CN112483924B - 带坐姿矫正提醒的ai护眼台灯及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯及其实现方法,包括：A.光源调整，检测环境光亮度，并根据环境光亮度调整LED照明强度；B.坐姿矫正，检测用户当前坐姿，并在判断为用户坐姿不良时向用户发出提醒。同时顾及到坐姿和光线问题，在坐姿不良的情况下提醒用户，在光线不适宜的情况下进行LED照明强度调整，双管齐下能够更好地实现护眼目的。

Description

带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯及其实现方法
技术领域
本发明护眼台灯技术领域，尤其是涉及一种带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯及其实现方法。
背景技术
随着社会对教育的重视，现有学龄儿童都面临巨大的学业压力，学龄儿童通常需要花费大量的时间进行学习，若学龄儿童在漫长的学习过程中并没有养成维持正确坐姿的习惯，很容易导致学龄儿童发生脊椎弯曲和近视等不同类型的健康问题，从而严重影响学龄儿童的正常学习生活。市面上的所有护眼设备都只是关注光线对眼睛的影响，其并未对儿童的坐姿进行有效的检测和纠正。可见，现有技术急需一种能够对儿童坐姿进行检测和纠正方法和装置，特别是一种能够进行儿童坐姿检测和纠正的集成护眼灯设备。
此外，现有技术的护眼台灯通常由触控模块、LED照明模块7、MCU控制模块、超声波测距和语音播报此大功能模块组成。“触控模块”采用触控按键向“MCU控制模块”输入操控信息，“MCU控制模块”根据事先编辑好的代码逻辑控制“LED照明模块”的开关及照明亮度调整；“超声波测距”模块采用超声波探头检测人与超声波探头的距离，“MCU控制模块”接收“超声波测距”模块的距离检测数据，比较事先编程设定接近距离的阀值，触发接近报警，间接起到坐姿检测的目标；“语音播报”模块用于坐姿提醒语音播报。
现有技术的灯光亮度调整采用人为手动触控控制，无法根据环境光亮度自动对LED灯光亮度进行护眼匹配调整；此外，坐姿检测采用超声波测距技术，但是这种检测方法过于粗糙，只能监测身体与台灯正面距离这单一维度，无法有效识别人体上半身的不良姿态(如：低头、偏头、身体歪斜等姿态)，特别容易出现误判的情况。
为了解决上述方案无法有效识别上半身的不良姿态的问题，人们对方案进行了改进，通过神经网络算法识别人体姿态以判断人体是否处于不良姿态，该方法虽然能够解决上述问题，但是需要使用大量的图库进行分类训练识别，并且存在算法模型复杂，计算量大等问题，需要搞计算资源的硬件平台进行支撑，导致产品功耗偏大，成本偏高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯及其实现方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯及其实现方法，包括：
A.光源调整，检测环境光亮度，并根据环境光亮度调整LED照明强度；
B.坐姿矫正，检测用户当前坐姿，并在判断为用户坐姿不良时向用户发出提醒。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法中，方法A具体包括：
A1.检测环境光亮度，并根据环境光亮度粗调LED照明强度以使环境光亮度达到亮度设定值；
A2.检测用户眼视目标体的反光亮度，根据反光亮度上下细调照明强度至反光亮度设定值；
A3.细调结束后，持续监测眼视目标体的反光亮度，并在反光亮度超过护眼亮度区间时进一步细调LED照明强度至反光亮度达到反光亮度设定值。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法中，在方法B中，在检测到用户处于歪头状态、低头状态或靠手臂状态时判断为坐姿不良。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法中，在方法B中，通过以下方式检测用户当前是否处于歪头状态、低头状态或靠手臂状态：
B1.通过摄像头采集用户坐姿状态，并提取头部轮廓和肩部轮廓；
B2.当头部轮廓与肩部轮廓的夹角与90度的偏差超过角度偏差值时判断用户处于歪头状态；
B3.提取眼睛，并比对眼睛与肩部轮廓的相对位置，当两者的间距小于间距阈值时判断用户处于低头状态；
