CN114399786A - 一种学习桌的视觉纠正握笔系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种学习桌的视觉纠正握笔系统及其控制方法，其中该系统包括：视频采集模块，用于采集用户的书本放置位置和握笔姿势；控制模块，用于依次判断用户的书本放置位置和握笔姿势是否正确；报警装置，用于根据控制模块的判断结果发出警报信息提示用户纠正书本位置或握笔姿势；控制模块与视频采集模块和报警装置之间实现数据传输。本发明涉及的系统及方法，通过视觉识别系统监督孩子的握笔方式，判定握笔姿势是否正确，并给以示警，结构简单，方案易被客户认可，实用性强，能帮助孩子纠正写姿，并且让学习桌智能化，让人们无时无刻都体会到人工智能带来的舒适感。

Description

一种学习桌的视觉纠正握笔系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及学习桌智能化设计技术领域，具体涉及一种学习桌的视觉纠正握笔系统及其控制方法。

背景技术

近年来，人们的生活及消费水平越来越高，对孩子的成长及学习也非常重要。大多数的父母在孩子幼年时就会注重孩子的握笔方法及写字规范，现在市面上有各种各样的学习桌，它们都可通过调节椅子的高度及弯曲度来帮忙孩子们达到正确的坐姿，同时也可通过调节桌面来找到每个小孩合适的放置书本的位置，或者通过在书架背面安装支架，可调高度，主要目的是方便阅读，保持良好坐姿。

每个家庭的学习桌，成了孩子放学回家后呆的时间最长的地方，特别是上了小学的孩子，据了解，他们平均每天会花近3个小时在学习桌上写作业。尽管有学习桌机械上帮忙纠正坐姿，但其写字握笔方式无法纠正，并且长时间的久坐握笔写字，难免会累，就会坚持不下来，从而握笔更不规正。久而久之，就会造成视力差，字写不规范等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种学习桌的视觉纠正握笔系统及其控制方法，在普通学习桌上加装一个视觉识别系统，用于监督孩子的握笔方式，通过判断，用于判定握笔姿势是否正确，并给以示警。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种学习桌的视觉纠正握笔系统，包括：视频采集模块，用于采集用户的书本放置位置和握笔姿势；控制模块，用于依次判断用户的书本放置位置和握笔姿势是否正确；报警装置，用于根据控制模块的判断结果发出警报信息提示用户纠正书本位置或握笔姿势；控制模块与视频采集模块和报警装置之间实现数据传输。

根据本发明的学习桌的视觉纠正握笔系统，在普通学习桌上加装一个视觉识别系统，用于监督孩子的握笔方式，通过判断，用于判定握笔姿势是否正确，并给以示警，结构简单，方案易被客户认可，实用性强，能帮助孩子纠正写姿，并且让学习桌智能化，让人们无时无刻都体会到人工智能带来的舒适感。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的学习桌的视觉纠正握笔系统，在一个优选的实施方式中，视频采集模块包括人脸识别单元。

通过人脸识别单元，在系统开机后先进行人脸识别是否有人使用学习桌，如果没人使用，可以及时关闭系统，从而达到智能节能的目的。

进一步地，在一个优选的实施方式中，本发明的学习桌的视觉纠正握笔系统还包括无线通讯模块，用于实现控制模块与视频采集模块和报警装置之间的数据传输。

本发明的系统可以通过嵌入式系统，简单进行视频采集，内置无线通讯模块，联网，然后将数据传到云端服务器，进行特征提取、特征分析，返回握笔姿势判定结果给嵌入式系统，再由嵌入式系统进行预警。

进一步地，在一个优选的实施方式中，无线通讯模块包括WIFI模块和/或蓝牙芯片。

采用上述成熟的无线传输技术，能够节省整个系统的成本，并确保整个系统的工作过程稳定可靠。

具体地，在一个优选的实施方式中，报警装置包括显示屏和报警灯。

采用显示屏与报警灯的方式对用户进行报警提醒，简单直观。

进一步地，在一个优选的实施方式中，报警装置包括扬声器。

采用扬声器进行语音播报的方式对银狐进行报警提醒，更加简单直观，且易于布置，成本低。

本发明第二方面的学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，采用上述所述的学习桌的视觉纠正握笔系统实施，包括如下步骤：S01、视频采集模块采集书本位置信息及用户的握笔姿势；S02、控制模块根据书本位置信息判断书本放置是否合理，如果判断出书本放置不合理，发出控制信息给报警装置，报警装置发出警报；S03、当控制模块判断出书本放置正确后，对视频采集模块采集的握笔姿势进行识别判断大拇指和食指的位置是否正确，如果判断出大拇指和食指的位置不正确，发出控制信号给报警装置，报警装置发出警报；S04、控制模块计算出笔杆与桌面的角度并将计算结果与预设标准值进行对比，判断是否达到要求，如果判断出没有达到要求，发出控制信号给报警装置，报警装置发出警报。

