CN106933363B - 一种保护视力的智能装置及其智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保护视力的智能装置，包括基座和探测器；所述的基座用于支持智能终端显示屏，探测器用于安装在显示屏的任意三个顶角上，探测器与基座通过无线连接；还包括设置在探测器内与基座内的主控装置，主控装置包括面部识别系统、声音识别系统、身高识别系统、距离探测系统、数据库、信息处理系统、机械控制装置。本发明还公开了一种保护视力的智能装置的智能控制方法。

Description

一种保护视力的智能装置及其智能控制方法

技术领域

本发明涉及视力保护技术领域，具体地说是一种保护视力的智能装置及其智能控制方法。

背景技术

随着社会的发展，智能设备越来越成为人们工作、生活中必不可少的物品。随着长时间的使用智能设备，尤其是台式电脑，会导致视觉疲劳和身体疲乏，现有的智能设备不能根据人的年龄，判断使用距离，容易导致过度使用，造成视觉疲劳和身体疲乏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护视力的智能装置及其智能控制方法，用于解决过度使用智能设备，造成视觉疲劳和身体疲乏的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种保护视力的智能装置，用于固定和安装在智能终端设备上的独立装置，其特征是，包括基座和探测器；所述的基座用于支持智能终端显示屏，探测器用于安装在显示屏的任意三个顶角上，探测器与基座通过无线连接；还包括设置在探测器内与基座内的主控装置，主控装置包括

用于识别面部特征点的面部识别系统；和，

用于识别声音特征点的声音识别系统；和，

用于识别身高的身高识别系统；和，

用于探测使用者与智能终端设备距离的距离探测系统；和，

存储有各个年龄阶段面部特征点、声音特征点、身高数据、与年龄相对应的使用距离的数据、与身高相对应的使用高度数据的数据库；和，

用于处理采集的信息，并对保护视力的智能装置进行控制的信息处理系统了；和，

机械控制装置。

进一步地，所述的基座包括中空状底座；在中空状底座的顶部设置有制动装置，用于控制智能终端与使用者的距离和智能终端显示屏的高度，制动装置与主控装置相连；探测器卡扣在智能终端屏幕上；

所述的制动装置包括折叠状支架，折叠状支架的一端与中空状底座相固定，在支架折叠处设置有伸缩杆，用于控制智能终端显示屏的高度；在折叠状支架的另一端通过滑动组与智能终端显示屏固定，滑动组用于控制智能终端显示屏距离使用者的距离；

所述的机械控制装置包括伺服电机，伺服电机控制伸缩杆的长度，在伺服电机的转轴上设置有角度传感器，用于测量折叠状支架的折叠角度。

进一步地，所述的滑动组包括电缸、直线模组和滑块；所述的滑块安装在直线模组上，电缸控制滑块的直线运动，滑块与智能终端显示屏通过螺栓固定。

进一步地，所述的面部识别系统包括面部图像拾取系统、眼部分割系统、嘴部分割系统、颈部分割系统、特征分析系统；

面部拾取系统用于获得面部图片，对面部图片进行预处理；眼部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行眼部分割，获得眼部的特征点；嘴部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行嘴部分割，获得嘴部特征点；颈部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行颈部分割，获取颈部特征点；特征分析系统用于将各个部位的特征点进行处理，与数据库中的基准特征点进行对比，界定使用者的年龄范围；

