的一个对象camera，通过遍历，我们可以知道系统中有几个摄像头，且哪个为前置摄像头，调用camera的open方法打开前置摄像头。再建立android.view.SurfaceViewo类的一个对象surfaceView，通过android.view.SurfaceHolder类绑定camera与surfaceview。这样camera图像数据就可以surfaceview里展现，同时也就可以在surefaceview的回调方法onPreviewFrame里获取摄像头的实时图像数据。对于安卓上的普通开发者而言，可以通过上述方法获取摄像头的数据，但对于安卓设备的生产产家或其合作者来说，他们可以在更低层获取摄像头数据，从而可以做到不需要预览界面，甚至可以不影响其它应用程序同时使用摄像头。针对不同操作系统，以及实现者对设备操作权限的不同，都有各自比较好的获取方法与实现方式，这里不再叙述。

步骤S12处理数据并检测目标。本发明，识别的目标可以是人脸，也可以是人的双眼或其它。人脸识别的算法已经很成熟，对于无论是手持设备还是智能电视，以人脸为目标并计算其与设备间的距离都是实用的。由于人脸识别算法已经比较成熟，所以这里不讨论具体的理论方法，而只介绍一种在工程上简单实现的方法。例如安卓智能设备的应用开发者，利于里OpenCV的人脸算法，就可以做出有效识别。也可以以人眼为目标进行检测，并计算其与设备间距离安全性。相对人脸来说，由于得到人双眼之间的距离比得到人脸的区域大小会更精确，这个精确度会直接影响目标与设备间距离的计算；而且对于手持设备，目标与设备间距离近(都不足1米)，以人眼为目标不会因为目标太大而使距离结果失真。但人眼的检测比人脸要难一些。

步骤S13计算计算目标离智能设备的距离的安全性。本发明涉及的是观看距离的安全性，这种观看距离可以认为是目标与设备的距离，本发明文字描述中将以目标与设备的距离来取代观看距离这种比较模糊的称呼；即使有各种因素使这个描述看起来不准确，但也可以认为他们就是一种等价换算关系而已。目前已有很多利用摄像头来地计算目标与摄像头的距离算法，且对本发明来说，这些算法的精度都应该足够的。一般智能设备都只有一个摄像头对着目标，所以一般采用单摄像头测距算法(但如果存在双摄像头对着目标，还可以采用精度更高的针对双摄像头测距算法)。这里我们将针对本发明介绍一种简单有效的单摄像头测距算法，如图3所示。图3所示对应的计算距离的公式是：

D＝h/tanθ  (1)

等式中h是目标的实际尺寸，如果目标是双眼，则是人双眼间的距离。

θ可以通过下式计算

θ＝Num*Rop  (2)

其中：Num是从图像中，目标的像素个数

Rop是每个像素的弧度值

合并以上等式可以得到

D＝h/(tan(Num*Rop)  (3)

Num可以从图像上计算得到。Rop需要通过实验计算获取。首先测量出D的准确值，然后根据等式(1)算出准确的θ，根据等(2)算出Rop。当然每个厂家不同型号的设备Rop值都不太一样，需要对每个设备型号做实验计算，然后把这些测试结果都保存起来，供本发明在实际运行时使用(当然对不能做实验的设备，我们也可以使用一些经验数据)。当然针对上面的公式，假设了一些东西，比如目标要比较舒服地看设备，人的双眼会是在摄像头正前方；摄像头的模型是针孔模型，成像大小与距离成反比等。如果要求精度更高，可以修正上面算法来补偿这些假设带来的误差或是改用其它的新的算法。随着工艺的发展与价格的降低，摄像头不但带有数码变焦，也还可能有光学变焦，而且这些变焦可能还是自动的，这时在计算距离时要注意获取当时的焦距；设备还可能带有双摄像头，对于双摄像头计算目标与设备间的距离会更准确，但这些并不是本发明的重点。

步骤S13根据安全性调整智能设备的显示状态。当认为目标离设备的距离性低于某一值时，就可以让设备变暗或是呈现其它界面；当目标与设备距离安全性高于某一值时，重新变回正常界面。设备变暗的程度，或其它界面颜色与大小与形状，又或是其它界面以一定透明度程序覆盖的正常显示界面之上，总之这些改变显示状态的方式会很多，使用过程也可以组合这些，以尽量用户友好。但不同的设备或操作系统，以及实现者对设备操作权限的不同，对所能采用的方式不一样的。现在仅以android智能设备的应用开发者为例介绍一种简单的实现方法。总的来说android应用开发者可以但不限于通过置顶界面的实现界面变黑。先预置一张黑色的图片(当然不一定全黑，或是含有一些信息的图片)，用此图片创建一个ImageView对象imageview，同时通过getSystemService(″window″)取得android系统的WindowManager对象，再通过addView(imageview，wmParams)把这个是黑色图片的界面显示在其它界面之上；在不需要黑色界面时，把特定的宽度与高再通过接口updateViewLayout(mlayoutView，wmParams)进行设置，在这例子里，特定的宽度与高度可以是既不影响设备的正常使用又能告诉看护者近视保护系统正在运行中，也可以是让用户看上去完全消失。