B4.当头部轮廓与肩部轮廓存在粘连现象，则判断用户处于靠手臂状态。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法中，在方法B1中，通过人脸识别算法定位用户面部关键特征以提取头部轮廓；通过形体识别算法定位用户头部和肩部，并提取肩部轮廓。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法中，还包括人体检测：
对摄像头采集到的图片进行人体识别，当识别不到人体时判断为当前无人，并在判断为当前无人的预设时间后关闭LED照明。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法中，还包括疲劳检测：
对摄像头采集到的图片进行人脸检测和人眼检测，并基于疲劳检测算法对用户进行疲劳检测，并在疲劳程度达到疲劳阈值时发出提醒；
还包括学习专注度检测：
对摄像头采集到的图片进行人脸检测和人眼检测，并基于专注度检测算法对用户进行专注度检测，并在专注度程度低于专注度阈值时发出提醒。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法中，将检测结果间断性地发送给家长端，并在提醒次数达到提醒次数阈值时向家长端发出提示信息。
一种带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯，包括具有LED照明模块的台灯，所述的台灯还具有控制模块、摄像头模块、语音播报模块和触控按键，所述的控制模块连接于所述的LED照明模块、摄像头模块、语音播报模块和触控按键，所述的控制模块包括有图像识别模块和语音识别模块，且所述的图像识别模块包括环境光检测模块和坐姿检测模块。
在上述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯中，所述的控制模块还连接有语音采集模块和存储模块；
所述的坐姿检测模块包括用于提取头部轮廓和用户眼睛的人脸识别算法模块，以及用于提取肩部轮廓的形体识别算法模块；
所述的图像识别模块还包括用于检测眼视目标体反光亮度的眼视目标体亮度检测模块；
所述的图像识别模块包括有用于检测用户疲劳程度的疲劳检测算法模块和用于检测用户学习专注度的专注度检测算法模块；
所述的控制模块连接有无线模块，并通过所述无线模块连接于家长端。
本发明的优点在于：
1、根据环境亮度实现自动调整，使LED照明亮度符合护眼要求；
2、根据眼视目标体进一步调整LED照明亮度，不受用户使用习惯(光源或近或远等)的限制，也不受眼视目标体材质的限制，能够精确地提供给用户合适亮度的光照；
3、通过特征点及轮廓算法结合方案即可实现不良坐姿判断检测，算法轻量、计算量小、终端计算即可实现，结果输出相应快速、及时；
4、以肩部轮廓为基准，结合脸部关键点及头部轮廓间接实现坐姿不良检测，方法简单有效；
5、将视觉行为检测与照明光学设备深度融合，实现护眼照明自动调整、坐姿检测、疲劳检测、学习状态记录等实用功能。
附图说明
图1为本发明带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法的方法流程图；
图2是本发明带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯的电路结构框图。
附图标记，控制模块1；图像识别模块11；语音识别模块12；摄像头模块2；语音播报模块3；触控按键4；语音采集模块5；存储模块6；LED照明模块7；无线模块8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例公开了一种带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法，包括：
A.光源调整，检测环境光亮度，并根据环境光亮度调整LED照明强度；
B.坐姿矫正，检测用户当前坐姿，并在判断为用户坐姿不良时向用户发出提醒。
在照明的过程中进行人体检测：
对摄像头采集到的图片进行人体识别，当识别不到人体时判断为当前无人，并在判断为当前无人的预设时间后关闭LED照明。
其中，方法A具体包括：
A1.检测环境光亮度，并根据环境光亮度粗调LED照明强度以使环境光亮度达到亮度设定值；具体为检测环境光亮度与存储的亮度设定值进行比较，当未达到亮度设定时，提高照明强度直到达到亮度设定值，这里亮度设定值优选为240cd/m2。如当用户需要照明时，语音或者手动开启台灯，台灯自动根据环境光亮度调整照度以达到亮度设定值。具体可以通过检测桌面、墙面等周围物体反光面的反光亮度确定环境光亮度。
A2.检测用户眼视目标体的反光亮度，根据反光亮度上下细调照明强度至反光亮度设定值；若检测不到眼睛或眼视目标体，则保持A1调整的照明强度，若检测到眼视目标体，则根据眼视目标体的反光亮度再细调照明强度至反光亮度，使台灯的照明强度能够优先保护写作业用户的眼睛。反光亮度太高或太低都会对眼睛造成伤害，这里将反光亮度设定值设定为180cd/m2。