声音识别系统包括声音拾取系统、音色识别系统和声音处理系统；

声音拾取系统用于获取声音片段；音色识别系统用于对获取的声音片段进行音色识别，声音处理系统用于对音色进行傅里叶变换处理。

一种保护视力的智能装置的智能控制方法，利用一种保护视力的智能装置，其特征是，具体包括：

1)、声音识别系统识别声音特征点，初步确定使用者的年龄范围；

2)、身高识别系统识别使用者的身高，再次减小使用者的年龄范围；

3)、面部识别系统识别使用者的面部特征点，确定使用者的年龄；

4)、距离探测系统实时探测使用者与智能终端设备实际距离；

5)、信息处理系统根据检测到的年龄和身高，与数据库中的数据相对比，判断该年龄下需要的使用距离，该身高下显示屏的使用高度；

6)、信息处理系统控制机械控制装置，控制移动智能终端显示屏的高度和使用者距离显示屏的距离；

7)、角度传感器检测折叠状支架的折叠角度，信息处理系统根据折叠角度计算智能终端显示屏的高度；

8)、信息处理系统将采集到的实时高度与预设高度进行对比，实时控制调整显示屏的高度；信息处理系统将采集到的实时距离与预设距离进行对比，实时控制调整使用者距离显示屏的距离。

进一步地，面部拾取系统对获取到的面部图片进行预处理包括抑制图片变形的几何变换、提高图片亮度的直方图均衡化；

眼部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行眼部分割，获取眼部特征点具体包括：

11)、通过遗传算法对眼部的轮廓进行分割，得到眼部轮廓二维模型；

12)、对眼部轮廓二维模型进行三维重建，得到眼部轮廓三维模型；

13)、拾取眼部目标三维坐标，带入眼部轮廓三维模型，得到眼部目标特征；

嘴部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行嘴部分割，获取嘴部特征点具体包括：

21)、通过遗传算法对嘴部的轮廓进行分割，得到嘴部轮廓二维模型；

22)、对嘴部轮廓二维模型进行三维重建，得到嘴部轮廓三维模型；

23)、拾取嘴部目标三维坐标，带入嘴部轮廓三维模型，得到嘴部目标特征；

颈部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行颈部分割，获取颈部特征点具体包括：

11)、通过遗传算法对颈部的轮廓进行分割，得到颈部轮廓二维模型；

12)、对颈部轮廓二维模型进行三维重建，得到颈部轮廓三维模型；

13)、拾取颈部目标三维坐标，带入颈部轮廓三维模型，得到颈部目标特征。

进一步地，所述的眼部目标三维坐标包括眼周三维坐标；所述的嘴部目标三维坐标包括上嘴唇的三维坐标和法令纹处的三维坐标；所述的颈部目标三维坐标包括下颌底与锁骨之间的三维坐标。

进一步地，所述的声音识别系统识别声音的具体过程包括：

1)、声音拾取系统获取声音片段；

2)、音色识别系统对获取的声音片段进行音色识别；

3)、声音处理系统通过傅立叶变换将音色转化为波普图，根据波普图的振幅来判断一个人的年龄。

进一步地，所述的距离探测系统探测距离的方法包括坐标法，或/和声音法；

所述坐标法探测距离具体包括：

11)、以屏幕为xy面，建立三维坐标系，通过基座与智能设备接触面中心点的三维坐标(0,2b,0)、探测设备与智能设备接触点(a,0,0)的三维坐标计算，屏幕中心的三维坐标(a,b,0)；

12)、根据屏幕中心的三维坐标(a,b,0)和面部识别系统测得的眼部的三维坐标(a1,b1,c1)计算出屏幕到人体之间的距离l1；

所述声音法探测距离具体包括：

21)、以屏幕为xy面，建立三维坐标系，记录面部识别系统测得嘴部三维坐标突变的一刻为t1，记录声音识别系统拾取声音的第一时刻为t2，计算所拾取声音的传播时间t＝t2-t1；

22)、根据声音在空气中的传播速度，计算得到屏幕与人体之间的距离l2。

进一步地，所述的身高识别系统识别身高具体包括：

31)、通过面部识别系统识别的面部特征，判断使用者的性别和国籍；

32)、获取头部顶端的三维坐标，获取下巴底部的三维坐标，计算头部的高度；

33)、根据使用者的性别和国籍，选择相适应的的头身比例，通过头部的高度和头身比例进行计算使用者的身高；

34)、根据身高判断使用者的年龄。

本发明的有益效果是：

本发明可以根据探测器检测试用者的声音和身高，判断使用者的年龄，通过机械控制装置来控制使用者与智能设备显示屏的距离和显示屏的高度。

由于年龄的判断容易出现误差，因此，本发明设置多种检测计算方式进行进一步地确定年龄。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1A部的局部放大图；

