CN107424208A - 一种智能家居用婴幼儿床及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能家具用婴幼儿床及监控方法，在特征点区域设置特征标记点，构建虚拟床体三维模型，通过图像采集系统完成床体及被子上特征标记点的图像采集，经由控制模拟器内三维模型元素生成部，生成基于床体测量数据来表现虚拟床体三维模型的至少一部分的形状的三维模型元素，在该三维模型元素中标定床体标记点位置与被子标记点位置在X、Y、Z三个方向的相对位置值并进行对比标定，采集人脸坐标，在监控图像中识别出床体标记物、被子标记物及婴幼儿脸部位置，根据位置误差判断被子是否被踢翻。横向牵引杆接收运动指令将牵引机械手引导至被子上的特征标记点处，并以定位的人脸坐标为基准将被踢翻的被子重新盖好。

Description

一种智能家居用婴幼儿床及监控方法

技术领域

本发明属于智能家居领域，尤其涉及一种智能家居用婴幼儿床及监控方法。

背景技术

婴幼儿在睡觉时容易把被子踢掉，而家长又无法及时发现这一情况，婴幼儿长时间没有盖被子极易生病，目前没有有效的监控方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能家居用婴幼儿床监控方法。

本发明是这样实现的，一种智能家居用婴幼儿床监控方法包括：

一种智能家居用婴幼儿床监控方法，包括：

步骤一、在床体及被子上划定特征点区域，在该特征点区域设置特征标记点；

步骤二、在控制模拟器内通过输入床体的实际三维模型数据构建虚拟床体三维模型；

步骤三、夜间监控开始时，初始化虚拟床体三维模型并将顶点数据及被子正常展开时的标记点坐标位置作为初始化校准点，通过图像采集系统完成床体及被子上特征标记点的图像采集；

步骤四、通过测量床体所获得的测量点群数据、面元素的类型和面元素的几何值，经由控制模拟器内三维模型元素生成部，生成基于床体测量数据来表现虚拟床体三维模型的至少一部分的形状的三维模型元素；

步骤五、将步骤三通过图像采集系统采集的床体及被子上特征标记点的位置数据导入步骤四所生成的三维模型元素中，在该三维模型元素中标定床体标记点位置与被子标记点位置在X、Y、Z三个方向的相对位置值a；

步骤六、将步骤五中的相对位置值a与初始化的虚拟床体三维模型中床体标记点位置与被子标记点在X、Y、Z三个方向的相对位置值b进行对比标定；

步骤七、图像监控系统在近红外光采集的人脸图像上通过定位与检测模块捕捉人脸坐标，并以此作为后续特征标记点和人脸位置监控的基准；

步骤八、图像监控系统实时录制婴幼儿睡觉的视频，并间隔一段时间捕捉一次监控图像，图像监控系统在该监控图像中识别出床体标记物、被子标记物及婴幼儿脸部位置；

步骤九、把后续捕捉到的每一张监控图像中的被子的特征标记点的空间位置与步骤七的基准点位置进行对比，当对比得到的误差值超过安全阈值时进行步骤十；

步骤十、当捕捉到的图像中出现多个特征标记点与基准点对比得到的误差值超过安全阈值，则判断被子已被婴幼儿翻转踢掉；

步骤十一、当判定为被子被翻转踢掉后，图像监控系统向执行机构发送动作指令，执行系统的牵引头根据特征标记点位置和人脸位置数据牵引被子移动并盖住婴幼儿的身体。

进一步，所述智能家居用婴幼儿床监控方法还包括将被子正常展开状态下的的特征标记点坐标位置标定于虚拟床体三维模型，并对每个特征标记点设置X、Y、Z三个方向的位移安全区间，并设置人脸特征坐标点与被子上的标记特征点之间的安全区间。

进一步，所述智能家居用婴幼儿床监控方法还包括由人眼坐标得到人脸左上顶点和右下顶点的坐标，图像监控系统内的规范化模块对采集的人脸图像进行规范化处理，将人脸对齐纠正，将该人脸位置数据导入虚拟床体三维模型元素。

进一步，图像监控系统可进行多人脸识别，具体方法包括：

第一步、对当前帧人脸检测并按坐标排序得出当前帧各个人脸的识别结果；

第二步、根据当前帧各个人脸的识别结果计算对应的各个人脸各自相邻n帧识别结果；

第三步、统计各个人脸的身份，由超过半数n/2的统一身份决定目标的最终身份。

进一步，计算待识别图片与人脸库各类别间的重建误差{r₁，r₂……r_n}，r₁<r₂<……<r_n，将得到的相似度值按照的规则确定最终识别结果；其中T₁为比率值，T₁＝0.6。