除了通过改变显示状态来提示观看距离的安全性以外，还可以有语音，光线，振动等方式进行提示或预先提示。语音提示就是操控智能设备的声音装置来提示；光线提示就是操控智能设备的LED灯等亮光装置来提示，振动提示就是操控智能设备的振动部件来提示。

本发明的方法，让目标处在允许的最近距离时，进行抓拍，以此确定设备使用时允许的最近距离。距离的计算涉及到设备本身的参数，还涉及到目标本身的数据。获取设备本身的参数对开发者来说工作量大，录入目标本身的一些数据，如目标人眼间的距离，对用户也并不友好。所以可以在目标处在离设备允许的最近距离(小于这个距离就认为不安全)时，对用户进行抓拍，通过这个抓拍，就可以确定安全距离与目标成像之间的关系。之后目标在使用过程中，对检测到的目标成像小于当时抓拍时的成像，就认为不安全。摄像头的物体的成像与距离方位等是有模型可寻的，比较简单的有针孔模型等，根据这些模型，还可以量化地计算距离的安全性。同时通过这些模型，还能对因为方位、角度等问题引起的误差进行修正，消除这些方面的影响。在抓拍时还可以确定被抓拍对象是不是要保护的对象，这样通过人脸识别功能，可以只对要保护对象进行保护，也可以对抓拍过的不同对象在计算距离安全性时，在被识别后，参照其对应的抓拍数据进行安全性计算。通过在安全距离时抓拍，这种方法特点之一就是不需要知道目标与设备间的真实距离，而且只是计算与当时抓拍时距离(目标被允许的最近距离)的比例值。

本发明的方法，通过反馈机制，对距离安全性的计算进行调整。反馈机制反馈两种系统错误情况：1，距离不安全但却正常显示，2，距离安全但却不正常显示。智能设备上一般有比较多的传感器，包括触摸屏本身，可以让用户通过这些传感器反馈以上的两种情况。这里实现简便的反馈方式：用户通过遮住摄像头方式来反馈系统计算错误了，当系统得到反馈后，就可以知道当下距离安全性的计算结果是错误的(即系统知道是情况1还是情况2发生了)。反馈机制中，对安全距离的调整，一种简单有效的方式，就是在之前计算结果上加一修正系数。简单的，当反馈情况1发生时，对当前计算得到的距离加以这一修正系数后正好等于安全距离(即修正系数就是安全距离除以当下计算结果的值)，当反馈情况2发生时，对当前计算得到的距离加以这一修正系数后正好等于安全距离某个比例(如80％)。当然有时候反馈是的用户误操作或环境变化本身对传感器造成的，为了减少这些错误，可以在检测到反馈时，弹出操作界面让用户对他们的反馈进行确认。反馈时弹出的界面还可以有让用户重新抓拍的提示。当然在接收反馈后，目的也可以只是激活用户“抓拍界面”，而不是进行对距离安全性的计算进行调整。

本发明的方法，保存不同的人脸数据，并设置相应策略，然后可以通过人脸数据来区别不同的人，并执行相应策略。对于策略设置，最简单的可以设置黑白名单。在本文前面中所说的“让目标处在允许的最近距离时，进行抓拍，以此确定设备使用时允许的最近距离”，既可以确定安全距离，也可以同时保存人脸的数据于黑白名单中。在人脸的识别方面，检测出人脸后，接下来提取主成分并使用PCA算法的话(本发明不限于使用具体的人脸识别方法)，主要有两种思路：1.将所有人的人脸交给PCA提取主成分，然后对于每一幅新来的图片，进行主成分分析来降维，通过欧氏距离来判断两张脸的差异度。2.将一个人的同张人脸交给PCA提取主成分，然后对于每一幅新来的图片，同样先主成分分析来降维，然后反向映射回原来的图片，将重构后的图片与原图进行比较，如果差异较小说明是一张脸，差异较大说明是不同的脸。为了更明确，本发明再对第1种方法为例说的更详细一些，分析出来的主成分称之为特征脸，每张脸降维后可以进行比较，可以采用最简单的分类，算出要识别的几张脸的中心，然后将其他脸与之比较，大于一个阈值则认为是不同的脸。对于人脸数据的保存，可以只保存要识别的人脸特征数据，也可能需要保存原始图像与中间数据。在更多人脸识别算法中，可能就需要用到原始图像或一些中间数据；同时这些原始图像与中间数据可以作为样本，在用户改变样本集后，可以重新计算要识别对象的人脸特征。