图3为滑动组的工作原理图；

图4为本发明的系统连接图；

图5为本发明的控制流程图；

图中：1、中空状底座，2、探测器，21、识别口，3、折叠状支架，31、转轴，32、伸缩杆，4、滑动组，41、直线模组，42、电缸，43、滑块。

具体实施方式

一种保护视力的智能装置，用于固定和安装在智能终端设备上、检测使用者使用智能终端设备是否正确、控制智能终端设备的关闭和解锁的独立装置，包括基座和探测器；基座用于支持智能终端显示屏，探测器用于安装在显示屏的任意三个顶角上，探测器与基座通过无线连接；还包括设置在探测器内与基座内的主控装置。

如图1所示，基座包括中空状底座1；在中空状底座1的顶部设置有制动装置，用于控制智能终端与使用者的距离，制动装置与主控装置相连；探测器2卡扣在智能终端屏幕上；

如图2所示，制动装置包括折叠状支架3，折叠状支架3的一端与中空状底座1通过旋转轴11固定，在支架折叠处的连接轴上设置有角度传感器4，主控装置通过角度传感器检测到的角度根据弦定理来计算智能终端显示屏的高度，折叠状支架3的另一端与智能终端屏幕固定。

滑动组4用于控制智能终端显示屏距离使用者的距离。

如图3所示，滑动组4与主控装置相连，滑动组4包括电缸42、直线模组41和滑块43；滑块43安装在直线模组41上，电缸42控制滑块43的直线运动，滑块43与智能终端显示屏通过螺栓固定。滑块沿着直线模组按照直线模组的方向进行直线运动，在安装时，直线模组的方向应与显示屏所在面垂直。

如图4所示，主控装置包括

用于识别面部特征点的面部识别系统；和，

用于识别声音特征点的声音识别系统；和，

用于识别身高的身高识别系统；和，

用于探测使用者与智能终端设备距离的距离探测系统；和，

存储有各个年龄阶段面部特征点、声音特征点、身高数据、与年龄相对应的使用距离的数据、与身高相对应的使用高度数据的数据库；和，

用于处理采集的信息，并对保护视力的智能装置进行控制的信息处理系统；和，

机械控制装置。

机械控制装置包括伺服电机，伺服电机控制伸缩杆的长度，在伺服电机的转轴上设置有角度传感器，用于测量折叠状支架的折叠角度。

面部识别系统包括面部图像拾取系统、眼部分割系统、嘴部分割系统、颈部分割系统、特征分析系统；

面部拾取系统用于获得面部图片，对面部图片进行预处理；眼部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行眼部分割，获得眼部的特征点；嘴部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行嘴部分割，获得嘴部特征点；颈部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行颈部分割，获取颈部特征点；特征分析系统用于将各个部位的特征点进行处理，与数据库中的基准特征点进行对比，界定使用者的年龄范围；