A3.细调结束后，持续监测眼视目标体的反光亮度，并在反光亮度超过护眼亮度区间时进一步细调LED照明强度至反光亮度达到反光亮度设定值。反光亮度太高或太低都会对眼睛造成伤害，故设定护眼亮度区间为120-240cd/m2。外部光变暗会导致反光亮度变化，用户移动作业本或改变作业本材质，也会导致反光亮度变化，后续的自动调整需要超出120-240cd/m2范围才会进行，不会出现因为频繁调整引起视觉疲劳的问题。可以在超出护眼亮度区间后立刻进行调整，也可以在超过护眼亮度区间预设时间后再进一步调整。能够保证用户眼视目标体始终处于护眼亮度区间内以实现对用户的用眼保护。
进一步地，在持续一段时间监测不到眼视目标体时，可以重复前述步骤A1-A3。即在检测到用户作业结束时，自动调亮灯光以便用户在房间内活动，直到重新检测到眼视目标体。
此外，还可以持续监测环境光亮度，当环境光亮度变化超过亮度变化阈值时，重复步骤A1-A3。上述是台灯自动调整照明强度过程，在投入使用时用户也可以通过语音或触控按键进行人工控制。
进一步地，经对大量学龄儿童的坐姿状态采集研究可知大多数的坐姿不良集中在“歪头、低头、靠手臂、弯腰、弓背”等这5种姿态，再结合对图片的进一步训练分析得到“弯腰、弓背”并合在“低头、靠手臂”这2两种姿态内，所以最终可以通过对“头、眼、肩”3部分轮廓的结合分析快速有效判断出“歪头、低头、靠手臂、弯腰、弓背”等这5种主要错误坐姿。所以本方案在方法B中，在检测到用户处于歪头状态、低头状态或靠手臂状态时判断为坐姿不良。
具体地，在方法B中，通过以下方式检测用户当前是否处于歪头状态、低头状态或靠手臂状态：
B1.通过摄像头采集用户坐姿状态，并提取头部轮廓和肩部轮廓；
B2.歪头检测，当头部轮廓与肩部轮廓的夹角与90度的偏差超过角度偏差值时(如15度)判断用户处于歪头状态；
B3.低头检测，提取眼睛，并比对眼睛与肩部轮廓的相对位置，当两者的间距小于间距阈值时判断用户处于低头状态，间距阈值取用户整个头型1/2或接近1/2的尺寸；
B4.靠手臂检测，当头部轮廓与肩部轮廓存在粘连现象，则判断用户处于靠手臂状态。
具体地，在方法B1中，通过人脸识别算法定位用户面部关键特征，如眼睛、鼻尖、嘴角点、眉毛以及人脸各部件轮廓点等以提取头部轮廓；通过形体识别算法定位用户头部和肩部，并提取肩部轮廓。
进一步地，本方法还包括疲劳检测：
对摄像头采集到的图片进行人脸检测和人眼检测，并基于疲劳检测算法对用户进行疲劳检测，并在疲劳程度达到疲劳阈值时发出提醒；疲劳检测的具体方法直接采用现有技术即可，具体不在此限制。
进一步地，本方法还包括学习专注度检测：
对摄像头采集到的图片进行人脸检测和人眼检测，并基于专注度检测算法对用户进行专注度检测，并在专注度程度低于专注度阈值时发出提醒。根据人脸图像、人脸关键点以及人脸关键点坐标通过专注度算法对用户进行专注度检测。具体地专注度检测方法直接采用现有技术即可，具体不在此限制
进一步地，本实施例优选将检测结果间断性地发送给家长端，间断性可以是定时或不定时，不定时以检测结果为准，每检测到坐姿不良、疲劳状态或专注度不佳时向家长端发送检测结果。并优选在提醒次数达到提醒次数阈值时向家长端发出提示信息，如消息推送、震动提示等。此外，学生端的提醒方式可以为语音提醒，如，判断为低头状态时，则发出，您好“头过低，请抬头保持良好坐姿”。
优选地，在投入使用时，在检测到专注度达到第二专注阈值时，若检测到学生存在不良坐姿情况或疲劳情况，不作出提醒，但是进行保存，同时将检测结果发送至家长端。这样，可以以专注度作为第一优先级，能够在学生专注度较高的情况下保证不发出声音打扰到学生。
本方法在检测到没人时启动实现设定的眼视程序进行延时开关；检测到有人时进行坐姿检测、疲劳检测、学习专注度检测，在检测到坐姿不良、处于疲劳状态或专注度不够的情况下均发出语音提醒，其中专注度不够的情况也可以不进行提醒，直接保存在存储模块中，以便家长通过无线读取儿童学习专注度状态。
实施例二
如图2所示，本实施例公开了一种基于实施例一方法的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯，包括具有LED照明模块7的台灯，台灯还具有控制模块1、摄像头模块2、语音播报模块3、触控按键4、语音采集模块5和存储模块6，控制模块1连接于LED照明模块7、摄像头模块2、语音播报模块3、语音采集模块5、存储模块6和触控按键4，控制模块1包括有图像识别模块11和语音识别模块12，语音识别模块12具有语音输入识别与语音输出播报两个功能，语音识别的是用户说的话，用于控制开关灯、调照明亮度等，语音播报是用来提示用户，如：用户说“开灯”，台灯通过语音识别模块12后控制开灯，完成开灯动作后再反馈提示“灯已开”；另外当坐姿识别发现用户坐姿不正确，可提示“头过低，请保持良好坐姿”等。