根据本发明的学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，先通过书本或纸边与学习桌板边的平行对比，判断书本的放置合理与否，写字姿势要规范，先书本要方正，然后才是握笔姿势，当书本放置正确后，进一步通过对人握笔时图像的识别，判断大姆指和食指位置正确与否，然后再进一步判断笔杆与桌面的夹角与标准角度对比，来判断握笔是否正确，当没有达到要求时，进行报警提示。

正确的拿笔姿势是：右手拇指在笔杆左侧，食指稍微靠后一点，两指紧紧夹住笔杆，笔杆向右往后倾斜，紧贴在食指的第三关节与虎口之间，手掌和手臂成一条直线，笔杆与纸面的夹角约为65度。

进一步地，在一个优选的实施方式中，在步骤S01中、系统启动后，先进行人脸识别，判断是否有用户，如果没有用户，预设时长后自动关闭系统。

系统开机后，先进行人脸识别判断是否有人使用学习桌，如果没有用户使用自动关闭系统，从而达到智能节能的目的。

具体地，在一个优选的实施方式中，在步骤S02中，视频采集将桌面上靠近用户的侧边的其中一端点作为原点C，其坐标为C(0,0)，将另一端点作为识别标记D，其坐标为D(Xd,0)，视频采集的到书本上靠近用户的侧边两端点A(Xa,Ya)和B(Xb,Yb)的坐标，其中X表示学习桌侧边的横轴，Y表示纵轴，提取出Ya和Yb的值，计算出绝对差值Y_△＝Yb-Ya，然后将绝对差值Y_△与其预设值进行对比判断书本的放置是否合理。

通过坐标判断的方法识别书本的摆放是否正确，计算过程简单，结果精准，能够确保系统的工作过程稳定可靠。

具体地，在一个优选的实施方式中，在步骤S04中，视频采集笔尖在桌面上的投影点E作为原点，其坐标为E(0,0),采集笔杆顶点在桌面上的垂直投影点作为坐标识别标记F，其坐标为F(Fx,Fy)，采集笔杆顶点G的坐标G(Gx,Gy),其中X表示学习桌侧边的横轴，Y表示纵轴，通过正切函数Tan(a)＝Gx/Gy,得到笔杆与桌面的夹角a，通过计算夹角a与预设标准角度的绝对差值a△＝预设标准角度-a，判断其是否在预设范围内。

通过采集到图像的像素及坐标计算，通过坐标判断的方法计算出握笔的角度，与标准角度对比，从而判断握笔姿势是否正确，计算过程简单，结果精准，能够确保系统的工作过程稳定可靠。

相比现有技术，本发明的优点在于：在普通学习桌上加装一个视觉识别系统，用于监督孩子的握笔方式，通过判断，用于判定握笔姿势是否正确，并给以示警，结构简单，方案易被客户认可，实用性强，能帮助孩子纠正写姿，并且让学习桌智能化，让人们无时无刻都体会到人工智能带来的舒适感。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例中学习桌的整体结构；

图2示意性显示了本发明实施例中的握笔姿势；

图3示意性显示了本发明实施例中视觉纠正握笔系统的控制方法的流程。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例中学习桌的整体结构。图2示意性显示了本发明实施例中的握笔姿势。图3示意性显示了本发明实施例中视觉纠正握笔系统的控制方法。

实施例1

如图1所示，本发明实施例的学习桌的视觉纠正握笔系统，包括：视频采集模块1，用于采集用户的书本放置位置和握笔姿势；控制模块，用于依次判断用户的书本放置位置和握笔姿势是否正确；报警装置2，用于根据控制模块的判断结果发出警报信息提示用户纠正书本位置或握笔姿势；控制模块与视频采集模块1和报警装置2之间实现数据传输。

根据本发明实施例的学习桌的视觉纠正握笔系统，在普通学习桌上加装一个视觉识别系统，用于监督孩子的握笔方式，通过判断，用于判定握笔姿势是否正确，并给以示警，结构简单，方案易被客户认可，实用性强，能帮助孩子纠正写姿，并且让学习桌智能化，让人们无时无刻都体会到人工智能带来的舒适感。