本发明的另一目的在于提供一种智能家居用婴幼儿床，包括床体，安装于床体的执行机构、与执行机构连接的图像监控系统、与图像监控系统连接的控制模拟器和图像采集系统；

所述图像采集系统用于获取被子和床体上的特征标记点，该图像采集系统包括用于获取特征标记点图像的拍照摄像头、用于将拍摄的图像进行降噪优化处理的图像优化单元；

所述控制模拟器用于生成床体三维模型，该控制模拟器包括用于读取图像优化单元数据的特征标记点数据读取单元和进行三维模型数据构建的三维模型元素生成部；

所述图像监控系统用于录制监控视频图像，在监控图像中识别出床体标记物、被子标记物及婴幼儿脸部位置并与基准点位置对比，通过对比结果控制执行机构动作，该图像监控系统包括视频图像摄像头、标记点及人脸识别单元、基准位置对比单元、与基准位置对比单元连接的执行机构控制单元；

所述执行机构包括床尾固定装置和牵引机构。

进一步，所述床尾固定装置包括设置于床尾的卷被辊子和设置于床尾两侧的紧固机械手，卷被辊子内部安装归位卷簧，被子尾部夹固于卷被辊子外表面；

所述牵引机构包括设置于床体侧边沿的纵向滑轨和安装于该滑轨的横向牵引杆，该横向牵引杆由横向牵引电机驱动，该横向牵引杆设置机械手滑槽，牵引机械手安装于该机械手滑槽并由机械手电机驱动。

图像监控系统，判断被子已被婴幼儿翻转踢掉后，通过图像监控系统定位超出安全位移区间的被子上的特征标记点，在该特征标记点处设置有永磁体，横向牵引杆接收运动指令将牵引机械手引导至被子上的特征标记点处，并以定位的人脸坐标为基准将被踢翻的被子重新盖好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的智能家居用婴幼儿床监控方法流程图；

图2是本发明实施例提供的智能家居用婴幼儿床的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的控制系统框图；

图中：1、卷被辊子；2、紧固机械手；3、横向牵引杆；4、牵引机械手；5、被子。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

一种智能家居用婴幼儿床监控方法包括：

S101、在床体及被子上划定特征点区域，在该特征点区域设置特征标记点；

S102、在控制模拟器内通过输入床体的实际三维模型数据构建虚拟床体三维模型；

S103、夜间监控开始时，初始化虚拟床体三维模型并将顶点数据及被子正常展开时的标记点坐标位置作为初始化校准点，通过图像采集系统完成床体及被子上特征标记点的图像采集；

S104、通过测量床体所获得的测量点群数据、面元素的类型和面元素的几何值，经由控制模拟器内三维模型元素生成部，生成基于床体测量数据来表现虚拟床体三维模型的至少一部分的形状的三维模型元素；

该三维模型元素可由一下方法生成：

经由三维模型元素生成部，生成基于测量数据使用预定方法来表现所述三维模型的至少一部分的形状的三维模型元素，其中所述三维模型元素是由面元素和预定条件所定义的；以及经由三维模型生成部，使用一个或多个所述三维模型元素来生成所述三维模型，其中，经由计算器，在生成所述三维模型时，从所述测量数据中选择定义所述三维模型元素的预定的面元素；

经由所述计算器，在生成所述三维模型时，获得生成所述三维模型元素所需的所述条件；

经由所述计算器，在生成所述三维模型时，使用所选择的所述面元素和所获得的所述条件来生成所述三维模型元素；以及经由所述计算器，在生成所述三维模型时，使用一个或多个所述三维模型元素来生成所述被测物体的所述三维模型。

S105、将步骤S103通过图像采集系统采集的床体及被子上特征标记点的位置数据导入步骤S104所生成的三维模型元素中，在该三维模型元素中标定床体标记点位置与被子标记点位置在X、Y、Z三个方向的相对位置值a；

S106、将步骤S105中的相对位置值a与初始化的虚拟床体三维模型中床体标记点位置与被子标记点在X、Y、Z三个方向的相对位置值b进行对比标定；

S107、图像监控系统在近红外光采集的人脸图像上通过定位与检测模块捕捉人脸坐标，并以此作为后续特征标记点和人脸位置监控的基准；

S108、图像监控系统实时录制婴幼儿睡觉的视频，并间隔一段时间捕捉一次监控图像，图像监控系统在该监控图像中识别出床体标记物、被子标记物及婴幼儿脸部位置；

S109、把后续捕捉到的每一张监控图像中的被子的特征标记点的空间位置与步骤S107的基准点位置进行对比，当对比得到的误差值超过安全阈值时进行步骤S110；

S110、当捕捉到的图像中出现多个特征标记点与基准点对比得到的误差值超过安全阈值，则判断被子已被婴幼儿翻转踢掉；

S111、当判定为被子被翻转踢掉后，图像监控系统向执行机构发送动作指令，执行系统的牵引头根据特征标记点位置和人脸位置数据牵引被子移动并盖住婴幼儿的身体。

所述智能家居用婴幼儿床监控方法还包括将被子正常展开状态下的的特征标记点坐标位置标定于虚拟床体三维模型，并对每个特征标记点设置X、Y、Z三个方向的位移安全区间，并设置人脸特征坐标点与被子上的标记特征点之间的安全区间。