声音识别系统包括声音拾取系统、音色识别系统和声音处理系统；

声音拾取系统用于获取声音片段；音色识别系统用于对获取的声音片段进行音色识别，声音处理系统用于对音色进行傅里叶变换处理。

如图5所示，一种保护视力的智能装置的智能控制方法，利用一种保护视力的智能装置，具体包括：

1)、声音识别系统识别声音特征点，初步确定使用者的年龄范围；

2)、身高识别系统识别使用者的身高，再次减小使用者的年龄范围；

3)、面部识别系统识别使用者的面部特征点，确定使用者的年龄；

4)、距离探测系统实时探测使用者与智能终端设备实际距离；

5)、信息处理系统根据检测到的年龄和身高，与数据库中的数据相对比，判断该年龄下需要的使用距离，该身高下显示屏的使用高度；

6)、信息处理系统控制制动装置，控制移动智能终端显示屏的高度和使用者距离显示屏的距离；

7)、角度传感器检测折叠状支架的折叠角度，信息处理系统根据折叠角度计算智能终端显示屏的高度和使用者距离显示屏的距离，反馈给信息处理系统；

8)、信息处理系统将采集到的实时距离与预设距离进行对比，实时控制调整使用者距离显示屏的距离。

面部拾取系统对获取到的面部图片进行预处理包括抑制图片变形的几何变换、提高图片亮度的直方图均衡化。

眼部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行眼部分割，获取眼部特征点具体包括：

11)、通过遗传算法对眼部的轮廓进行分割，得到眼部轮廓二维模型；

12)、对眼部轮廓二维模型进行三维重建，得到眼部轮廓三维模型；

13)、拾取眼部目标三维坐标，带入眼部轮廓三维模型，得到眼部目标特征；

嘴部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行嘴部分割，获取嘴部特征点具体包括：

21)、通过遗传算法对嘴部的轮廓进行分割，得到嘴部轮廓二维模型；

22)、对嘴部轮廓二维模型进行三维重建，得到嘴部轮廓三维模型；

23)、拾取嘴部目标三维坐标，带入嘴部轮廓三维模型，得到嘴部目标特征；

颈部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行颈部分割，获取颈部特征点具体包括：

11)、通过遗传算法对颈部的轮廓进行分割，得到颈部轮廓二维模型；

12)、对颈部轮廓二维模型进行三维重建，得到颈部轮廓三维模型；

13)、拾取颈部目标三维坐标，带入颈部轮廓三维模型，得到颈部目标特征。

由于判断年龄的大小通过面部的主要几个特征点来进行判断，本发明选取了识别眼周，嘴部、法令纹处和颈部处进行处理。年龄越大，眼尾会下垂，眼袋部分也会有明显变化，上嘴唇会下垂，法令纹增深，颈部皱纹变多，因此，其所对应的三维坐标也会出现明显变化，本发明通过三维坐标来判断年龄的大小。

眼部目标三维坐标包括眼周三维坐标；嘴部目标三维坐标包括上嘴唇的三维坐标和法令纹处的三维坐标；颈部目标三维坐标包括下颌底与锁骨之间的三维坐标。

一般单一性因素可能会导致年龄误差，因此本发明采取多种因素，进一步缩小年龄范围，得到年龄的准确值，本发明除了检测面部特征点外，还检测声音的变化，声音的变化主要是通过音色来进行检测年龄的大小。

声音识别系统识别声音的具体过程包括：

1)、声音拾取系统获取声音片段；

2)、音色识别系统对获取的声音片段进行音色识别；

3)、声音处理系统通过傅立叶变换将音色转化为波普图，根据波普图的振幅来判断一个人的年龄。

一般情况下，随着人的年龄的增大，音色会逐渐趋于粗矿，振幅越大，表明一个人的年龄越小；反之，年龄越大。

距离探测系统探测距离的方法包括坐标法，或/和声音法；

坐标法探测距离具体包括：

11)、以屏幕为xy面，建立三维坐标系，通过基座与智能设备接触面中心点的三维坐标(0,2b,0)、探测设备与智能设备接触点(a,0,0)的三维坐标计算，屏幕中心的三维坐标(a,b,0)；

12)、根据屏幕中心的三维坐标(a,b,0)和面部识别系统测得的眼部的三维坐标(a1,b1,c1)计算出屏幕到人体之间的距离l1。

声音法探测距离具体包括：

21)、以屏幕为xy面，建立三维坐标系，记录面部识别系统测得嘴部三维坐标突变的一刻为t1，记录声音识别系统拾取声音的第一时刻为t2，计算所拾取声音的传播时间t＝t2-t1；