进一步地，在本实施例中，视频采集模块1包括人脸识别单元。

通过人脸识别单元，在系统开机后先进行人脸识别是否有人使用学习桌，如果没人使用，可以及时关闭系统，从而达到智能节能的目的。

进一步地，本实施例中的学习桌的视觉纠正握笔系统还包括无线通讯模块，用于实现控制模块与视频采集模块和报警装置之间的数据传输。本发明实施例的系统可以通过嵌入式系统，简单进行视频采集，内置无线通讯模块，联网，然后将数据传到云端服务器，进行特征提取、特征分析，返回握笔姿势判定结果给嵌入式系统，再由嵌入式系统进行预警。

进一步地，在本实施例中，无线通讯模块包括WIFI模块和/或蓝牙芯片。采用上述成熟的无线传输技术，能够节省整个系统的成本，并确保整个系统的工作过程稳定可靠。

具体地，在本实施例中，报警装置2采用显示屏和报警灯的组合形式。采用显示屏与报警灯的方式对用户进行报警提醒，简单直观。具体地，在本实施例中，报警装置也可以采用扬声器。采用扬声器进行语音播报的方式对银狐进行报警提醒，更加简单直观，且易于布置，成本低。

实施例2

如图3所示，本发明实施例的学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，采用上述所述的学习桌的视觉纠正握笔系统实施，包括如下步骤：S01、视频采集模块采集书本位置信息及用户的握笔姿势；S02、控制模块根据书本位置信息判断书本放置是否合理，如果判断出书本放置不合理，发出控制信息给报警装置，报警装置发出警报；S03、当控制模块判断出书本放置正确后，对视频采集模块采集的握笔姿势进行识别判断大拇指和食指的位置是否正确，如果判断出大拇指和食指的位置不正确，发出控制信号给报警装置，报警装置发出警报；S04、控制模块计算出笔杆与桌面的角度并将计算结果与预设标准值进行对比，判断是否达到要求，如果判断出没有达到要求，发出控制信号给报警装置，报警装置发出警报。

根据本发明实施例的学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，先通过书本或纸边与学习桌板边的平行对比，判断书本的放置合理与否，写字姿势要规范，先书本要方正，然后才是握笔姿势，当书本放置正确后，进一步通过对人握笔时图像的识别，判断大姆指和食指位置正确与否，然后再进一步判断笔杆与桌面的夹角与标准角度对比，来判断握笔是否正确，当没有达到要求时，进行报警提示。

如图1所示，具体地，在本实施例中，在步骤S02中，视频采集将桌面上靠近用户的侧边的其中一端点作为原点C，其坐标为C(0,0)，将另一端点作为识别标记D，其坐标为D(Xd,0)，用于将A和D点这一条直线定义为X轴，视频采集的到书本上靠近用户的侧边两端点A(Xa,Ya)和B(Xb,Yb)的坐标，其中X表示学习桌侧边的横轴，Y表示纵轴，提取出Ya和Yb的值，计算出绝对差值Y_△＝Yb-Ya，然后将绝对差值Y_△与其预设值Y_预设进行对比判断书本的放置是否合理。事先通过测试及计算，得到Y_预设，例如在－3～3范围内，若Y_△在预设范围内，说明书本摆放正确，若不在预设范围内，控制模块控制报警装置进行警报提示，提醒用户在写字或阅读时，都要将书本放正，然后才是握姿。通过坐标判断的方法识别书本的摆放是否正确，计算过程简单，结果精准，能够确保系统的工作过程稳定可靠。

当书本放置正确后，进一步通过图像的识别判断握姿中大拇指和食指的位置正确与否。如图2所示，正确的拿笔姿势是：右手拇指在笔杆左侧，食指稍微靠后一点，两指紧紧夹住笔杆，笔杆向右往后倾斜，紧贴在食指的第三关节与虎口之间，手掌和手臂成一条直线，笔杆与纸面的夹角约为65度。具体地，在本实施例中，通过图像采集模块，比如摄像头，采集到用户握笔的姿势，MCU控制模块识别图像并处理信息，通过判断大拇指和食指的位置，右手大拇指在笔杆的左边，食指在笔杆的右边。若采集的图像是大拇指压住食指或者食指压住大拇指等不正确的姿势，都提示报警。

如图2所示，具体地，在本实施例中，在步骤S04中，视频采集笔尖在桌面上的投影点E作为原点，其坐标为E(0,0),采集笔杆顶点在桌面上的垂直投影点作为坐标识别标记F，其坐标为F(Fx,Fy)，采集笔杆顶点G的坐标G(Gx,Gy),其中X表示学习桌侧边的横轴，Y表示纵轴，通过正切函数Tan(a)＝Gx/Gy,得到笔杆与桌面的夹角a，通过计算夹角a与预设标准角度65度的绝对差值a△＝预设标准角度65度-a，判断其是否在预设范围J_预设内。J_预设＝1～5度，而a△＝65度-a，若a△在J_预设范围内，则使用者握笔姿式正确，否则警报，提醒使用者纠正握笔姿式。通过采集到图像的像素及坐标计算，通过坐标判断的方法计算出握笔的角度，与标准角度对比，从而判断握笔姿势是否正确，计算过程简单，结果精准，能够确保系统的工作过程稳定可靠。

