CN111048180B - 一种膳食摄入调查分析系统、方法和终端 - Google Patents
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Abstract
一种膳食摄入调查分析系统，主摄像头用于拍摄食物容器，获得食物容器的图像数据，第一辅助摄像头和第二辅助摄像头也用于拍摄所述食物容器，用于修正主摄像头获得的图像数据，所述处理器获得从主摄像头、第一辅助摄像头和第二辅助摄像头取得的图像数据；根据主摄像头的图像数据计算获得所述食物容器的尺寸大小，根据第一辅助摄像头和第二辅助摄像头的图像数据，对主摄像头数据进行修正后获得所述食物容器与主摄像头的距离；获得包含所述食物容器的实景图像后，生成AR图像投射至显示屏向用户显示，显示屏显示食物种类库，以及膳食摄入问题调查问题，用户在选择确认膳食摄入种类和数量的同时，完成膳食摄入调查过程。
Description
技术领域
本发明属于营养学研究技术领域，特别涉及一种膳食摄入调查分析系统、方法和终端。
背景技术
膳食因素对人类健康有至关重要的作用，而膳食摄入与营养素分析是此类研究必用的研究手段，但迄今为止国际、国内营养学研究中膳食测量工具多依赖调查问卷的形式，尚无统一的精确测量手段。问卷调查，包括食物频率问卷、单次或重复24小时回顾调查法、食物记录法或饮食日记法(可结合称重测量)等。膳食营养评估是一项复杂的任务，包括收集特定时间内消耗的食物、饮料信息，这些信息经过编码处理之后，以使用食物成分表计算能量、营养素和其他膳食成分的摄入量。现有的问卷调查一般无法实现大样本量人群的长期调查，使用较不方便，用户或受试者依从性不高、不易坚持。
以往为使得调查趋于准确，往往采用问卷结合具有食物体积、重量等测量数据以及测量标尺的图片联合进行回顾调查；问卷联合实物/模型、不同规格餐具的调查法。近来有研究采用图像识别法对食物拍照，自动估算部分食物体积并生成其他膳食方面估算数据。但此类方法迄今仍不能用于全部食物的精准定量，例如饮料与成分复杂的饮料，而人类的饮食具有多样性，仅将个别数据优化采集而不能将全部品种的膳食数据采集全面，其限制了调查质量与现阶段的应用价值。此外，尽管问卷调查的形式从最初的纸质版问卷，发展到现在可普及为手机软件、网络调查、云平台收集数据，但仍未解决测量精准化的问题，即不能保证收集的数据接近准确，而且不能即时给出评估。
发明内容
本发明实施例提供了一种膳食摄入调查分析系统，目的在于弥补现有膳食调查手段下的测量不精准，即由于用户调查过程中的回忆偏倚，不能反映其所食用食物的大小、食用量等问题。
本发明实施例之一，一种膳食摄入调查分析系统，该系统包括处理器、存储器、通信模块，以及显示屏、主摄像头、第一辅助摄像头和第二辅助摄像头。主摄像头用于拍摄食物容器，获得食物容器的图像数据。第一辅助摄像头和第二辅助摄像头也用于拍摄所述食物容器，用于修正主摄像头获得的图像数据。所述通信模块用于支持对近程或者远程外部设备的数据输出和输入。
所述处理器耦合到所述存储器，所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器执行以下操作：
获得从主摄像头、第一辅助摄像头和第二辅助摄像头取得的图像数据；
根据主摄像头的图像数据计算获得所述食物容器的尺寸大小，根据第一辅助摄像头和第二辅助摄像头的图像数据，对主摄像头数据进行修正后获得所述食物容器与主摄像头的距离；
获得包含所述食物容器的实景图像后，生成AR图像投射至显示屏向用户显示，
显示屏显示食物种类库，以及膳食摄入问题调查问题，用户在选择确认膳食摄入种类和数量的同时，完成膳食摄入调查过程。
将获得的用户膳食摄入数据，结合食物成分数据库，精准计算出用户每餐或每天的摄入总量及各类营养素摄入量，根据针对各类人群各类营养素的膳食推荐摄入量和膳食指南进行数据分析，将分析结果输出至显示屏显示，将用户膳食摄入情况及有针对性的营养建议即时反馈给用户。
