CN111759212A - 一种智能马桶座圈控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高精度的智能马桶座圈控制方法，所述方法包括：步骤一，实时检测使用者与预定位置之间的实际距离矩阵；步骤二，将步骤一得到的实际距离矩阵转化为使用者相对于预定参考面的水平距离矩阵；步骤三，若检测到使用者位于预设触发区域内，执行步骤四；步骤四，将步骤二得到的水平距离矩阵与相对于所述预定参考面提前标定的标准距离矩阵数据进行比对分析，所述标准距离数据包括使用者面对马桶、使用者背对马桶和使用者侧对马桶的标准距离矩阵；步骤五，基于比对分析结果对马桶座圈执行相应控制操作。本发明所述智能马桶座圈控制方法提高了马桶座圈的感应控制精度，促进了智能化马桶的广泛推广应用。

Description

一种智能马桶座圈控制方法

技术领域

本发明涉及智能马桶领域，具体涉及智能马桶座圈控制技术领域，更具体的涉及一种基于水平距离转化的高精度的智能马桶座圈控制方法。

背景技术

现有技术中，智能马桶的智能控制多涉及马桶自动冲水，采用的技术通常都是基于红外传感器、压力传感器等对人体接触马桶时产生的传感信号进行相应的控制；现有技术中也有基于人体手势进行马桶智能控制的方案；但是现有技术中的这些马桶智能控制方案基本都是基于传统的传感信号检测方式进行控制的，有的虽然使用了TOF传感器，但也仅仅是利用TOF传感检测原理得到人体的距离位置信息进行相关控制的，这种单纯的距离感应控制精度较低，经常容易出现错误的感应控制，随着智能化水平的发展，人们对智能家电的控制精度要求越来越高，尤其是智能马桶，对于其马桶盖及座圈的控制精度更是有着较高的要求，传统的仅依赖于TOF传感测距以及红外反射感应控制无法实现对智能马桶中马桶盖及其座圈的精准控制。

发明内容

本发明基于现有技术问题，创新的提出一种全新的基于水平距离转化的高精度智能马桶座圈控制方法，将光学检测所得实际距离信息转换为对应水平距离特征信息来进行马桶座圈的开闭智能化控制，大大提高了马桶座圈的感应控制精度，促进了智能化马桶的广泛推广应用。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种智能马桶座圈控制方法，包括以下步骤：

步骤一，实时检测使用者与预定位置之间的实际距离矩阵；

步骤二，将步骤一得到的实际距离矩阵转化为使用者相对于预定参考面的水平距离矩阵；

步骤三，基于所述水平距离矩阵判定使用者是否处于预设的马桶智能控制触发区域内，若是则执行步骤四；

步骤四，将步骤二得到的水平距离矩阵与相对于所述预定参考面提前标定的标准距离数据进行比对分析，所述标准距离数据包括使用者面对马桶的标准距离矩阵、使用者背对马桶的标准距离矩阵和使用者侧对马桶的标准距离矩阵；

步骤五，基于比对分析结果对马桶座圈执行如下控制操作：

(1)若所述水平距离矩阵与标准距离数据中的使用者面对马桶的标准距离矩阵相匹配，则控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈收起；

(2)若所述水平距离矩阵与标准距离数据中的使用者背对马桶的标准距离矩阵相匹配，则控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈落下；

(3)若所述水平距离矩阵与标准距离数据中的使用者侧对马桶的标准距离矩阵相匹配，则控制马桶上盖和马桶座圈维持原状。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中步骤一具体包括以下步骤：

(1)将光发射器和光学成像镜头安装于马桶背侧墙面，面向马桶正前方且保证不会被马桶自身阻挡；

(2)通过调制器向光发射器产生调制信号，由光发射器向外发射经调制的检测光束；

(3)光发射器发射的检测光束遇到使用者时，经使用者身体各部位反射向光学成像镜头；

(4)位于光学成像镜头后侧的感光探测器点阵通过光学成像镜头接收反射光束，并通过反射光束和发射光束之间的相位差和调制周期，基于公式

计算得到反射光束的使用者反光部位与接收该反射光束的感光探测器点阵中对应感光探测像素点之间的实际距离，基于该实际距离形成所述使用者与预定位置之间的实际距离矩阵。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中步骤二具体包括以下步骤：

(1)将所述预定参考面选择为感光探测器点阵所在平面，并在所述预定参考面上建立平面坐标系，其中坐标原点为穿过光学成像镜头光学中心的法线与预定参考面的交点，坐标原点与光学中心之间的距离记为O`F；

(2)将反射光束的使用者反光部位与接收该反射光束的感光探测器点阵中对应感光探测像素点之间的实际距离通过如下公式转化为该使用者反光部位与所述预定参考面之间的水平距离：

其中，QQ`为反射光束的使用者反光部位与接收该反射光束的感光探测器点阵中对应感光探测像素点之间的实际距离，(x`，y`)为该对应感光探测像素点在预定参考面的平面坐标系中的位置坐标。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中步骤四具体包括以下步骤：

(1)在人体正常使用马桶状态下，提前标定人体正面特征点相对于所述预定参考面的水平距离矩阵，作为使用者面对马桶的标准距离矩阵；在人体正常使用马桶状态下，提前标定人体背面特征点相对于所述预定参考面的水平距离矩阵，作为使用者背对马桶的标准距离矩阵；在人体正常使用马桶状态下，提前标定人体侧面特征点相对于所述预定参考面的水平距离矩阵，作为使用者侧对马桶的标准距离矩阵；

(2)将转化得到的使用者反光部位与所述预定参考面之间的水平距离矩阵和所述标准距离矩阵进行比对，判定两者之间是否满足预设匹配条件。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中所述人体正面特征点包括人体脸部鼻子、嘴巴、下巴和/或脖子；人体背面特征点包括人体头部背面、和/或人体颈部背面；所述人体侧面特征点包括人体肩部、胳膊、和/或手部。

一种智能马桶座圈控制方法，所述智能马桶座圈控制方法基于智能马桶座圈控制系统进行，所述智能马桶座圈控制系统包括：距离检测计算单元、特征识别处理单元和座圈驱动控制单元，所述距离检测计算单元连接于所述特征识别处理单元，所述特征识别处理单元连接于所述座圈驱动控制单元；所述智能马桶座圈控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、通过所述距离检测计算单元检测计算使用者与距离检测计算单元之间的实际距离信息，并将其传输给特征识别处理单元；

步骤二、所述特征识别处理单元将使用者与距离检测计算单元之间的实际距离信息转化为使用者相对于距离检测计算单元中预设参考平面的水平距离信息；

步骤三、所述特征识别处理单元中设置有智能控制触发阈值距离范围，所述特征识别处理单元通过所述水平距离信息判定使用者位于所述智能控制触发阈值距离范围之内时，执行步骤四；

步骤四、所述特征识别处理单元通过所述水平距离信息来提取得到使用者实际特征信息；所述特征识别处理单元将提取得到的所述使用者实际特征信息与预存的标准特征信息进行比对分析；所述特征识别处理单元经过比对分析，若所述使用者实际特征信息与预存的某一标准特征信息满足预设匹配条件时，生成与该标准特征信息对应的驱动控制信号，所述标准特征信息包括提前标定好的使用者正常使用马桶时的各种特征信息；

步骤五、所述特征识别处理单元基于比对分析结果生成对马桶座圈的驱动控制信号并输出给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元对马桶座圈实施相应的驱动控制。