22)、根据声音在空气中的传播速度，计算得到屏幕与人体之间的距离l2。

身高识别系统识别身高具体包括：

31)、通过面部识别系统识别的面部特征，判断使用者的性别和国籍；

32)、获取头部顶端的三维坐标，获取下巴底部的三维坐标，计算头部的高度；

33)、根据使用者的性别和国籍，选择相适应的的头身比例，通过头部的高度和头身比例进行计算使用者的身高；

34)、根据身高判断使用者的年龄。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种保护视力的智能装置，用于固定和安装在智能终端设备上的独立装置，其特征是，包括基座和探测器；所述的基座用于支持智能终端显示屏，探测器用于安装在显示屏的任意三个顶角上，探测器与基座通过无线连接；还包括设置在探测器内与基座内的主控装置，主控装置包括

用于识别面部特征点的面部识别系统；和，

用于识别声音特征点的声音识别系统；和，

用于识别身高的身高识别系统；和，

用于探测使用者与智能终端设备距离的距离探测系统；和，

存储有各个年龄阶段面部特征点、声音特征点、身高数据、与年龄相对应的使用距离的数据、与身高相对应的使用高度数据的数据库；和，

用于处理采集的信息，并对保护视力的智能装置进行控制的信息处理系统；和，

机械控制装置；

所述的基座包括中空状底座；在中空状底座的顶部设置有制动装置，用于控制智能终端与使用者的距离和智能终端显示屏的高度，制动装置与主控装置相连；探测器卡扣在智能终端屏幕上；

所述的制动装置包括折叠状支架，折叠状支架的一端与中空状底座相固定，在支架折叠处设置有伸缩杆，用于控制智能终端显示屏的高度；在折叠状支架的另一端通过滑动组与智能终端显示屏固定，滑动组用于控制智能终端显示屏距离使用者的距离；

所述的机械控制装置包括伺服电机，伺服电机控制伸缩杆的长度，在伺服电机的转轴上设置有角度传感器，用于测量折叠状支架的折叠角度。

2.根据权利要求1所述的一种保护视力的智能装置，其特征是，所述的滑动组包括电缸、直线模组和滑块；所述的滑块安装在直线模组上，电缸控制滑块的直线运动，滑块与智能终端显示屏通过螺栓固定。

3.根据权利要求1所述的一种保护视力的智能装置，其特征是，所述的面部识别系统包括面部图像拾取系统、眼部分割系统、嘴部分割系统、颈部分割系统、特征分析系统；面部拾取系统用于获得面部图片，对面部图片进行预处理；眼部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行眼部分割，获得眼部的特征点；嘴部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行嘴部分割，获得嘴部特征点；颈部分割系统用于将面部拾取系统获取的面部图片进行颈部分割，获取颈部特征点；特征分析系统用于将各个部位的特征点进行处理，与数据库中的基准特征点进行对比，界定使用者的年龄范围；声音识别系统包括声音拾取系统、音色识别系统和声音处理系统；声音拾取系统用于获取声音片段；音色识别系统用于对获取的声音片段进行音色识别，声音处理系统用于对音色进行傅里叶变换处理。

4.一种保护视力的智能装置的智能控制方法，利用权利要求1-3任意一项所述的一种保护视力的智能装置，其特征是，具体包括：

1)、声音识别系统识别声音特征点，初步确定使用者的年龄范围；

2)、身高识别系统识别使用者的身高，再次减小使用者的年龄范围；

3)、面部识别系统识别使用者的面部特征点，确定使用者的年龄；

4)、距离探测系统实时探测使用者与智能终端设备实际距离；

5)、信息处理系统根据检测到的年龄和身高，与数据库中的数据相对比，判断该年龄下需要的使用距离，该身高下显示屏的使用高度；

6)、信息处理系统控制机械控制装置，控制移动智能终端显示屏的高度和使用者距离显示屏的距离；

7)、角度传感器检测折叠状支架的折叠角度，信息处理系统根据折叠角度计算智能终端显示屏的高度；

8)、信息处理系统将采集到的实时高度与预设高度进行对比，实时控制调整显示屏的高度；信息处理系统将采集到的实时距离与预设距离进行对比，实时控制调整使用者距离显示屏的距离。

