CN107510460B - 一种头戴显示设备防疲劳控制方法及头戴显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种头戴显示设备防疲劳控制方法及头戴显示设备，所述头戴显示设备防疲劳控制方法，包括以下步骤：采集眼部图像，根据所述眼部图像确定用户的眼部疲劳状态；根据用户的眼部疲劳状态，判断所述用户的眼部疲劳等级；根据所述眼部疲劳等级，进行相应的眼部疲劳处理。本发明的头戴显示设备防疲劳控制方法，通过分析判断用户眼部疲劳状态，进行报警提示或者执行按摩控制，可以有效防止长期使用容易引起头晕、损伤视力的问题，通过采集用户初始佩戴时的眼部特征信息作为标准数据，解决了眨眼频率和眨眼时长因人而异的问题，每个人都有各自的基准，使得疲劳判断更加合理化。

Description

一种头戴显示设备防疲劳控制方法及头戴显示设备
技术领域
本发明涉及智能可穿戴设备技术领域，具体地说，是涉及一种头戴显示设备防疲劳控制方法及头戴显示设备。
背景技术
VR产品的出现极大的丰富了人们的精神世界，令用户在虚拟世界中有一种身临其境的感觉。但现有的VR产品在使用的舒适度上存在以下问题：由于VR现有技术的限制，消费者长时间使用VR会感觉到眼睛疲劳，更有甚者会出现头晕等现象。特别是针对未成年的消费者，视力保护是必不可少的。
发明内容
本发明为了解决现有头戴显示设备长期使用容易引起疲劳，而用户感觉不到，长期容易引起头晕、损伤视力的问题，提出了一种头戴显示设备防疲劳控制方法，可以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种头戴显示设备防疲劳控制方法，包括以下步骤：
采集眼部图像，根据所述眼部图像确定用户的眼部疲劳状态；
根据用户的眼部疲劳状态，判断所述用户的眼部疲劳等级；
根据所述眼部疲劳等级，进行相应的眼部疲劳处理。
进一步的，根据眼部图像确定用户的眼部疲劳状态，包括：
根据所述眼部图像，确定用户的当前眨眼频率及当前眨眼时长；
根据用户的当前眨眼频率和当前眨眼时长，确定用户的眼部疲劳状态。
进一步的，根据用户的当前眨眼频率和当前眨眼时长确定所述用户的眼部疲劳状态，包括：
将所述当前眨眼频率与标准眨眼频率进行比对、将所述当前眨眼时长与标准眨眼时长进行比对；
根据比对结果确定所述用户的眼部疲劳状态。
进一步的，确定标准眨眼频率和标准眨眼时长的方法为：用户在初始佩戴所述头戴显示设备的一定时间段内，周期性采集用户眼部图像，并对眼部图像处理分析，得出每一帧眼部图像中是睁眼状态还是闭眼状态，根据眼部图像之间的时间间隔以及连续闭眼的时间计算出用户该时间段内的平均眨眼频率L1和平均眨眼时长T1，并分别作为标准眨眼频率和标准眨眼时长进行存储，其中，L1、T1分别为正数。
进一步的，获取当前眨眼频率和当前眨眼时长的方法为：用户持续佩戴所述头戴显示设备满足设定时长后，继续采集眼部图像，获取用户的眨眼频率为L2，眨眼时长为T2；
计算L=（L1-L2）/L1，T=(T1-T2)/T1，当L>α1且T<β1时或者L<α2且T>β2时，即判定为眼部疲劳状态，其他状态均为正常状态，其中，L2、T2分别为正数，其中，α1、β1为初始进入疲劳状态时的眨眼频率阈值和眨眼周期阈值，α2、β2为进入深度疲劳状态下的眨眼频率阈值和眨眼周期阈值，α1>0, β1<0，α2<0, β2>0。
进一步的，步骤（2）中还包括进一步将眼部疲劳进行等级划分的步骤，根据眼部疲劳等级进行报警提示或者执行按摩控制。
进一步的，步骤（2）中眼部疲劳等级至少划分为3级，划分方法为：
当L>α1且T<β1时，定义为1级疲劳；
当L<α2且T>β2时，定义为2级疲劳；
当L<α2且T>β2且检测到眼部静脉血管扩张时，定义为3级疲劳；
当判定为1级疲劳时，对用户进行报警提示；
当判定为2级或者2级以上疲劳时，控制马达震动，对用户眼部附近肌肉进行按摩。
进一步的，当判定为2级或者2级以上疲劳时，随着级数的升高马达的震动频率增大。
进一步的，当判定为1级疲劳后同时开始计时，如果用户未在设定时间内中断使用所述头戴显示设备，则控制马达震动，对用户眼部附近肌肉进行按摩。