进一步的本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中所述距离检测计算单元包括光发射器、调制器、光学成像镜头、感光探测器点阵、控制器和距离计算器，所述控制器连接于所述调制器和感光探测器点阵，所述调制器连接于所述光发射器和感光探测器点阵，所述光发射器用于发射经调制的检测光束，所述检测光束经作为使用者的被测物反射后入射至光学成像镜头，经光学成像镜头整形后输入至感光探测器点阵，所述感光探测器点阵设置于光学成像镜头正后方并连接于距离计算器，所述距离计算器基于感光探测器点阵接收的反射光束信息计算得到被测物与感光探测器点阵之间的实际距离信息，并将该实际距离信息连同感光探测器点阵固有信息传输给控制器，再由控制器将相关信息传输给特征识别处理单元；进一步的其中所述感光探测器点阵具有多个呈矩阵阵列形式排列的感光探测像素点，每一个感光探测像素点作为一个独立的感光探测器元件，所述光发射器发射的调制检测光束被被测物表面多点反射后分别入射到感光探测器点阵的对应感光探测像素点上，感光探测器点阵的每一个感光探测像素点接收来自被测物表面一个对应反射点的反射光束，所述距离计算器计算得到的实际距离信息为对应于被测物各反射点位置的实际距离矩阵，所述特征识别处理单元转化实际距离信息所得到的水平距离信息为对应于感光探测器点阵的各感光探测像素点位置的水平距离矩阵；所述特征识别处理单元包括距离转化器、特征比对处理器、通信接口模块、标准特征存储器和输出模块，所述通信接口模块连接于距离检测计算单元的控制器，所述距离转化器连接于通信接口模块，所述特征比对处理器连接于所述距离转化器，所述标准特征存储器连接于所述特征比对处理器，所述输出模块连接于所述特征比对处理器；所述距离转化器将使用者与感光探测器点阵之间的实际距离矩阵转化为使用者相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离矩阵，并传输给特征比对处理器；所述特征比对处理器中设置有智能控制触发阈值距离范围，所述特征比对处理器根据所述水平距离矩阵与所述智能控制触发阈值距离范围之间的关系判定使用者是否处于马桶的智能控制触发范围之内，若是则所述特征比对处理器基于所述水平距离矩阵得到使用者实际特征信息，并将所述使用者实际特征信息与标准特征存储器中预存的标准特征信息进行的匹配性比对，若匹配程度达到预定水平时，由所述特征比对处理器生成与该标准特征信息对应的驱动控制信号，并通过输出模块传输给座圈驱动控制单元。

进一步的本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中所述光发射器发射的经调制的检测光束为正弦波、脉冲波或其它周期性调制波，所述距离计算器基于如下公式计算被测物某反射点与感光探测器点阵对应感光探测像素点之间的实际距离：

其中：c为光速，T为调制波周期，

为该对应感光探测像素点接收到的反射光束与光发射器发射的对应检测光束之间的相位差；

所述距离转化器具体通过以下方式将实际距离矩阵转化为水平距离矩阵：

首先，所述距离转化器将被测物表面每个反射点与对应感光探测像素点之间的实测距离按照如下公式转换为该被测物表面反射点相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离：

其中，QQ`为被测物表面反射点与对应感光探测像素点之间的实测距离，由距离检测计算单元中的距离计算器计算得到；(x`，y`)为对应感光探测像素点在感光探测器点阵平面坐标体系内的位置坐标；O`F为光学成像镜头的光学中心与感光探测器点阵平面坐标体系中坐标原点之间的距离；d为被测物表面反射点相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离；

其中，感光探测器点阵平面坐标体系是指：以穿过光学成像镜头光学中心的、垂直于感光探测器点阵所在平面的直线与感光探测器点阵所在平面的交点作为坐标原点，在感光探测器点阵所在平面内建立的坐标体系，每一个感光探测像素点在感光探测器点阵平面坐标体系内的位置坐标以及光学成像镜头的光学中心与坐标原点之间的距离属于已知量；

其次，所述距离转化器将转换得到的各水平距离与其对应感光探测像素点的位置相关联形成所述水平距离矩阵。

进一步的本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中所述特征比对处理器基于所述水平距离矩阵得到使用者实际特征信息，具体方式如下：所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体正面曲线的特征数据来得到使用者面对马桶的实际特征信息；所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体背面曲线的特征数据来得到使用者背对马桶的实际特征信息；所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体侧面曲线的特征数据来得到使用者侧对马桶的实际特征信息；其中人体正面曲线的特征数据包括对应于人体脸部鼻子、嘴巴和下巴轮廓曲线的特征数据，人体背面曲线的特征数据包括对应于人体头部背面轮廓曲线的特征数据、和/或对应于人体颈部背面轮廓曲线的特征数据，人体侧面曲线的特征数据包括人体肩部、胳膊、手部轮廓曲线的特征数据；所述标准特征信息包括提前标定好的使用者面对马桶的标准特征信息、使用者背对马桶的标准特征信息和使用者侧对马桶的标准特征信息；所述使用者面对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体正面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到；所述使用者背对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体背面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到；所述使用者侧对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体侧面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到。

进一步的本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中所述特征比对处理器经过匹配比对分析，若处理得到的使用者面对马桶的实际特征信息与预存的使用者面对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈收起控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈收起控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈收起；若处理得到的使用者背对马桶的实际特征信息与预存的使用者背对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈落下控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈落下控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈落下；若处理得到的使用者侧对马桶的实际特征信息与预存的使用者侧对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈维持控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈维持控制信号控制马桶上盖和马桶座圈维持原状态。

进一步的本发明所述的智能马桶座圈控制方法，其中所述智能马桶座圈控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、将所述光发射器和光学成像镜头安装于马桶背侧墙面，面向马桶正前方且保证不会被马桶自身阻挡；

步骤二、由调制器向光发射器产生调制信号，由光发射器向外发射经调制的检测光束；

步骤三、光发射器发射的检测光束遇到使用者时，被使用者反射向光学成像镜头；

步骤四、位于光学成像镜头后侧的感光探测器点阵通过光学成像镜头接收反射光束，并由距离计算器通过反射光束和发射光束的相位差和调制周期，基于公式

计算得到使用者与感光探测器点阵的实际距离数据；

步骤五、距离计算器将计算得到的实际距离数据和感光探测器点阵相关信息传输给距离转化器；

步骤六、距离转化器将接收到的使用者与感光探测器点阵的实际距离数据基于公式

转化为使用者相对于感光探测器点阵平面的水平距离数据，并将其传输给特征比对处理器，其中QQ`为使用者与感光探测器点阵的实际距离数据，(x`，y`)和O`F为感光探测器点阵中的已知参数；

步骤七、由特征比对处理器基于所述水平距离数据判定使用者是否处于马桶的智能控制触发区域范围之内，若是则执行步骤八；

步骤八、所述特征比对处理器将所述水平距离数据与标准特征存储器中存储的标准特征数据进行比对，并基于对比结果生成对座圈驱动控制单元的对应控制信号，其中标准特征存储器中存储的标准特征数据包括：提前标定好的正常使用马桶状态下人体正面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据、提前标定好的正常使用马桶状态下人体背面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据、提前标定好的正常使用马桶状态下人体侧面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据；