如图3所示，进一步地，在本实施例中，在步骤S01中、系统启动后，先进行人脸识别，判断是否有用户，如果没有用户，预设时长后自动关闭系统。系统开机后，先进行人脸识别判断是否有人使用学习桌，如果没有用户使用自动关闭系统，从而达到智能节能的目的。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的学习桌的视觉纠正握笔系统，在普通学习桌上加装一个视觉识别系统，用于监督孩子的握笔方式，通过判断，用于判定握笔姿势是否正确，并给以示警，结构简单，方案易被客户认可，实用性强，能帮助孩子纠正写姿，并且让学习桌智能化，让人们无时无刻都体会到人工智能带来的舒适感。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种学习桌的视觉纠正握笔系统，其特征在于，包括

视频采集模块，用于采集用户的书本放置位置和握笔姿势；

控制模块，用于依次判断用户的书本放置位置和握笔姿势是否正确；

报警装置，用于根据所述控制模块的判断结果发出警报信息提示用户纠正书本位置或握笔姿势；

所述控制模块与所述视频采集模块和所述报警装置之间实现数据传输。

2.根据权利要求1所述的学习桌的视觉纠正握笔系统，其特征在于，

所述视频采集模块包括人脸识别单元。

3.根据权利要求1或2所述的学习桌的视觉纠正握笔系统，其特征在于，所述系统还包括无线通讯模块，用于实现所述控制模块与所述视频采集模块和所述报警装置之间的数据传输。

4.根据权利要求3所述的学习桌的视觉纠正握笔系统，其特征在于，所述无线通讯模块包括WIFI模块和/或蓝牙芯片。

5.根据权利要求1或2所述的学习桌的视觉纠正握笔系统，其特征在于，所述报警装置包括显示屏和报警灯。

6.根据权利要求1或2所述的学习桌的视觉纠正握笔系统，其特征在于，所述报警装置包括扬声器。

7.一种学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，采用上述权利要求1至6中任一项所述的学习桌的视觉纠正握笔系统实施，其特征在于，包括如下步骤：

S01、视频采集模块采集书本位置信息及用户的握笔姿势；

S02、控制模块根据书本位置信息判断书本放置是否合理，如果判断出书本放置不合理，发出控制信息给报警装置，报警装置发出警报；

S03、当控制模块判断出书本放置正确后，对视频采集模块采集的握笔姿势进行识别判断大拇指和食指的位置是否正确，如果判断出大拇指和食指的位置不正确，发出控制信号给报警装置，报警装置发出警报；

S04、控制模块计算出笔杆与桌面的角度并将计算结果与预设标准值进行对比，判断是否达到要求，如果判断出没有达到要求，发出控制信号给报警装置，报警装置发出警报。

8.根据权利要求7所述的学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤S01中、系统启动后，先进行人脸识别，判断是否有用户，如果没有用户，预设时长后自动关闭系统。

9.根据权利要求7所述的学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤S02中，视频采集将桌面上靠近用户的侧边的其中一端点作为原点C，其坐标为C(0,0)，将另一端点作为识别标记D，其坐标为D(Xd,0)，视频采集的到书本上靠近用户的侧边两端点A(Xa,Ya)和B(Xb,Yb)的坐标，其中X表示学习桌侧边的横轴，Y表示纵轴，提取出Ya和Yb的值，计算出绝对差值Y_△＝Yb-Ya，然后将绝对差值Y_△与其预设值进行对比判断书本的放置是否合理。

10.根据权利要求7所述的学习桌的视觉纠正握笔系统的控制方法，其特征在于，在所述步骤S04中，视频采集笔尖在桌面上的投影点E作为原点，其坐标为E(0,0),采集笔杆顶点在桌面上的垂直投影点作为坐标识别标记F，其坐标为F(Fx,Fy)，采集笔杆顶点G的坐标G(Gx,Gy),其中X表示学习桌侧边的横轴，Y表示纵轴，通过正切函数Tan(a)＝Gx/Gy,得到笔杆与桌面的夹角a，通过计算夹角a与预设标准角度的绝对差值a△＝预设标准角度-a，判断其是否在预设范围内。

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