本发明同时提出了一种防疲劳头戴显示设备，包括本体、头戴以及设置于所述本体内的控制模块，所述本体上设置有两个显示镜片，所述两个显示镜片周围分别设置有胶套，所述胶套内侧设置有马达，所述本体上还设置有用于采集用户眼部图像的摄像头，所述摄像头和所述马达分别与所述控制模块连接，所述防疲劳头戴显示设备采用如前面任一项所述的防疲劳控制方法进行控制。
进一步的，每一个显示镜片周围设置有多个马达。
进一步的，所述本体上还设置有与所述控制模块连接的蜂鸣器或者震动马达，用于进行报警提示。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的头戴显示设备防疲劳控制方法，通过分析判断用户眼部疲劳状态，进行报警提示或者执行按摩控制，可以有效防止长期使用容易引起头晕、损伤视力的问题，通过采集用户初始佩戴时的眼部特征信息作为标准数据，解决了眨眼频率和眨眼时长因人而异的问题，每个人都有各自的基准，使得疲劳判断更加合理化。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提出的头戴显示设备防疲劳控制方法的一种实施例流程简图；
图2是本发明所提出的头戴显示设备防疲劳控制方法的一种实施例流程图；
图3是本发明所提出的防疲劳头戴显示设备的一种实施例结构示意图；
图4是图3中局部结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
实施例一
本实施例提出了一种头戴显示设备防疲劳控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
采集眼部图像，根据所述眼部图像确定用户的眼部疲劳状态；
根据用户的眼部疲劳状态，判断所述用户的眼部疲劳等级；
根据所述眼部疲劳等级，进行相应的眼部疲劳处理。
当用户佩戴并且启动头戴显示设备时，嵌入到头戴显示设备上端的摄像头开启工作模式，周期性采集用户眼部图像的信息，通过对获得的眼部图像进行算法处理，判断出用户是否处于疲劳模式。当根据图像处理信息判断出用户眼睛处于疲劳状态时，则会对使用者进行警告或者执行按摩控制。
根据所述眼部图像确定用户的眼部疲劳状态，包括：
根据眼部图像，确定用户的当前眨眼频率及当前眨眼时长；
根据用户的当前眨眼频率和当前眨眼时长，确定用户的眼部疲劳状态。
当人处于起始疲劳状态时，眨眼频率会变少，而且眨眼时间会变长，当人明显感觉到眼睛疲劳时，会增加眨眼次数且眨眼时长变短，因此，本方法中主要通过对人眼眨动的频率以及眨眼时长与未疲劳状态的阈值比较法来进行疲劳检测。通过采集用户的眼部图像，进行相应的图像分析，可以得出每一帧图像中眼睛是睁眼状态还是闭眼状态，进而可以根据图像之间的时间间隔以及连续闭眼的时间得到用户的眨眼频率以及眨眼时长。
其中，根据用户的当前眨眼频率和当前眨眼时长确定所述用户的眼部疲劳状态，包括：
将当前眨眼频率与标准眨眼频率进行比对、将当前眨眼时长与标准眨眼时长进行比对；
根据比对结果确定所述用户的眼部疲劳状态。
为了避免因个体带来的差异性，不同人在正常状态下的眨眼频率及眨眼时长是不尽相同的，因此，本方法首先为每一个用户建立一组标准眨眼频率及标准眨眼时长数据，具体的方法为：用户在初始佩戴所述头戴显示设备的一定时间段内，周期性采集用户眼部图像，并对眼部图像处理分析，得出每一帧眼部图像中是睁眼状态还是闭眼状态，根据眼部图像之间的时间间隔以及连续闭眼的时间计算出用户该时间段内的平均眨眼频率L1和平均眨眼时长T1，并分别作为标准眨眼频率和标准眨眼时长进行存储，其中，L1、T1分别为正数。由于用户在初始佩戴所述头戴显示设备的一定时间内，其眼睛还未进入疲劳状态，此时采集的眨眼频率以及眨眼次数可以作为其正常的基准数据。
通过采集用户初始佩戴时的眼部特征信息作为标准数据，解决了眨眼频率和眨眼时长因人而异的问题，每个人都有各自的基准，使得疲劳判断更加合理化。
本实施例优选在步骤S1中，判断用户的眼部疲劳状态的方法为：用户在佩戴所述头戴显示设备期间，继续采集眼部图像，获取当前眨眼频率和当前眨眼时长，具体获取方法为：用户持续佩戴所述头戴显示设备满足设定时长后，继续采集眼部图像，获取用户的当前眨眼频率为L2，当前眨眼时长为T2；
眼部疲劳状态判定方法为：计算L=（L1-L2）/L1，T=(T1-T2)/T1，当L>α1且T<β1时或者L<α2且T>β2时，即判定为眼部疲劳状态，其他状态均为正常状态，其中，L2、T2分别为正数，其中，α1、β1为初始进入疲劳状态时的眨眼频率阈值和眨眼周期阈值，α2、β2为进入深度疲劳状态下的眨眼频率阈值和眨眼周期阈值，α1>0, β1<0，α2<0, β2>0。