步骤九、特征比对处理器基于比对分析结果对马桶座圈执行如下控制操作：

(1)若所述水平距离数据与标准特征数据中的人体正面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据相匹配，则由特征比对处理器生成马桶座圈收起控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，由所述马桶主控板基于所述控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈收起；

(2)若所述水平距离数据与标准特征数据中的人体背面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据相匹配，则由特征比对处理器生成马桶座圈落下控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，由所述马桶主控板基于所述控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈落下；

(3)若所述水平距离数据与标准特征数据中的人体侧面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据相匹配，则由特征比对处理器生成马桶座圈维持控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，由所述马桶主控板基于所述控制信号控制马桶上盖和马桶座圈维持原状。

更进一步的，为使本发明的技术方案能够获得更加全面的保护，本发明进一步提出一种智能马桶座圈控制系统，包括：距离检测计算单元、特征识别处理单元和座圈驱动控制单元，所述距离检测计算单元连接于所述特征识别处理单元，所述特征识别处理单元连接于所述座圈驱动控制单元；所述距离检测计算单元实时检测计算得到使用者与距离检测计算单元之间的实际距离信息，并将其传输给特征识别处理单元；所述特征识别处理单元将上述实际距离信息转化为水平距离信息，并通过水平距离信息判定使用者处于马桶的智能控制触发范围之内时，通过使用者与距离检测计算单元之间的水平距离信息提取使用者实际特征信息，并将提取得到的使用者实际特征信息与预存的标准特征信息进行比对分析，基于比对分析结果生成对马桶座圈的驱动控制信号并输出给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元对马桶座圈实施相应的驱动控制。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述特征识别处理单元将使用者与距离检测计算单元之间的实际距离信息转化为使用者相对于距离检测计算单元中预设参考平面的水平距离信息；所述特征识别处理单元中设置有智能控制触发阈值距离范围，所述特征识别处理单元通过所述水平距离信息判定使用者位于所述智能控制触发阈值距离范围之内时，则通过所述水平距离信息来提取得到使用者实际特征信息；所述特征识别处理单元将提取得到的所述使用者实际特征信息与预存的标准特征信息进行比对分析；所述特征识别处理单元经过比对分析，若所述使用者实际特征信息与预存的某一标准特征信息满足预设匹配条件时，生成与该标准特征信息对应的驱动控制信号，所述标准特征信息包括提前标定好的使用者正常使用马桶时的各种特征信息。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述距离检测计算单元包括光发射器、调制器、光学成像镜头、感光探测器点阵、控制器和距离计算器，所述控制器连接于所述调制器和感光探测器点阵，所述调制器连接于所述光发射器和感光探测器点阵，所述光发射器用于发射经调制的检测光束，所述检测光束经作为使用者的被测物反射后入射至光学成像镜头，经光学成像镜头整形后输入至感光探测器点阵，所述感光探测器点阵设置于光学成像镜头正后方并连接于距离计算器，所述距离计算器基于感光探测器点阵接收的反射光束信息计算得到被测物与感光探测器点阵之间的距离信息，该距离信息作为所述实际距离信息，并将该实际距离信息连同感光探测器点阵固有信息传输给控制器，再由控制器将相关信息传输给特征识别处理单元。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述感光探测器点阵具有多个呈矩阵阵列形式排列的感光探测像素点，每一个感光探测像素点作为一个独立的感光探测器元件，所述光发射器发射的调制检测光束被被测物表面多点反射后分别入射到感光探测器点阵的对应感光探测像素点上，感光探测器点阵的每一个感光探测像素点接收来自被测物表面一个对应反射点的反射光束，所述距离计算器计算得到的实际距离信息为对应于被测物各反射点位置的实际距离矩阵，所述特征识别处理单元转化实际距离信息所得到的水平距离信息为对应于感光探测器点阵的各感光探测像素点位置的水平距离矩阵。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述光发射器发射的经调制的检测光束为正弦波、脉冲波或其它周期性调制波，所述距离计算器基于如下公式计算被测物某反射点与感光探测器点阵对应感光探测像素点之间的实际距离：

其中：c为光速，T为光波调制周期，

为该对应感光探测像素点接收到的反射光束与光发射器发射的对应检测光束之间的相位差。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述特征识别处理单元包括距离转化器、特征比对处理器、通信接口模块、标准特征存储器和输出模块，所述通信接口模块连接于距离检测计算单元的控制器，所述距离转化器连接于通信接口模块，所述特征比对处理器连接于所述距离转化器，所述标准特征存储器连接于所述特征比对处理器，所述输出模块连接于所述特征比对处理器；所述距离转化器接收到所述距离计算器计算的使用者与感光探测器点阵之间的实际距离矩阵后，将所述实际距离矩阵转化为使用者相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离矩阵并传输给特征比对处理器；所述特征比对处理器中设置有智能控制触发阈值距离范围，所述特征比对处理器根据所述水平距离矩阵与所述智能控制触发阈值距离范围之间的关系判定使用者是否处于马桶的智能控制触发范围之内，若是则所述特征比对处理器基于所述水平距离矩阵得到使用者实际特征信息，并将所述使用者实际特征信息与标准特征存储器中预存的标准特征信息进行的匹配性比对，若匹配程度达到预定水平时，由所述特征比对处理器生成与该标准特征信息对应的驱动控制信号，并通过输出模块传输给座圈驱动控制单元。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述距离转化器通过以下方式将实际距离矩阵转化为水平距离矩阵：

首先，所述距离转化器将被测物表面每个反射点与对应感光探测像素点之间的实测距离按照如下公式转换为该被测物表面反射点相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离：

其中，QQ`为被测物表面反射点与对应感光探测像素点之间的实测距离，由距离检测计算单元中的距离计算器计算得到；(x`，y`)为对应感光探测像素点在感光探测器点阵平面坐标体系内的位置坐标；O`F为光学成像镜头的光学中心与感光探测器点阵平面坐标体系中坐标原点之间的距离；d为被测物表面反射点相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离；

其中，感光探测器点阵平面坐标体系是指：以穿过光学成像镜头光学中心的、垂直于感光探测器点阵所在平面的直线与感光探测器点阵所在平面的交点作为坐标原点，在感光探测器点阵所在平面内建立的坐标体系，每一个感光探测像素点在感光探测器点阵平面坐标体系内的位置坐标以及光学成像镜头的光学中心与坐标原点之间的距离属于已知量；

其次，所述距离转化器将转换得到的各水平距离与其对应感光探测像素点的位置相关联形成所述水平距离矩阵。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述特征比对处理器基于所述水平距离矩阵得到使用者实际特征信息，具体方式如下：所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体正面曲线的特征数据来得到使用者面对马桶的实际特征信息；所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体背面曲线的特征数据来得到使用者背对马桶的实际特征信息；所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体侧面曲线的特征数据来得到使用者侧对马桶的实际特征信息；其中人体正面曲线的特征数据包括对应于人体脸部鼻子、嘴巴和下巴轮廓曲线的特征数据，人体背面曲线的特征数据包括对应于人体头部背面轮廓曲线的特征数据、和/或对应于人体颈部背面轮廓曲线的特征数据，人体侧面曲线的特征数据包括人体肩部、胳膊、手部轮廓曲线的特征数据；所述标准特征信息包括提前标定好的使用者面对马桶的标准特征信息、使用者背对马桶的标准特征信息和使用者侧对马桶的标准特征信息；所述使用者面对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体正面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到；所述使用者背对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体背面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到；所述使用者侧对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体侧面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到。