本发明实施例有益效果包括：
客观、准确的描绘食物各维度的定量指标，使得用户选择下的食物，更接近于其在现实中摄入食物，并使其选择的食物包含接近现实食物中的各类营养相关数据。提高膳食调查的精准度，提高所采集的膳食信息、营养相关数据的准确性。
根据调查所得用户的食物摄入量及摄入频率，结合中国食物成分数据库，精准即时给出有针对性的营养建议。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1根据本发明实施例之一的膳食摄入调查分析系统结构示意图。
图2根据本发明实施例之一的膳食摄入图像数据修正原理示意图。
具体实施方式
根据一个或者多个实施例，如图1所示。采用增强现实技术(AR)进行膳食摄入调查与营养素分析，并在AR 1个主摄像头的基础上新增2个辅助摄像头，从而对膳食调查精准定量，精准呈现与现实中食物相同体积、结合符合采集数据当地食物情况的、或我国最新研究计算下的食物重量，从而精准呈现与现实相近各类食物相关数据，并将各种食物摄入量、能量、营养素摄入情况等营养数据即时反馈至用户。
AR设备系统组成包括：
―输入模块，由摄像头作为信号采集模块，1个主摄像头负责测量物品大小。
―用于环境理解的投影矩阵模块，包含GPS模块指南针和方向传感器。
―处理器模块，包含数据修正模块及虚实融合的处理器。
―通信模块，支持wifi和蓝牙，USB接口，支持外部设备的数据输入和输出。
―存储模块，存储AR设备及通信设备产生的数据。
2个辅助摄像头用于修正AR主摄像头实测物体距离，可以通过图1所示的操作区域调整辅助摄像头位置，通过处理器对AR主摄像头扫入物品进行数据修正，从而实现现实物品的精确测量。修正原理如图2所示。
在膳食摄入分析方面，将AR设备中所生成的摄入饮食数据，通信设备(wifi或者蓝牙)传输至计算机或者其他外设，结合中国食物成分数据库，精准计算出用户每餐或每天的摄入总量及各类营养素摄入量，并且参照我国最新的针对各类人群各类营养素的膳食推荐摄入量和中国居民膳食指南，最后将分析结果输出至AR仪器中，将用户膳食摄入情况及有针对性的营养建议即时反馈给用户。
膳食摄入分析具体原理及计算过程是，
根据年龄、性别、身体质量指数(BMI)、体力活动水平、健康状况等特征，将用户分为1)普通人群即18-60岁健康成人；2)特殊人群：包括乳母、孕妇、婴幼儿、学龄前儿童、学龄儿童、青少年、老年及其他人群(如运动员、病人、特殊环境人群等)；
将AR设备生成的用户膳食摄入饮食数据，参照中国食物成分数据库，自动代入设备内置的营养计算器，可得出用户每餐或每日营养素摄入种类、摄入量及比例，再自动将其代入营养计算器，根据用户的人群分类，参照中国居民膳食营养素参考摄入量和中国居民膳食指南，即可得出该用户膳食摄入情况，以评判用户是否为合理膳食，即评判每日营养素摄入种类、摄入量及比例是否合理，从而给出相应的营养建议。
例如能量摄入情况，将AR设备生成的用户膳食摄入饮食数据，参照中国食物成分数据库，自动代入设备内置的营养计算器(计算过程：∑用户食物摄入品种*该品种食物各产能营养素比例＝各产能营养素摄入量)，可得出用户每餐或每日各产能营养素(即碳水化合物、脂类、蛋白质)摄入量及比例，再自动将其代入营养计算器(计算过程：∑各产能营养素摄入量*其相应能量系数＝能量摄入量)，根据用户性别、年龄、基础代谢水平、体力活动水平等，可评判用户能量总摄入量、各产能营养素提供的能量比例、各餐提供的能量比例是否合理，并给出相应能量摄入方面的营养建议。
根据一个或者多个实施例，一种膳食摄入调查分析方法，
首先，增强现实相关：首次采用AR引擎技术，并在此基础上进行创新。此发明涉及1个主摄像头和2个辅助摄像头，用于现实物品的精确测量；主摄像头主要测量物品大小，辅助摄像头用于修正主摄像头实测物体距离。如图1所示。
进一步，此AR设备的2个辅助摄像头可以通过图1中操作区域调整辅助摄像头位置，通过处理器对AR主摄像头扫入物品进行数据修正。该步骤，作为本设备AR场景理解的方法，采用辅助修正方式，对主摄像头产生的信号数据进行修正。具体原理如图2所示。