优选的，目标识别方法具有区别目标是儿童还是成人的功能，只为儿童设置安全策略。好处之一是，这样成人可以随时开着本发明的系统，儿童拿走设备时不需要临时开启。人脸检测算法中，可以提取人脸的特征数据；分别提取儿童与成人样本特征数据，通过算法自己的学习，来区分儿童与成人。具体的儿童与成人区别的算法及系统不是本发明讨论的重点。在具体的使用场合中，还可以在确定安全距离进行抓拍时，对被抓拍的对象的年龄进行确认，然后每次识别的时候，都优先参照这些经过年龄认定的人脸对象，以减少对这个对象错判的可能。

参考图2，根据上术的本发明的方法，还提供了一种智能设备视力保护系统的结构示意图，包括以下部件：

本发明智能设备视力保护系统其特征是：处理智能设备摄像头的数据并控制智能设备显示状态，其中处理控制软件包括摄像头数据获取模块，目标检测模块，距离安全性计算模块与显示控制模块。

处理控制软件处理摄像头的数据并控制显示设备。

摄像头数据获取模块，获取摄像头的图像数据。

目标检测模块，对获取来的图像数据进行处理，检测目标是否出现。

距离安全性计算模块，计算目标与设备之距离的安全性。

显示控制模块，根据计算出来的距离的安全性数据，相应的调整设备的显示。

所述的目标检测模块，优选的，包括人脸的检测功能。

所述的目标检测模块，优选的，包括人眼的检测功能。

优选的，包含对不同的人脸进行识别的子系统。

优选的，包含对儿童或是成人进行识别的子系统。

优选的，智能设备视力保护系统，包含界面A。界面A包含拍照时的预览窗口与抓拍按钮。优选的，界面A会提示用户是让目标在你允许的最近距离时进行抓拍。优选的，界面A还有观看时安全距离建议值。优选的，界面A还有目标年龄段的选择，比如：0-3岁，4-7岁，7岁-12岁，成人；也可以简单为分成人或儿童。在只对儿童进行保护时，可以根据界面A里对目标年龄段描述，来减少对儿童还是成人识别的错判。简单的做法，当检测到人脸时，对人脸数据，优先跟界面A里记录的目标数据进行对比，确定是不是儿童。

所述的智能设备视力保护系统，优选的，通过反馈机制，对距离安全性的计算进行调整。

优选的，在关闭本发明所述的处理控制软件时，需要一些验证，以防止被保护都自己关闭了本发明的保护系统。这些验证可以是密码，指纹，等可能的验证方式。排除系统不会被监管人以外的人关闭，系统本身可以具备开机运行的特性。还有这里要提醒的是，对于一些手持智能设置，系统为省电会自动关闭一些后台运行的程序，可以通过一些技巧来尽量解决这个问题，但对设备生产厂，或是跟设备生产厂合作的者来说，解决这一问题更加容易，因为他们有更大权限去操作设备。

为了省电，在系统实现时，检测周期可以不同，在发现目录前可以由5分钟一次，在发现目标后改为1分钟一次，再次发现目标，改为1秒一次。

以上对本发明的一种智能设备视力保护系统中有很多模块涉及到一些功能或实现机制介绍的很简要，因为这些功能或实现机制已经在本发明一种智能设备视力保护系统的方法里有相应的描述。

Claims (10)

1.一种智能设备视力保护方法，其特征在于，包括： 

获取智能设备摄像头数据，处理数据并检测目标，计算目标离智能设备的距离的安全性，根据安全性调整智能设备的显示状态。 

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述目标为人的眼睛。 

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述目标为人的脸。 

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括： 

让目标在允许的最近距离时，进行抓拍，以此确定在使用时允许的最近距离。 

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括： 

通过人脸识别来判断目标是否为保护对象。 

6.一种智能设备视力保护系统，其特征是： 

处理控制软件处理智能设备摄像头的数据并控制智能设备显示状态，其中处理控制软件包括摄像头数据获取模块，目标检测模块，距离安全性计算模块与显示控制模块。 

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，目标检测模块包含人脸检测功能。 

8.根据权利要求6的方法，其特征在于，目标检测模块包含人眼检测功能。 

9.根据权利要求6的方法，其特征在于，包含界面A，界面A包括拍照时的预览窗口与抓拍按钮，抓拍得到图像数据将用于计算距离安全性。 

10.根据权利要求6的方法，其特征在于，关闭处理控制软件时需要进行验证。