进一步的根据本发明所述的智能马桶座圈控制系统，其中所述特征比对处理器经过匹配比对分析，若处理得到的使用者面对马桶的实际特征信息与预存的使用者面对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈收起控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈收起控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈收起；若处理得到的使用者背对马桶的实际特征信息与预存的使用者背对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈落下控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈落下控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈落下；若处理得到的使用者侧对马桶的实际特征信息与预存的使用者侧对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈维持控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈维持控制信号控制马桶上盖和马桶座圈维持原状态。

本发明的技术方案至少具有以下技术创新特色和技术效果：

1)、本发明基于TOF传感器精确测量被测区域内被测对象与TOF传感器的距离信息，并将感测的实际距离信息转换为被测区域内被测对象对应的水平距离特征信息，基于水平距离特征信息与标准特征信息的比对来精确控制马桶座圈的起落，首次实现了区分男性小便和男性大便、女性大小便需求的马桶座圈精确控制。

2)、本发明所述控制技术除可应用于对马桶座圈的精准智能化控制，还可应用于智能马桶其他使用控制，具有广阔的推广应用前景。

附图说明

附图1为本发明所述智能马桶座圈控制系统的组成结构框图；

附图2为本发明所述智能马桶座圈控制系统中距离检测计算单元的光束发射与反射探测的光路结构示意图；

附图3为被测人体的被测点与感光探测器点阵的实测距离示意图；

附图4为附图3所示实测距离转化为水平距离的示意图；

附图5为被测空间的被测点与感光探测器点阵中的感光探测像素点之间的光路对应结构示意图；

附图6为将被测空间被测点与感光探测像素点之间的实测距离转化为被测空间被测点与感光探测器点阵平面之间的水平距离的距离转化结构示意图；

附图7为反映人体正面特征曲线和人体背面特征曲线的水平距离特征数据分布规律示意图；

附图8为本发明所述智能马桶座圈控制系统的安装位置及触发阈值距离或角度示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

首先如附图1所示，本发明所述的智能马桶座圈控制系统整体包括距离检测计算单元、特征识别处理单元和座圈驱动控制单元，所述的距离检测计算单元安装于马桶水箱后侧墙面位置，如附图8所示，面向马桶正前方发射和接收信号，并不会被马桶盖挡住。所述距离检测计算单元实时检测使用者与预定位置的距离，具体是使用者与马桶的距离检测计算单元之间的距离，所述距离为对应于多个位置点的多点距离，即距离矩阵。具体的所述距离检测计算单元包括光发射器、调制器、光学成像镜头、感光探测器点阵、控制器和距离计算器，如附图1所示，所述控制器连接于所述调制器和感光探测器点阵，用于向调制器提供调制控制信号，所述调制器连接于所述光发射器，用于向光发射器发射的光束提供调制信号，所述调制器进一步连接于所述感光探测器点阵，用于提供基本调制信息。所述光发射器优选的可为红外光发射器，用于向被测物发出经调制的光束，调制光束到达被测物表面后经被测物表面反射后入射至光学成像镜头，经光学成像镜头整形后输入至感光探测器点阵，所述感光探测器点阵连接于距离计算器，并将反射光束信号输出给距离计算器，所述距离计算器对该反射光束进行去噪滤波和A/D转换等必要处理后，计算得到反射该反射光束的被测物位置点距离接收该反射光束的感光探测器点阵中的感光探测像素点之间的距离信息，并将该距离信息连同该感光探测像素点相关位置信息一并传输给控制器，由控制器将相关信息进一步传输给特征识别处理单元。

优选的所述距离检测计算单元可采用3D传感器、TOF飞行时间传感器、DVS、结构光传感器等任一种实现，下面具体描述基于TOF飞行时间原理的距离检测计算单元计算实际距离矩阵的过程。距离检测计算单元通过其光发射器产生调制红外光并向外发射该调制红外光，该调制红外光遇到被测物后会发生反射形成反射红外光，反射红外光经过距离检测计算单元的光学成像镜头后被其后的感光探测器点阵所接收。距离检测计算单元的发射调制红外光和反射红外光优选为正弦波形式，可用函数形式表示为：发射调制红外光的函数表达式为：

反射红外光的函数表达式为：

其中：

t为时间参数；

A为调制红外光振幅；

T为正弦波周期；

kA为反射红外光振幅；

k为衰减系数；

为当前发射的调制红外光和接收的反射红外光的信号相位差；

n为接收到非本距离检测计算单元的光发射器光源反射的噪波。

所以，从发射调制红外光到接收到该调制红外光形成的反射红外光的延时时间，即该红外光所经过的飞行时间：

其中，T为调制红外光的调制周期。

从光发射器发射调制红外光到感光探测器接收到该调制红外光被被测物反射回的反射红外光该时间段内，所述红外光所飞行的路程：

其中：c为光速，即大约为3×10⁸m/s

因此从光发射器发射调制红外光到感光探测器接收到该调制红外光被被测物反射回的反射红外光，反射该红外光的被测物到距离检测计算单元的感光探测器点阵之间的距离为：

这样基于调制红外光的正弦波调制周期和感光探测像素点接收到的反射红外光与光发射器发射的调制红外光的信号相位差即可计算被测物与感光探测器点阵之间的距离，感光探测器点阵将该正弦波调制周期和信号相位差传递给距离计算器，由距离计算器基于上述公式计算得到被测物与感光探测器点阵之间的实测距离。

本发明中的距离检测计算单元中的感光探测器点阵具有多个呈矩阵阵列形式排列的感光探测像素点，每一个感光探测像素点可作为一个独立的感光探测器元件，这样光发射器每向外发射一次调制红外光，该调制红外光被被测物表面多点反射后分别入射到感光探测器点阵中的对应感光探测像素点上，也就是说感光探测器点阵中的每一个感光探测像素点均可以采集反射红外光，并且获得一个感测距离，最终感光探测器点阵所检测到的每一帧的实测距离信息都对应于一个距离矩阵，由被测物表面每个反射点与接收该点反射光的对应感光探测像素点之间的实测距离结合该反射点位置形成二维距离分布，如图2示意所示。

所述距离检测计算单元将得到的每一帧实测距离矩阵信息以及每个感光探测像素点对应的点阵位置信息传输给特征识别处理单元，由特征识别处理单元对该信息做进一步的处理以判定使用者所处的状态，进而生成对马桶座圈对应的控制信号。

所述的特征识别处理单元如附图1所示，包括距离转化器、特征比对处理器、通信接口模块、标准特征存储器和输出模块，所述的通信接口模块连接于距离检测计算单元的控制器，用于接收由距离检测计算单元提供的被测物与各感光探测像素点之间的实测距离信息及各感光探测像素点的点阵位置信息，并将接收到的该信息传递给距离转化器，所述距离转化器基于每个感光探测像素点与被测物之间的实测距离信息和该感光探测像素点的位置信息将该实测距离信息转换为被测物相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离信息，且该水平距离信息与其对应感光探测像素点的位置信息相关联形成水平距离矩阵分布。所述距离转化器连接于特征比对处理器，所述特征比对处理器连接于标准特征存储器，所述标准特征存储器中预存有大量预先标定和设置好的标准特征数据，所述特征比对处理器接收到距离转化器提供的水平距离数据信息后将其与标准特征存储器中存储的标准特征数据信息进行比对，若满足比对匹配条件则生成对应的控制信号给输出模块，由输出模块将控制信号提供给座圈驱动控制单元，以基于控制信号采取对应的控制操作。