由于人眼进入疲劳状态是由长时间不眨眼，眨眼频率低所导致，因此，在刚进入疲劳状态时，其眨眼频率低，相应眨眼周期长，随着疲劳状态的深入，当进入深度疲劳状态时，由于人体的非条件反射，大脑控制眼部肌肉收缩，导致频繁眨眼，相应眨眼频率高，眨眼周期短，因此，通过设置两组判断阈值，分别用于判断初始进入疲劳状态时和进入深度疲劳状态。本方案结合人体生理学依据，可以精确判断出疲劳状态的不同阶段，进而能够提供针对性的缓解疲劳方案，既不影响用户正常使用头戴显示设备，不降低用户体验效果，又能防止用户疲劳用眼对视力造成损害。
为了增加检测的准确度，引入眼部静脉检测的方法对深度疲劳进行检测，一般的，当用眼达到疲劳程度时，眼眶静脉内缺乏血流，引起静脉扩张，结合眨眼频率、眨眼时长以及眼部静脉血管之间的关联，越是疲劳，静脉扩张越严重，相应的眨眼频率越低、眨眼时长越长，因此，本方法优选将眼部疲劳进行等级划分，根据不同的疲劳程度执行不同的控制。也就是在步骤S2中还包括进一步将眼部疲劳进行等级划分的步骤，根据眼部疲劳等级进行报警提示或者执行按摩控制。
优选的，步骤S2中眼部疲劳等级至少划分为3级，划分方法为：
当L>α1且T<β1时，定义为1级疲劳，属于初始进入疲劳状态；
当L<α2且T>β2时，定义为2级疲劳，属于进入深度疲劳状态；
当L<α2且T>β2且检测到眼部静脉血管扩张时，定义为3级疲劳；
当判定为1级疲劳时，仅对用户进行报警提示即可；
当判定为2级或者2级以上疲劳时，控制马达震动，对用户眼部附近肌肉进行按摩。
当判定为2级或者2级以上疲劳时，随着级数的升高马达的震动频率增大。通过对疲劳进行划分等级，以便更好的控制按摩的程度，以及疲劳缓解后能够停止按摩。还可以根据个人的承受的能力，加入外部控制的模块，在预设的按摩频率的基础上增加或者减小频率，使其能够更好的缓解眼睛疲劳。
当判定为1级疲劳后同时开始计时，如果用户未在设定时间内中断使用所述头戴显示设备，则控制马达震动，对用户眼部附近肌肉进行按摩。
如图2所示，由于人眼进入疲劳状态的疲劳程度是一个逐渐变化的过程，当刚开始检测到眼睛疲劳状态时，疲劳程度一般为轻度，此时不会直接进行按摩处理，而是进行报警提示，可以提示用户进行自行休息，用户自行休息是最自然有效的眼部放松方式，当判定为1级疲劳后同时开始计时，如果用户未在设定时间内进行休息（通过判断是否中断使用该头戴显示设备得出是否进行休息的结论），还在继续使用头戴显示设备，则发送按摩指令，控制马达震动，对眼部进行按摩处理，达到缓解眼睛疲劳，减缓使用中头晕的问题。
实施例二
本实施例基于实施例一中的头戴显示设备防疲劳控制方法，提出了一种防疲劳头戴显示设备，如图3所示，包括本体11、头戴12以及设置于本体11内的控制模块（图中未示出），本体11上设置有两个显示镜片13，两个显示镜片13周围分别设置有胶套15，胶套15内侧设置有马达16，本体11上还设置有用于采集用户眼部图像的摄像头14，摄像头14和马达16分别与控制模块连接，防疲劳头戴显示设备的控制方法如下：
S1、摄像头14连续采集眼部图像，并发送给控制模块，控制模块对获得的眼部图像进行处理，判断出用户的眼部疲劳状态；
S2、根据用户的眼部疲劳状态，进行报警提示或者执行按摩控制。
当用户佩戴并且启动头戴显示设备时，嵌入到本体11上端的摄像头14开启工作模式，周期性采集用户眼部图像的信息，并发送到控制模块进行处理，控制模块通过对获得的眼部图像进行算法处理，判断出用户是否处于疲劳模式。当根据图像处理信息判断出用户眼睛处于疲劳状态时，则会对使用者进行报警提示或者执行按摩控制。
本防疲劳头戴显示设备的其他控制方法可以参见实施例一中所记载，在此不做赘述。
为了使用户眼部周围的肌肉得到充分放松，本实施例中优选每一个显示镜片周围设置有多个马达。
为了提高对眼部检测精确度，优选设置两个摄像头14，每一只眼睛对应一个摄像头，分别检测两只眼睛的图像信息并据此判断用户的眼部疲劳状态。
为了节省装配空间，如图3所示，摄像头14嵌入至胶套15中，胶套15上相应为其预留有透光孔。