5.根据权利要求4所述的一种保护视力的智能装置的智能控制方法，其特征是，面部拾取系统对获取到的面部图片进行预处理包括抑制图片变形的几何变换、提高图片亮度的直方图均衡化；眼部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行眼部分割，获取眼部特征点具体包括：

11)、通过遗传算法对眼部的轮廓进行分割，得到眼部轮廓二维模型；

12)、对眼部轮廓二维模型进行三维重建，得到眼部轮廓三维模型；

13)、拾取眼部目标三维坐标，带入眼部轮廓三维模型，得到眼部目标特征；嘴部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行嘴部分割，获取嘴部特征点具体包括：

21)、通过遗传算法对嘴部的轮廓进行分割，得到嘴部轮廓二维模型；

22)、对嘴部轮廓二维模型进行三维重建，得到嘴部轮廓三维模型；

23)、拾取嘴部目标三维坐标，带入嘴部轮廓三维模型，得到嘴部目标特征；颈部分割系统将面部拾取系统获取的面部图片进行颈部分割，获取颈部特征点具体包括：

11)、通过遗传算法对颈部的轮廓进行分割，得到颈部轮廓二维模型；

12)、对颈部轮廓二维模型进行三维重建，得到颈部轮廓三维模型；

13)、拾取颈部目标三维坐标，带入颈部轮廓三维模型，得到颈部目标特征。

6.根据权利要求5所述的一种保护视力的智能装置的智能控制方法，其特征是，所述的眼部目标三维坐标包括眼周三维坐标；所述的嘴部目标三维坐标包括上嘴唇的三维坐标和法令纹处的三维坐标；所述的颈部目标三维坐标包括下颌底与锁骨之间的三维坐标。

7.根据权利要求4所述的一种保护视力的智能装置的智能控制方法，其特征是，所述的声音识别系统识别声音的具体过程包括：

1)、声音拾取系统获取声音片段；

2)、音色识别系统对获取的声音片段进行音色识别；

3)、声音处理系统通过傅立叶变换将音色转化为波普图，根据波普图的振幅来判断一个人的年龄。

8.根据权利要求4所述的一种保护视力的智能装置的智能控制方法，其特征是，所述的距离探测系统探测距离的方法包括坐标法，或/和声音法；所述坐标法探测距离具体包括：

11)、以屏幕为xy面，建立三维坐标系，通过基座与智能设备接触面中心点的三维坐标(0,2b,0)、探测设备与智能设备接触点(a,0,0)的三维坐标计算，屏幕中心的三维坐标(a,b,0)；

12)、根据屏幕中心的三维坐标(a,b,0)和面部识别系统测得的眼部的三维坐标(a1,b1,c1)计算出屏幕到人体之间的距离l1；所述声音法探测距离具体包括：

21)、以屏幕为xy面，建立三维坐标系，记录面部识别系统测得嘴部三维坐标突变的一刻为t1，记录声音识别系统拾取声音的第一时刻为t2，计算所拾取声音的传播时间t＝t2-t1；

22)、根据声音在空气中的传播速度，计算得到屏幕与人体之间的距离l2。

9.根据权利要求4所述的一种保护视力的智能装置的智能控制方法，其特征是，所述的身高识别系统识别身高具体包括：

31)、通过面部识别系统识别的面部特征，判断使用者的性别和国籍；

32)、获取头部顶端的三维坐标，获取下巴底部的三维坐标，计算头部的高度；

33)、根据使用者的性别和国籍，选择相适应的的头身比例，通过头部的高度和头身比例进行计算使用者的身高；

34)、根据身高判断使用者的年龄。