本发明对特使识别处理单元进行了创新发明，大大提高了数据识别精度。下面具体说明这种过程，距离检测计算单元所获取的实测距离为每一个被测点到距离检测计算单元中的对应感光探测像素点之间的直线距离，为便于理解可将整个距离检测计算单元看做一个圆心质点，因为实际中各类距离检测计算单元(如TOF传感器、3D传感器等)的自身大小相对于其与被测物之间的距离都是可以忽略的，为便于计算可以不考虑其内部的光学成像镜头、感光探测器点阵之间的细微距离，而直接将这种距离检测计算单元整体看做一个圆心质点。如附图3的示例中所示，其中的距离检测计算单元采用TOF传感器，可以将整个TOF传感器当做一个质点，从图中可以看出，当ToF传感器与人体被测区域夹角过大时，实测距离d1和d5都远大于d3。如果直接采用实测距离d1、d5进行人体姿势识别则该距离所反映的特征与人体的实际特征差异较大，会造成人体姿势识别精度的大幅降低，本发明创新的针对TOF传感器已获得的实测距离如d1、d5进行投影转化，将人体被测点与TOF传感器之间的实测距离转化为该人体被测点与TOF传感器所在平面之间的水平距离，如附图4所示，这种转化后的水平距离与人体实际曲线特征点更加吻合，其中ToF传感器所在平面为TOF传感器中感光探测器点阵所在平面。

下面给出具体的距离转化过程，首先如附图5所示，经人体被测区域A中的每个被测点Qn反射的光束经光学成像镜头聚焦后入射至感光探测器点阵中对应的一个感光探测像素点，并由该感光探测像素点将相关相位、频率信息传递给距离计算器后可直接计算得到每个人体被测点Qn与对应感光探测像素点之间的距离，进一步的要将该人体被测点Qn与对应感光探测像素点之间的距离转化为该人体被测点Qn与感光探测器点阵平面之间的水平距离，则需要知道该人体被测点Qn与对应感光探测像素点之间的直线连线相对于感光探测器点阵平面的倾角，如附图6给出的放大光路结构图中所示，光反射器发生的调制光束被位于人体被测区域A中的某一人体被测点Q反射后，经过距离检测计算单元中的光学成像镜头后聚焦于其后的感光探测器点阵中相对应的一个感光探测像素点Q`上，以感光探测器点阵所在的平面B作为水平距离参考平面，并将其延伸至平面B`。以光学成像镜头的光学中心F在感光探测器点阵平面B内的正投影中心点O`(也就是光学成像镜头的中心法线与感光探测器点阵平面B的交点)作为坐标原点，在感光探测器点阵所在平面B内建立坐标系X`O`Y`，其中FO`垂直于平面B，其中感光探测器点阵平面B内的每一个感光探测像素点在X`O`Y`平面坐标内的位置Q`(x`，y`)以及FO`之间的距离属于每一个距离检测计算单元中的已知量，因为每个距离检测单元的感光探测器点阵中的每个感光探测像素点的位置以及光学成像镜头与感光探测器点阵平面之间的距离都是固定且初始标定好的，在初始化过程中已写入具体位置坐标信息和距离信息。而且每个距离检测计算单元都将其感光探测器点阵中的每个感光探测像素点的位置坐标信息以及光学成像镜头与感光探测器点阵平面之间的距离信息连同其测得的被测点与对应感光探测像素点之间的实际距离一并传输给特征识别处理单元的距离转化器。这样可以按照以下公式将被测区域A中的某一人体被测点Q与对应感光探测像素点Q`之间的距离转化为该人体被测点Q与感光探测器点阵平面之间的水平距离d：

水平距离d＝QC`＝QQ`·cos(a)

其中

如上所述，对于每一个距离检测计算单元其中每个感光探测像素点的位置坐标信息(x`，y`)以及光学成像镜头与感光探测器点阵平面之间的距离信息O`F都是距离检测计算单元的固有信息，属于已知信息参数，而每个人体被测点与对应感光探测像素点之间的距离QQ`则可以通过公式

由距离检测计算单元的距离计算器计算得到。距离检测计算单元将计算得到的距离QQ`以及对应感光探测像素点的位置坐标信息(x`，y`)和光学成像镜头与感光探测器点阵平面之间的距离信息O`F一并传输给特征识别处理单元后，由其中的距离转化器基于下述公式计算得到该人体被测点到感光探测器点阵平面上的水平距离：

该水平距离d与该感光探测像素点位置坐标信息(x`，y`)关联对应，这样每个感光探测像素点位置都对应有一个水平距离，最终对应于感光探测器点阵上所有感光探测像素点位置信息形成水平距离分布矩阵，因此当获取到距离检测计算单元检测到的一帧距离矩阵后，通过距离转化器可以获取到每个被测点到感光探测器点阵所在平面的水平距离矩阵，也就是将附图3中的各距离d1、d2、d3、d4……转化为附图4中对应的各距离d1`、d2`、d3`、d4`……，并结合各距离关联的对应感光像素点位置信息形成水平距离矩阵分布。

特征识别处理单元中的距离转化器进行如上距离转化运算后将转化后的水平距离信息提供至特征比对处理器，特征比对处理器连接于标准特征存储器，所述标准特征存储器中存储有提前标定好的各种能够准确反应人体面对马桶(男性小便)、背对马桶(男性大便或女性大小便)、侧对马桶(转身过程)等相关的标准特征数据，优选的如人体面对马桶的人体正面特征曲线对应数据、人体背对马桶的人体背面特征曲线对应数据、人体侧对马桶的人体侧面特征曲线对应数据，示例性的如附图7所示的，当人体正面走向马桶时，距离检测计算单元计算得到的实际距离矩阵经特征识别处理单元的距离转化器转换为水平距离矩阵后，在水平距离矩阵中可以得到一条准确反映人体正面特征曲线的对应距离分布数据，如附图7中左图所示，该人体正面特征曲线对应数据作为提前标定的一条对应于人体面对马桶的标准特征数据存储于标准特征存储器中，同理当人体背面朝向距离检测计算单元的光学成像镜头时，距离检测计算单元计算得到的实际距离矩阵经特征识别处理单元的距离转化器转换为水平距离矩阵后，在水平距离矩阵中可以得到一条准确反映人体背面特征曲线的对应距离分布数据，如附图7的中图所示，该人体背面特征曲线对应数据也作为提前标定的对应于人体背对马桶(因为人体需要背向座在马桶上)的标准特征数据存储于标准特征存储器中。此外当人体正转身时，距离检测计算单元计算得到的实际距离矩阵经特征识别处理单元的距离转化器转换为水平距离矩阵后，在水平距离矩阵中可以得到一条准确反映人体侧面特征曲线的对应距离分布数据，该人体侧面特征曲线对应数据也作为提前标定的对应于人体侧对马桶的标准特征数据存储于标准特征存储器中。