本发明实施例采用增强现实技术(AR)，替代传统依赖于文字、医生面对面询问形式的问卷调查，利用增强现实技术精准呈现与现实中食物相同体积、结合符合采集数据当地食物情况的、或我国最新研究计算下的食物重量，精准呈现与现实相近各类食物相关数据，在场景调查情节中，采用人机互动的方式，由受试者选择、添加符合其每餐膳食摄入量、摄入体积的食物。利用以上数据收集思路采集我国膳食普遍摄入的多种食物摄入数据，将数据进行计算和分析后，将各种食物摄入量、能量、营养素摄入情况等营养数据及营养建议反馈至用户。
根据一个或者多个实施例，一种膳食摄入调查分析系统，该系统包括处理器、存储器、通信模块，以及显示屏、主摄像头、第一辅助摄像头和第二辅助摄像头，其中，
主摄像头用于拍摄食物容器，获得食物容器的图像数据，
第一辅助摄像头和第二辅助摄像头也用于拍摄所述食物容器，用于修正主摄像头获得的图像数据，
所述通信模块用于支持对近程或者远程外部设备的数据输出和输入，
所述处理器耦合到所述存储器，所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器执行以下操作：
获得从主摄像头、第一辅助摄像头和第二辅助摄像头取得的图像数据；
根据主摄像头的图像数据计算获得所述食物容器的尺寸大小，根据第一辅助摄像头和第二辅助摄像头的图像数据，对主摄像头数据进行修正后获得所述食物容器与主摄像头的距离；
获得包含所述食物容器的实景图像后，生成AR图像投射至显示屏向用户显示，
显示屏显示食物种类库，以及膳食摄入问题调查问题，用户在选择确认膳食摄入种类和数量的同时，完成膳食摄入调查过程。显示屏显示的调查菜单功能包括：
功能一：输入食物库功能，用户可新增，删除，修改食物库内容，热量等基本属性；
功能二：用户通过扫描现实生活中的一个平面，生成一个AR场景，其场景中会显示一个餐盘，用于盛放所摄入食物；
功能三：用户可通过辅助摄像头，扫描盘子，生成与实际物品相同大小的餐盘；
功能四：生成场景后，支持用户选择所食用物品功能，即在显示屏上会出现一系列问题，让用户选择是否食用该物品，食用过，则询问食用物品大小，用户选择完成，在场景盘子内显示所食用的食物。待所有问题选择完成后，将所选择数据传输至外设；
功能五：外设根据所产生的数据，进行分析--------专业医学膳食摄入分析方法；
功能六：分析结果传输回AR仪器后，对可能出现的问题或者医学行为，呈现给用户(AR场景效果)；
功能七：额外扩展功能，根据AR仪器呈现结果，通过添加智能机器人，给出推荐解决方案或者治疗方案。
根据一个或者多个实施例，一种膳食摄入调查分析系统，通信模块将通过AR设备获得的膳食摄入数据传送至所述云端服务器。云端服务器具有云端存储器；以及耦合到所述云端存储器的云端处理器，该云端处理器被配置为执行存储在所述云端存储器中的指令，所述云端处理器执行以下操作：
将获得的用户膳食摄入数据，结合食物成分数据库，精准计算出用户每餐或每天的摄入总量及各类营养素摄入量，根据针对各类人群各类营养素的膳食推荐摄入量和膳食指南进行数据分析，将分析结果输出至显示屏显示，将用户膳食摄入情况及有针对性的营养建议即时反馈给用户。
同时，一种膳食摄入调查分析用户终端，向云端服务器发出数据分析服务请求，所述云端服务器将用户膳食摄入情况及有针对性的营养建议即时反馈给用户终端。
由于采用增强现实技术进行膳食摄入调查与营养素分析，并在增强现实技术基础上进行创新，可较客观、准确的描绘食物各维度的定量指标，使得用户选择下的食物，更接近于其在现实中摄入食物，并使其选择的食物包含接近现实食物中的各类营养相关数据。本发明与往各类调查手段相比，更有助于提高膳食调查的精准度，且不受场地场合限制，有助于提高所采集的膳食信息、营养相关数据的准确性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种膳食摄入调查分析系统，该系统包括处理器、存储器、通信模块，以及显示屏、AR主摄像头、第一辅助摄像头和第二辅助摄像头，其中，