所述智能家居用婴幼儿床监控方法还包括由人眼坐标得到人脸左上顶点和右下顶点的坐标，图像监控系统内的规范化模块对采集的人脸图像进行规范化处理，将人脸对齐纠正，将该人脸位置数据导入虚拟床体三维模型元素。

在本发明实施例中，图像监控系统中的特征提取模块用于构造特征提取算子，提取人脸图像特征向量，具体步骤为：

步骤一、采集到N个样本用作训练集X，采用下式求出样本平均值m：

其中，x_i∈样本训练集X＝(x₁，x₂，…，x_N)；

步骤二、求出散布矩阵S：

求出散布矩阵的特征值λi和对应的特征向量ei，其中，ei便是主分量，将特征值从大到小依次排列λ1，λ2，…；

假设取出p个值，λ1，λ2，…，λp可以确定出脸空间E＝(e1，e2，…，eP)，在此脸空间上，训练样本X中，每个元素投影到该空间的点可以由下式得到：

x'_i＝E^tx_i，t＝1，2，…，N；

由上式得到的是将原向量经过PCA降维后的p维向量。

图像监控系统可进行多人脸识别，具体方法包括：

第一步、对当前帧人脸检测并按坐标排序得出当前帧各个人脸的识别结果；

第二步、根据当前帧各个人脸的识别结果计算对应的各个人脸各自相邻n帧识别结果；

第三步、统计各个人脸的身份，由超过半数n/2的统一身份决定目标的最终身份；

进一步，计算待识别图片与人脸库各类别间的重建误差{r₁，r₂……r_n}，r₁<r₂<……<r_n，将得到的相似度值按照的规则确定最终识别结果；其中T₁为比率值，T₁＝0.6。

本发明实施例中的智能家居用婴幼儿床，包括床体，安装于床体的执行机构、与执行机构连接的图像监控系统、与图像监控系统连接的控制模拟器和图像采集系统；

所述图像采集系统用于获取被子和床体上的特征标记点，该图像采集系统包括用于获取特征标记点图像的拍照摄像头、用于将拍摄的图像进行降噪优化处理的图像优化单元；

所述控制模拟器用于生成床体三维模型，该控制模拟器包括用于读取图像优化单元数据的特征标记点数据读取单元和进行三维模型数据构建的三维模型元素生成部；

所述图像监控系统用于录制监控视频图像，在监控图像中识别出床体标记物、被子标记物及婴幼儿脸部位置并与基准点位置对比，通过对比结果控制执行机构动作，该图像监控系统包括视频图像摄像头、标记点及人脸识别单元、基准位置对比单元、与基准位置对比单元连接的执行机构控制单元；

所述执行机构包括床尾固定装置和牵引机构。

所述床尾固定装置包括设置于床尾的卷被辊子1和设置于床尾两侧的紧固机械手2，卷被辊子1内部安装归位卷簧，被子尾部夹固于卷被辊子1外表面，使用的时候可直接将被子抽出并使用紧固机械手2将被子尾部紧固，不使用的时候直接通过卷被辊子1将被子收起，使用方便；

所述牵引机构包括设置于床体侧边沿的纵向滑轨和安装于该滑轨的横向牵引杆3，该横向牵引杆3由横向牵引电机驱动，该横向牵引杆3设置机械手滑槽，牵引机械手5安装于该机械手滑槽并由机械手电机驱动；

图像监控系统判断被子已被婴幼儿翻转踢掉后，通过图像监控系统定位超出安全位移区间的被子上的特征标记点，在该特征标记点处设置有永磁体，横向牵引杆3接收运动指令将牵引机械手4引导至被子5上的特征标记点处，并以定位的人脸坐标为基准将被踢翻的被子重新盖好。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种智能家居用智能家居用婴幼儿床监控方法，其特征在于，所述智能家居用智能家居用婴幼儿床监控方法包括：

步骤一、在床体及被子上划定特征点区域，在该特征点区域设置特征标记点；

步骤二、在控制模拟器内通过输入床体的实际三维模型数据构建虚拟床体三维模型；

步骤三、夜间监控开始时，初始化虚拟床体三维模型并将顶点数据及被子正常展开时的标记点坐标位置作为初始化校准点，通过图像采集系统完成床体及被子上特征标记点的图像采集；