因此通过提前标定，使得标准存储器中存储有对应于人体使用马桶的各种标准特征数据，且这些标准特征数据通过大量实际使用姿态提前标定，且都进行过水平距离转换处理，使得其能够以更高的精度准确反应人体对马桶的各类操作姿势。对于距离检测计算单元使用ToF传感器时，其像素可达38K以上，并且精度可达2mm以下，且经过水平矩阵转化后可以十分精细、精准地解析出人体曲线的各种特征。例如当人体正面朝向ToF传感器和背面朝向ToF传感器时，有多处曲线特征点差异很大，例如：人体正面曲线在头部位置会有鼻子、嘴巴、下巴等凹凸不平的曲线特征点数据，而人体背面在头部位置的曲线较为平滑；人体正面曲线在颈部位置和下巴会有一个明显突变式的错层距离差，而人体背面在颈部位置的距离过渡比较平缓，没有突变式的错层；人体正面曲线在脚部位置会向前伸出，距离会变近，而人体背面在脚部位置没有向前伸出的特征等等，只要ToF传感器可以检测到一种上述或其他人体正面与背面的曲线特征点差异，则均可判断出人体正背面，因此通过本发明的水平距离转化处理，使得特征识别处理单元能够精确的识别人体对马桶的操作动作，进而能够大大提高对马桶座圈的智能化控制水平。

进一步的为提高特征识别处理单元的智能化控制水平，设置有触发阈值，优选的可在特征比对处理器中可以设定智能控制触发阈值范围，该智能控制触发阈值范围对应于启动智能控制的被测人体与感光探测器点阵之间的距离条件或角度条件，如附图8中所示，人体离TOF距离较远时，ToF传感器检测到的与被测人体的实际距离矩阵与转化后的水平距离矩阵差异不大，此时无法判断人体是否要使用马桶，此时可不启动特征识别和比对，也不向输出模块供任何信号，进而不对马桶座圈输出控制驱动信号。当人体离TOF距离较近时，ToF传感器检测到的与被测人体的实际距离矩阵与转化后的水平距离矩阵差异较大，此时启动特征识别和比对，并生成对应的控制驱动信号。在特征比对处理器中预设触发范围区域，并基于转化后的被测人体与感光探测器点阵的水平距离与设定的触发范围区域之间的关系确定是否有人员存在于ToF传感器的座圈触发区域内，进而提供智能化水平。基于被测人体相对于感光探测器点阵的转化张角和距离与设定的触发范围区域的张角和距离之间的关系确定是否有人员存在于ToF传感器的座圈触发区域内。下面以触发阈值距离为例进行说明。触发阈值角度基于类似的方式进行判断，其中角度值可由对应于被测人体最高点的实测距离与光学中心线之间的距离换算得到

最后特征识别处理单元的特征对比处理器基于转化距离数据与标准特征数据的比对结果生成对应的驱动控制信号并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元。具体的驱动控制过程如下：

首先，由距离转化器将接收到的被测人体与感光探测器点阵之间的实际距离矩阵转化为被测人体相对于感光探测器点阵平面的水平距离矩阵，并将其传输给特征比对处理器；

其次，基于设定的触发范围区域(张角和距离)，由特征比对处理器判断是否有人员存在于要使用马桶的触发区域范围内，具体的特征比对处理器通过接收到的距离转化器传输的被测人体与感光探测器点阵之间的水平距离矩阵得到被测人体相对于感光探测器点阵中心的距离和角度，并与设定的触发范围区域(张角和距离)进行比较，当被测人体与感光探测器点阵之间的水平距离小于设定的触发范围区域阈值距离，并且角度小于触发范围区域阈值张角时，判定有人员存在于要使用马桶的触发区域范围内，进行人员使用特征识别；当被测人体与感光探测器点阵之间的水平距离大于等于设定的触发阈值距离或角度大于触发范围区域阈值张角时，继续检测，不做任何处理；

再次，由特征比对处理器将水平距离矩阵与标准特征存储器中存储的标准特征数据进行对比，并基于对比结果生成对座圈驱动控制单元的对应控制信号，所述座圈驱动控制单元包括马桶主控板和分别连接于马桶主控板的座圈驱动机构和上盖驱动结构，所述马桶主控板连接于特征识别处理单元的输出模块，所述座圈驱动机构连接于马桶的座圈，并基于马桶主控板的控制信号控制马桶座圈的起落，所述上盖驱动机构连接于马桶的上盖，并基于马桶主控板的控制信号控制马桶上盖的开闭，具体的：

(1)若经过比对所述水平距离矩阵数据匹配于标准特征存储器中预存的人体面对马桶的人体正面特征曲线对应数据(或与之匹配相似度达到阈值)时，说明此时使用者面向马桶，并且使用者需要站立使用马桶，此时特征比对处理器生成马桶座圈收起控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，所述马桶主控板基于该控制信号通过上盖驱动机构控制马桶上盖打开，并基于该控制信号通过座圈驱动机构控制马桶座圈收起；

(2)若经过比对所述水平距离矩阵数据匹配于标准特征存储器中预存的人体背对马桶的人体背面特征曲线对应数据(或与之匹配相似度达到阈值)时，说明此时使用者背向马桶，并且使用者需要坐下使用马桶，此时特征比对处理器生成马桶座圈落下控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，所述马桶主控板基于该控制信号通过上盖驱动机构控制马桶上盖打开，并基于该控制信号通过座圈驱动机构控制马桶座圈落下；

(3)若经过比对所述水平距离矩阵数据匹配于标准特征存储器中预存的人体侧对马桶的人体侧面特征曲线对应数据(或与之匹配相似度达到阈值)时，特征比对处理器生成马桶座圈维持控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，由马桶主控板基于该控制信号维持马桶上盖及马桶座圈的原状态，等待后续继续检测控制。

此外，所述本发明所述的特征识别处理单元也可以通过其他方法判断人体正背面，如特征学习。通过特征学习，其存储器可以存储多个人体正背面的关键特征数据，每采集到一帧距离矩阵后，将该帧距离矩阵信息进行运算并提取关键特征数据，再与存储的特征数据一一进行对比。本发明亦可设置数据对比相似度阈值，当与人体正面关键特征数据相似度达到预设阈值以上时，即可判断为人体正面，而当与人体背面关键特征数据相似度达到预设阈值以上时，即可判断为人体背面，进一步提高智能化水平。

最后简要说明基于本发明的智能马桶座圈控制系统进行的智能马桶座圈控制方法：

步骤一、首先将本发明所述智能马桶座圈控制系统的光发射器和光学成像镜头安装于马桶背侧墙面，面向马桶正前方且保证不会被马桶自身阻挡；

步骤二、由距离检测计算单元的调制器产生调制信号，产生的调制信号传输到其光发射器后，由光发射器向外发射相应的调制光；

步骤三、光发射器发射的调制光遇到被测物体(如人体)后，被反射向光学成像镜头；

步骤四、位于光学成像镜头后侧的感光探测器点阵通过光学成像镜头接收反射光束，并由距离计算器通过反射光束和发射光束的相位差和调制周期，基于公式

计算得到使用者与感光探测器点阵的实际距离矩阵；

步骤五、距离计算器将计算得到的实际距离矩阵和感光探测器点阵相关信息传输给距离转化器；

步骤六、距离转化器将接收到的使用者与感光探测器点阵的实际距离矩阵基于公式

转化为使用者相对于感光探测器点阵平面的水平距离矩阵，并将其传输给特征比对处理器，其中QQ`为使用者与感光探测器点阵的实际距离数据，(x`，y`)和O`F为感光探测器点阵中的已知参数；