图像识别模块11包括环境光检测模块和坐姿检测模块。
其中，坐姿检测模块包括用于提取头部轮廓和用户眼睛的人脸识别算法模块，以及用于提取肩部轮廓的形体识别算法模块；
优选地，图像识别模块11还包括用于检测眼视目标体反光亮度的眼视目标体亮度检测模块，用于检测用户疲劳程度的疲劳检测算法模块和用于检测用户学习专注度的专注度检测算法模块；
此外，控制模块1连接有无线模块8，并通过无线模块8连接于家长端。
用户可通过语音控制台灯开关及开灯亮度，也可以通过触控按键4控制台灯开关及开灯亮度。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法，其特征在于，包括：
A1.检测环境光亮度，并根据环境光亮度粗调LED照明强度以使环境光亮度达到亮度设定值；
A2.检测用户眼视目标体的反光亮度，根据反光亮度上下细调照明强度至反光亮度设定值；
A3.细调结束后，持续监测眼视目标体的反光亮度，并在反光亮度超过护眼亮度区间时进一步细调LED照明强度至反光亮度达到反光亮度设定值，且在持续一段时间监测不到眼视目标体时，重复前述步骤A1-A3；
B.坐姿矫正，检测用户当前坐姿，并在判断为用户坐姿不良时向用户发出提醒：
B1.通过摄像头采集用户坐姿状态，并提取头部轮廓和肩部轮廓；
B2.当头部轮廓与肩部轮廓的夹角与90度的偏差超过角度偏差值时判断用户处于歪头状态；
B3.提取眼睛，并比对眼睛与肩部轮廓的相对位置，当两者的间距小于间距阈值时判断用户处于低头状态；
B4.当头部轮廓与肩部轮廓存在粘连现象，则判断用户处于靠手臂状态。
2.根据权利要求1所述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法，其特征在于，在方法B1中，通过人脸识别算法定位用户面部关键特征以提取头部轮廓；通过形体识别算法定位用户头部和肩部，并提取肩部轮廓。
3.根据权利要求2所述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法，其特征在于，还包括人体检测：
对摄像头采集到的图片进行人体识别，当识别不到人体时判断为当前无人，并在判断为当前无人的预设时间后关闭LED照明。
4.根据权利要求3所述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法，其特征在于，还包括疲劳检测：
对摄像头采集到的图片进行人脸检测和人眼检测，并基于疲劳检测算法对用户进行疲劳检测，并在疲劳程度达到疲劳阈值时发出提醒；
还包括学习专注度检测：
对摄像头采集到的图片进行人脸检测和人眼检测，并基于专注度检测算法对用户进行专注度检测，并在专注度程度低于专注度阈值时发出提醒。
5.根据权利要求4所述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法，其特征在于，将检测结果间断性地发送给家长端，并在提醒次数达到提醒次数阈值时向家长端发出提示信息。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的带坐姿矫正提醒的AI护眼台灯实现方法的AI护眼台灯，包括具有LED照明模块(7)的台灯，其特征在于，所述的台灯还具有控制模块(1)、摄像头模块(2)、语音播报模块(3)和触控按键(4)，所述的控制模块(1)连接于所述的LED照明模块(7)、摄像头模块(2)、语音播报模块(3)和触控按键(4)，所述的控制模块(1)包括有图像识别模块(11)和语音识别模块(12)，且所述的图像识别模块(11)包括环境光检测模块和坐姿检测模块。
7.根据权利要求6所述的AI护眼台灯，其特征在于，所述的控制模块(1)还连接有语音采集模块(5)和存储模块(6)；
所述的坐姿检测模块包括用于提取头部轮廓和用户眼睛的人脸识别算法模块，以及用于提取肩部轮廓的形体识别算法模块；
所述的图像识别模块(11)还包括用于检测眼视目标体反光亮度的眼视目标体亮度检测模块；
所述的图像识别模块(11)包括有用于检测用户疲劳程度的疲劳检测算法模块和用于检测用户学习专注度的专注度检测算法模块；
所述的控制模块(1)连接有无线模块(8)，并通过所述无线模块(8)连接于家长端。
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