步骤四、通过测量床体所获得的测量点群数据、面元素的类型和面元素的几何值，经由控制模拟器内三维模型元素生成部，生成基于床体测量数据来表现虚拟床体三维模型的至少一部分的形状的三维模型元素；

步骤五、将步骤三通过图像采集系统采集的床体及被子上特征标记点的位置数据导入步骤四所生成的三维模型元素中，在该三维模型元素中标定床体标记点位置与被子标记点位置在X、Y、Z三个方向的相对位置值a；

步骤六、将步骤五中的相对位置值a与初始化的虚拟床体三维模型中床体标记点位置与被子标记点在X、Y、Z三个方向的相对位置值b进行对比标定；

步骤七、图像监控系统在近红外光采集的人脸图像上通过定位与检测模块捕捉人脸坐标，并以此作为后续特征标记点和人脸位置监控的基准；

步骤八、图像监控系统实时录制婴幼儿睡觉的视频，并间隔一段时间捕捉一次监控图像，图像监控系统在该监控图像中识别出床体标记物、被子标记物及婴幼儿脸部位置；

步骤九、把后续捕捉到的每一张监控图像中的被子的特征标记点的空间位置与步骤七的基准点位置进行对比，当对比得到的误差值超过安全阈值时进行步骤十；

步骤十、当捕捉到的图像中出现多个特征标记点与基准点对比得到的误差值超过安全阈值，则判断被子已被婴幼儿翻转踢掉；

步骤十一、当判定为被子被翻转踢掉后，图像监控系统向执行机构发送动作指令，执行系统的牵引头根据特征标记点位置和人脸位置数据牵引被子移动并盖住婴幼儿的身体。

2.如权利要求1所述智能家居用婴幼儿床监控方法，其特征在于，该方法还包括将被子正常展开状态下的的特征标记点坐标位置标定于虚拟床体三维模型，并对每个特征标记点设置X、Y、Z三个方向的位移安全区间，并设置人脸特征坐标点与被子上的标记特征点之间的安全区间。

3.如权利要求1所述智能家居用婴幼儿床监控方法，其特征在于，该方法还包括由人眼坐标得到人脸左上顶点和右下顶点的坐标，图像监控系统内的规范化模块对采集的人脸图像进行规范化处理，将人脸对齐纠正，将该人脸位置数据导入虚拟床体三维模型元素。

4.如权利要求1所述智能家居用婴幼儿床监控方法，其特征在于，图像监控系统可进行多人脸识别，具体方法包括：

第一步、对当前帧人脸检测并按坐标排序得出当前帧各个人脸的识别结果；

第二步、根据当前帧各个人脸的识别结果计算对应的各个人脸各自相邻n帧识别结果；

第三步、统计各个人脸的身份，由超过半数n/2的统一身份决定目标的最终身份。

5.如权利要求4所述智能家居用婴幼儿床监控方法，其特征在于，计算待识别图片与人脸库各类别间的重建误差{r₁，r₂……r_n}，r₁<r₂<……<r_n，将得到的相似度值按照的规则确定最终识别结果；其中T₁为比率值，T₁＝0.6。

6.一种智能家居用婴幼儿床，其特征在于，该婴幼儿床包括床体，安装于床体的执行机构、与执行机构连接的图像监控系统、与图像监控系统连接的控制模拟器和图像采集系统；

所述图像采集系统用于获取被子和床体上的特征标记点，该图像采集系统包括用于获取特征标记点图像的拍照摄像头、用于将拍摄的图像进行降噪优化处理的图像优化单元；

所述控制模拟器用于生成床体三维模型，该控制模拟器包括用于读取图像优化单元数据的特征标记点数据读取单元和进行三维模型数据构建的三维模型元素生成部；

所述图像监控系统用于录制监控视频图像，在监控图像中识别出床体标记物、被子标记物及婴幼儿脸部位置并与基准点位置对比，通过对比结果控制执行机构动作，该图像监控系统包括视频图像摄像头、标记点及人脸识别单元、基准位置对比单元、与基准位置对比单元连接的执行机构控制单元；

所述执行机构包括床尾固定装置和牵引机构。

7.如权利要求6所述智能家居用婴幼儿床，其特征在于，所述床尾固定装置包括设置于床尾的卷被辊子和设置于床尾两侧的紧固机械手，卷被辊子内部安装归位卷簧，被子尾部夹固于卷被辊子外表面；

所述牵引机构包括设置于床体侧边沿的纵向滑轨和安装于该滑轨的横向牵引杆，该横向牵引杆由横向牵引电机驱动，该横向牵引杆设置机械手滑槽，牵引机械手安装于该机械手滑槽并由机械手电机驱动。