步骤七、由特征比对处理器基于所述水平距离矩阵判定使用者是否处于马桶的智能控制触发区域范围之内，若是则执行步骤八；

步骤八、所述特征比对处理器将所述水平距离矩阵与标准特征存储器中存储的标准特征数据进行比对，若经过比对所述水平距离矩阵数据(优选人体头部到腹部)匹配于或相似于标准特征存储器中预存的人体面对马桶的人体正面特征曲线对应数据时，生成马桶座圈收起控制信号，并通过座圈驱动控制单元控制马桶上盖打开、马桶座圈收起；若经过比对所述水平距离矩阵数据(优选人体头部到背部)匹配于或相似于标准特征存储器中预存的人体背对马桶的人体背面特征曲线对应数据时，生成马桶座圈落下控制信号，并通过座圈驱动控制单元控制马桶上盖打开、马桶座圈落下；若经过比对所述水平距离矩阵数据匹配于或相似于标准特征存储器中预存的人体侧对马桶的人体侧面曲线特征点对应数据时，特征比对处理器生成马桶座圈维持控制信号，维持马桶上盖及马桶座圈的原状态，等待后续继续检测控制。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (11)

1.一种智能马桶座圈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，实时检测使用者与预定位置之间的实际距离矩阵；

步骤二，将步骤一得到的实际距离矩阵转化为使用者相对于预定参考面的水平距离矩阵；

步骤三，基于所述水平距离矩阵判定使用者是否处于预设的马桶智能控制触发区域内，若是则执行步骤四；

步骤四，将步骤二得到的水平距离矩阵与相对于所述预定参考面提前标定的标准距离数据进行比对分析，所述标准距离数据包括使用者面对马桶的标准距离矩阵、使用者背对马桶的标准距离矩阵和使用者侧对马桶的标准距离矩阵；

步骤五，基于比对分析结果对马桶座圈执行如下控制操作：

(1)若所述水平距离矩阵与标准距离数据中的使用者面对马桶的标准距离矩阵相匹配，则控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈收起；

(2)若所述水平距离矩阵与标准距离数据中的使用者背对马桶的标准距离矩阵相匹配，则控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈落下；

(3)若所述水平距离矩阵与标准距离数据中的使用者侧对马桶的标准距离矩阵相匹配，则控制马桶上盖和马桶座圈维持原状。

2.根据权利要求1所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，其中步骤一具体包括以下步骤：

(1)将光发射器和光学成像镜头安装于马桶背侧墙面，面向马桶正前方且保证不会被马桶自身阻挡；

(2)通过调制器向光发射器产生调制信号，由光发射器向外发射经调制的检测光束；

(3)光发射器发射的检测光束遇到使用者时，经使用者身体各部位反射向光学成像镜头；

(4)位于光学成像镜头后侧的感光探测器点阵通过光学成像镜头接收反射光束，并通过反射光束和发射光束之间的相位差和调制周期，基于公式

计算得到反射光束的使用者反光部位与接收该反射光束的感光探测器点阵中对应感光探测像素点之间的实际距离，基于该实际距离形成所述使用者与预定位置之间的实际距离矩阵。

3.根据权利要求2所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，其中步骤二具体包括以下步骤：

(1)将所述预定参考面选择为感光探测器点阵所在平面，并在所述预定参考面上建立平面坐标系，其中坐标原点为穿过光学成像镜头光学中心的法线与预定参考面的交点，坐标原点与光学中心之间的距离记为O`F；

(2)将反射光束的使用者反光部位与接收该反射光束的感光探测器点阵中对应感光探测像素点之间的实际距离通过如下公式转化为该使用者反光部位与所述预定参考面之间的水平距离：

其中，QQ`为反射光束的使用者反光部位与接收该反射光束的感光探测器点阵中对应感光探测像素点之间的实际距离，(x`，y`)为该对应感光探测像素点在预定参考面的平面坐标系中的位置坐标。

4.根据权利要求3所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，其中步骤四具体包括以下步骤：

(1)在人体正常使用马桶状态下，提前标定人体正面特征点相对于所述预定参考面的水平距离矩阵，作为使用者面对马桶的标准距离矩阵；在人体正常使用马桶状态下，提前标定人体背面特征点相对于所述预定参考面的水平距离矩阵，作为使用者背对马桶的标准距离矩阵；在人体正常使用马桶状态下，提前标定人体侧面特征点相对于所述预定参考面的水平距离矩阵，作为使用者侧对马桶的标准距离矩阵；

(2)将转化得到的使用者反光部位与所述预定参考面之间的水平距离矩阵和所述标准距离矩阵进行比对，判定两者之间是否满足预设匹配条件。

5.根据权利要求4所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，所述人体正面特征点包括人体脸部鼻子、嘴巴、下巴和/或脖子；人体背面特征点包括人体头部背面、和/或人体颈部背面；所述人体侧面特征点包括人体肩部、胳膊、和/或手部。

6.一种智能马桶座圈控制方法，其特征在于，所述智能马桶座圈控制方法基于智能马桶座圈控制系统进行，所述智能马桶座圈控制系统包括：距离检测计算单元、特征识别处理单元和座圈驱动控制单元，所述距离检测计算单元连接于所述特征识别处理单元，所述特征识别处理单元连接于所述座圈驱动控制单元；所述智能马桶座圈控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、通过所述距离检测计算单元检测计算使用者与距离检测计算单元之间的实际距离信息，并将其传输给特征识别处理单元；

步骤二、所述特征识别处理单元将使用者与距离检测计算单元之间的实际距离信息转化为使用者相对于距离检测计算单元中预设参考平面的水平距离信息；

步骤三、所述特征识别处理单元中设置有智能控制触发阈值距离范围，所述特征识别处理单元通过所述水平距离信息判定使用者位于所述智能控制触发阈值距离范围之内时，执行步骤四；

步骤四、所述特征识别处理单元通过所述水平距离信息来提取得到使用者实际特征信息；所述特征识别处理单元将提取得到的所述使用者实际特征信息与预存的标准特征信息进行比对分析；所述特征识别处理单元经过比对分析，若所述使用者实际特征信息与预存的某一标准特征信息满足预设匹配条件时，生成与该标准特征信息对应的驱动控制信号，所述标准特征信息包括提前标定好的使用者正常使用马桶时的各种特征信息；

步骤五、所述特征识别处理单元基于比对分析结果生成对马桶座圈的驱动控制信号并输出给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元对马桶座圈实施相应的驱动控制。