当根据用户的眼部疲劳状态需要提醒用户进行休息时，为了方便提醒用户，本体11上还设置有与控制模块连接的蜂鸣器或者震动马达，用于进行报警提示。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集眼部图像，根据所述眼部图像确定用户的眼部疲劳状态；
根据用户的眼部疲劳状态，判断所述用户的眼部疲劳等级；
根据所述眼部疲劳等级，进行相应的眼部疲劳处理;
根据眼部图像确定用户的眼部疲劳状态，包括：
根据所述眼部图像，确定用户的当前眨眼频率及当前眨眼时长；
存储标准眨眼频率L1和标准眨眼时长T1；
获取当前眨眼频率和当前眨眼时长的方法为：用户持续佩戴所述头戴显示设备满足设定时长后，继续采集眼部图像，获取用户的当前眨眼频率为L2，当前眨眼时长为T2；
计算L=（L1-L2）/L1，T=(T1-T2)/T1，当L>α1且T<β1时，判断为进入疲劳状态，并对用户进行报警提示；
或者L<α2且T>β2时，即判定为眼部疲劳状态，其他状态均为正常状态，其中，L2、T2分别为正数，其中，α1、β1为初始进入疲劳状态时的眨眼频率阈值和眨眼周期阈值，α2、β2为进入深度疲劳状态下的眨眼频率阈值和眨眼周期阈值，α1>0, β1<0，α2<0, β2>0。
2.根据权利要求1所述的头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，根据眼部图像确定用户的眼部疲劳状态，还包括：
根据用户的当前眨眼频率和当前眨眼时长，确定用户的眼部疲劳状态。
3.根据权利要求2所述的头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，
根据用户的当前眨眼频率和当前眨眼时长确定所述用户的眼部疲劳状态，包括：
将所述当前眨眼频率与标准眨眼频率进行比对、将所述当前眨眼时长与标准眨眼时长进行比对；
根据比对结果确定所述用户的眼部疲劳状态。
4.根据权利要求2或3所述的头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，
确定标准眨眼频率和标准眨眼时长的方法为：用户在初始佩戴所述头戴显示设备的一定时间段内，周期性采集用户眼部图像，并对眼部图像处理分析，得出每一帧眼部图像中是睁眼状态还是闭眼状态，根据眼部图像之间的时间间隔以及连续闭眼的时间计算出用户该时间段内的平均眨眼频率L1和平均眨眼时长T1，并分别作为标准眨眼频率和标准眨眼时长进行存储，其中，L1、T1分别为正数。
5.根据权利要1所述的头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，步骤根据用户的眼部疲劳状态，判断所述用户的眼部疲劳等级中还包括进一步将眼部疲劳进行等级划分的步骤，根据眼部疲劳等级进行报警提示或者执行按摩控制。
6.根据权利要5所述的头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，步骤根据用户的眼部疲劳状态，判断所述用户的眼部疲劳等级中眼部疲劳等级至少划分为3级，划分方法为：
当L>α1且T<β1时，定义为1级疲劳；
当L<α2且T>β2时，定义为2级疲劳；
当L<α2且T>β2且检测到眼部静脉血管扩张时，定义为3级疲劳；
当判定为1级疲劳时，对用户进行报警提示；
当判定为2级或者2级以上疲劳时，控制马达震动，对用户眼部附近肌肉进行按摩。
7.根据权利要6所述的头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，当判定为2级或者2级以上疲劳时，随着级数的升高马达的震动频率增大。
8.根据权利要6所述的头戴显示设备防疲劳控制方法，其特征在于，当判定为1级疲劳后同时开始计时，如果用户未在设定时间内中断使用所述头戴显示设备，则控制马达震动，对用户眼部附近肌肉进行按摩。
9.一种防疲劳头戴显示设备，包括本体、头戴以及设置于所述本体内的控制模块，所述本体上设置有两个显示镜片，其特征在于，所述两个显示镜片周围分别设置有胶套，所述胶套内侧设置有马达，所述本体上还设置有用于采集用户眼部图像的摄像头，所述摄像头和所述马达分别与所述控制模块连接，所述防疲劳头戴显示设备采用如权利要求1-8任一项所述的防疲劳控制方法进行控制。
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