AR主摄像头用于拍摄食物容器， 获得包含所述食物容器的实景图像后，生成AR图像投射至显示屏向用户显示，第一辅助摄像头和第二辅助摄像头也用于拍摄所述食物容器，用于修正AR主摄像头获得的图像数据，
显示屏显示食物种类库，以及膳食摄入问题调查问题，用户在选择确认膳食摄入种类和数量的同时，完成膳食摄入调查过程，该调查过程包括以下步骤：
新增、删除、修改食物库，设置食物热量基本属性；
通过扫描现实生活中的一个平面，生成一个AR场景，其场景中包括一个餐盘，用于盛放所摄入食物；
通过辅助摄像头，扫描盘子，生成与实际物品相同大小的餐盘；
生成场景后，支持用户选择所食用食物，在显示屏上会出现一系列问题，包括让用户选择是否食用该物品，食用过则询问食用物品大小，
用户选择完成，在场景盘子内显示所食用的食物，
待所有问题选择完成后，将所选择数据传输至外设；
根据所产生的数据，进行专业的医学膳食摄入分析；
分析结果传输回AR系统后，对可能出现的问题或者医学行为，呈现给用户；
根据AR系统呈现结果，给出推荐解决方案或者治疗方案；
其中，对于膳食摄入分析过程包括，
将获得的用户膳食摄入数据，结合食物成分数据库，自动输入营养计算器，精准计算出用户每餐或每天的摄入总量及各类营养素摄入量，根据针对各类人群各类营养素的膳食推荐摄入量和膳食指南进行数据分析，将分析结果输出至显示屏显示，将用户膳食摄入情况、膳食数据分析结果及有针对性的营养建议发送至用户移动终端，即，
根据年龄、性别、身体质量指数（BMI）、体力活动水平、健康状况等特征，将用户分为：
1)普通人群即18-60岁健康成人 ；
2）特殊人群：包括乳母、孕妇、婴幼儿、学龄前儿童、学龄儿童、青少年、老年及其他人群，
所述系统包括营养计算器，参照食物成分数据库，计算过程包括：
用户食物摄入品种*该品种食物各产能营养素比例=各产能营养素摄入量，得出用户每餐或每日各产能营养素摄入量及比例，产能营养素包括碳水化合物、脂类、蛋白质；
各产能营养素摄入量*其相应能量系数=能量摄入量，根据用户性别、年龄、基础代谢水平、体力活动水平，评判用户能量总摄入量、各产能营养素提供的能量比例、各餐提供的能量比例是否合理，并给出相应能量摄入方面的营养建议，
其中，
所述通信模块用于支持对近程或者远程外部设备的数据输出和输入，
当处理器获得从AR主摄像头、第一辅助摄像头和第二辅助摄像头取得的图像数据；根据AR主摄像头的图像数据计算获得所述食物容器的尺寸大小，根据第一辅助摄像头和第二辅助摄像头的图像数据，对AR主摄像头数据进行修正后获得所述食物容器与AR主摄像头的距离。
2.根据权利要求1所述的膳食摄入调查分析系统，其特征在于，还包括位于云端的服务器，通信模块将获得的膳食摄入数据传送至所述云端服务器，
云端服务器具有云端存储器；以及
耦合到所述云端存储器的云端处理器，该云端处理器被配置为执行存储在所述云端存储器中的指令，所述云端处理器执行以下操作：
将获得的用户膳食摄入数据，结合食物成分数据库，精准计算出用户每餐或每天的摄入总量及各类营养素摄入量，根据针对各类人群各类营养素的膳食推荐摄入量和膳食指南进行数据分析，将分析结果输出至显示屏显示，将用户膳食摄入情况及有针对性的营养建议即时反馈给用户。
3.一种膳食摄入调查分析用户终端，其特征在于，该用户终端向如权利要求2所述的云端服务器发出数据分析服务请求，所述云端服务器的处理器进行以下操作：
将获得的用户膳食摄入数据，结合食物成分数据库，精准计算出用户每餐或每天的摄入总量及各类营养素摄入量，根据针对各类人群各类营养素的膳食推荐摄入量和膳食指南进行数据分析，将分析结果输出至显示屏显示，将用户膳食摄入情况及针对性的营养建议即时反馈给用户终端。
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