7.根据权利要求6所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，其中所述距离检测计算单元包括光发射器、调制器、光学成像镜头、感光探测器点阵、控制器和距离计算器，所述控制器连接于所述调制器和感光探测器点阵，所述调制器连接于所述光发射器和感光探测器点阵，所述光发射器用于发射经调制的检测光束，所述检测光束经作为使用者的被测物反射后入射至光学成像镜头，经光学成像镜头整形后输入至感光探测器点阵，所述感光探测器点阵设置于光学成像镜头正后方并连接于距离计算器，所述距离计算器基于感光探测器点阵接收的反射光束信息计算得到被测物与感光探测器点阵之间的实际距离信息，并将该实际距离信息连同感光探测器点阵固有信息传输给控制器，再由控制器将相关信息传输给特征识别处理单元；进一步的其中所述感光探测器点阵具有多个呈矩阵阵列形式排列的感光探测像素点，每一个感光探测像素点作为一个独立的感光探测器元件，所述光发射器发射的调制检测光束被被测物表面多点反射后分别入射到感光探测器点阵的对应感光探测像素点上，感光探测器点阵的每一个感光探测像素点接收来自被测物表面一个对应反射点的反射光束，所述距离计算器计算得到的实际距离信息为对应于被测物各反射点位置的实际距离矩阵，所述特征识别处理单元转化实际距离信息所得到的水平距离信息为对应于感光探测器点阵的各感光探测像素点位置的水平距离矩阵；所述特征识别处理单元包括距离转化器、特征比对处理器、通信接口模块、标准特征存储器和输出模块，所述通信接口模块连接于距离检测计算单元的控制器，所述距离转化器连接于通信接口模块，所述特征比对处理器连接于所述距离转化器，所述标准特征存储器连接于所述特征比对处理器，所述输出模块连接于所述特征比对处理器；所述距离转化器将使用者与感光探测器点阵之间的实际距离矩阵转化为使用者相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离矩阵，并传输给特征比对处理器；所述特征比对处理器中设置有智能控制触发阈值距离范围，所述特征比对处理器根据所述水平距离矩阵与所述智能控制触发阈值距离范围之间的关系判定使用者是否处于马桶的智能控制触发范围之内，若是则所述特征比对处理器基于所述水平距离矩阵得到使用者实际特征信息，并将所述使用者实际特征信息与标准特征存储器中预存的标准特征信息进行的匹配性比对，若匹配程度达到预定水平时，由所述特征比对处理器生成与该标准特征信息对应的驱动控制信号，并通过输出模块传输给座圈驱动控制单元。

8.根据权利要求7所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，所述光发射器发射的经调制的检测光束为正弦波、脉冲波或其它周期性调制波，所述距离计算器基于如下公式计算被测物某反射点与感光探测器点阵对应感光探测像素点之间的实际距离：

其中：c为光速，T为调制波周期，

为该对应感光探测像素点接收到的反射光束与光发射器发射的对应检测光束之间的相位差；

所述距离转化器具体通过以下方式将实际距离矩阵转化为水平距离矩阵：

首先，所述距离转化器将被测物表面每个反射点与对应感光探测像素点之间的实测距离按照如下公式转换为该被测物表面反射点相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离：

其中，QQ`为被测物表面反射点与对应感光探测像素点之间的实测距离，由距离检测计算单元中的距离计算器计算得到；(x`，y`)为对应感光探测像素点在感光探测器点阵平面坐标体系内的位置坐标；O`F为光学成像镜头的光学中心与感光探测器点阵平面坐标体系中坐标原点之间的距离；d为被测物表面反射点相对于感光探测器点阵所在平面的水平距离；

其中，感光探测器点阵平面坐标体系是指：以穿过光学成像镜头光学中心的、垂直于感光探测器点阵所在平面的直线与感光探测器点阵所在平面的交点作为坐标原点，在感光探测器点阵所在平面内建立的坐标体系，每一个感光探测像素点在感光探测器点阵平面坐标体系内的位置坐标以及光学成像镜头的光学中心与坐标原点之间的距离属于已知量；

其次，所述距离转化器将转换得到的各水平距离与其对应感光探测像素点的位置相关联形成所述水平距离矩阵。

9.根据权利要求7或8所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，所述特征比对处理器基于所述水平距离矩阵得到使用者实际特征信息，具体方式如下：所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体正面曲线的特征数据来得到使用者面对马桶的实际特征信息；所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体背面曲线的特征数据来得到使用者背对马桶的实际特征信息；所述特征比对处理器通过提取水平距离矩阵中对应于人体侧面曲线的特征数据来得到使用者侧对马桶的实际特征信息；其中人体正面曲线的特征数据包括对应于人体脸部鼻子、嘴巴和下巴轮廓曲线的特征数据，人体背面曲线的特征数据包括对应于人体头部背面轮廓曲线的特征数据、和/或对应于人体颈部背面轮廓曲线的特征数据，人体侧面曲线的特征数据包括人体肩部、胳膊、手部轮廓曲线的特征数据；所述标准特征信息包括提前标定好的使用者面对马桶的标准特征信息、使用者背对马桶的标准特征信息和使用者侧对马桶的标准特征信息；所述使用者面对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体正面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到；所述使用者背对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体背面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到；所述使用者侧对马桶的标准特征信息由提前标定好的正常使用马桶状态下人体侧面曲线相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准特征数据得到。

10.根据权利要求9所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，所述特征比对处理器经过匹配比对分析，若处理得到的使用者面对马桶的实际特征信息与预存的使用者面对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈收起控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈收起控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈收起；若处理得到的使用者背对马桶的实际特征信息与预存的使用者背对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈落下控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈落下控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈落下；若处理得到的使用者侧对马桶的实际特征信息与预存的使用者侧对马桶的标准特征信息满足预设匹配条件时，所述特征比对处理器生成马桶座圈维持控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元，由座圈驱动控制单元基于所述马桶座圈维持控制信号控制马桶上盖和马桶座圈维持原状态。

11.根据权利要求6-9任一项所述的智能马桶座圈控制方法，其特征在于，所述智能马桶座圈控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、将所述光发射器和光学成像镜头安装于马桶背侧墙面，面向马桶正前方且保证不会被马桶自身阻挡；

步骤二、由调制器向光发射器产生调制信号，由光发射器向外发射经调制的检测光束；

步骤三、光发射器发射的检测光束遇到使用者时，被使用者反射向光学成像镜头；

步骤四、位于光学成像镜头后侧的感光探测器点阵通过光学成像镜头接收反射光束，并由距离计算器通过反射光束和发射光束的相位差和调制周期，基于公式

计算得到使用者与感光探测器点阵的实际距离数据；

步骤五、距离计算器将计算得到的实际距离数据和感光探测器点阵相关信息传输给距离转化器；

步骤六、距离转化器将接收到的使用者与感光探测器点阵的实际距离数据基于公式

转化为使用者相对于感光探测器点阵平面的水平距离数据，并将其传输给特征比对处理器，其中QQ`为使用者与感光探测器点阵的实际距离数据，(x`，y`)和O`F为感光探测器点阵中的已知参数；

步骤七、由特征比对处理器基于所述水平距离数据判定使用者是否处于马桶的智能控制触发区域范围之内，若是则执行步骤八；

步骤八、所述特征比对处理器将所述水平距离数据与标准特征存储器中存储的标准特征数据进行比对，并基于对比结果生成对座圈驱动控制单元的对应控制信号，其中标准特征存储器中存储的标准特征数据包括：提前标定好的正常使用马桶状态下人体正面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据、提前标定好的正常使用马桶状态下人体背面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据、提前标定好的正常使用马桶状态下人体侧面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据；

步骤九、特征比对处理器基于比对分析结果对马桶座圈执行如下控制操作：

(1)若所述水平距离数据与标准特征数据中的人体正面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据相匹配，则由特征比对处理器生成马桶座圈收起控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，由所述马桶主控板基于所述控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈收起；

(2)若所述水平距离数据与标准特征数据中的人体背面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据相匹配，则由特征比对处理器生成马桶座圈落下控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，由所述马桶主控板基于所述控制信号控制马桶上盖打开、并控制马桶座圈落下；

(3)若所述水平距离数据与标准特征数据中的人体侧面曲线特征点相对于感光探测器点阵平面的水平距离标准数据相匹配，则由特征比对处理器生成马桶座圈维持控制信号，并通过输出模块提供给座圈驱动控制单元的马桶主控板，由所述马桶主控板基于所述控制信号控制马桶上盖和马桶座圈维持原状。

Images