CN115956273A - 用于数字保健的系统和方法 - Google Patents

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M·甘斯比
F·格林
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Abstract

提供了监测操作计算设备的用户并向所述用户提供关于与操作所述计算设备相关联的健康与安全最佳实践的主动反馈的系统和相关联的方法。所述方法包括：获得用户生物识别数据；将所述生物识别数据转换为健康与安全用户设备操作用例的可执行实例；以及基于所述可操作实例与所述用户交互，以便改善或补救与推荐的健康与安全用户设备操作实践的任何偏差。

Description

用于数字保健的系统和方法
技术领域
以下涉及用于促进数字保健(digital wellness)的系统和方法，特别是涉及用于通过用户检测和跟踪来监测数字健康与安全性的系统和方法。
背景技术
当电子设备(诸如工作和个人计算机、手机和智能手表)始终在线且始终连接的时候，人们使用这些设备所花费的时间量越来越多。更智能、更便携的设备对于数字保健的新颖概念而言是有效的。数字保健可以从两个有些相对的观点来定义。
数字保健可以被认为涵盖其中数字设备和应用通过其连续使用帮助改善人类福祉的生活的方面。一些值得注意的此类设备和应用的实例包括活动跟踪器、心率监测器或智能手表。
然而，在数字保健行业中存在数字保健的被较少探索的另一方面，即，数字卫生(digital hygiene)。可以通过使用阻止或防止用户超过某些设备(诸如工作和个人计算机、平板计算机和智能电话)的推荐使用时间和/或频率的设备和应用的集合来改善或维护数字卫生。
根据来自美国眼科学会[1]的最新研究，办公室工作人员在计算机屏幕前平均每年花费1700小时。该延长的屏幕时间导致对眼睛过劳、干眼、头痛和失眠症的抱怨增加。根据同一来源，眼睛过劳和干眼主要是由因将眼睛聚焦在计算机屏幕或其他数字显示器上而降低的眨眼率引起的。眨眼率降低可以是平均眨眼率的三分之一至二分之一之间的任何值。
美国光学协会列出了眼睛过劳、头痛、模糊视力、干眼、颈部和肩部疼痛[2]作为与数字眼睛过劳(也称为计算机视觉综合症(CVS))相关联的常见症状。引起CVS的主要原因是不适当的观看距离和不良的坐姿。
不良屏幕分辨率、不适当的观看距离和不良的坐姿由加拿大职业健康与安全中心标识为引起眼睛不适的主要原因[3]。
虽然不适当的数字保健可能负面地影响身体健康，但是已经认识到，还可能存在社会和心理后果。根据2018办公团队的调查[4]，49％的加拿大工人将他们的午休时间花费在网络冲浪或浏览社交媒体。来自2019年安格斯里德研究所的又一调查表明，46％的加拿大父母担心他们的孩子在屏幕前花费太多时间。
解决数字卫生问题的许多现有技术限于基于时间表的屏幕时间应用、基于软件的蓝光滤波或简单的倒计时休息提醒。这些技术并不会而且也无法考虑用户的存在、身份或身体特征。
期望开发用于促进数字保健的改进的系统和方法。
发明内容
本文提供了监测操作计算设备的用户并向所述用户提供关于与操作所述计算设备相关联的健康与安全最佳实践的主动反馈的系统和相关联的方法。所述方法包括：获得用户生物识别数据；将所述生物识别数据转换为健康与安全用户设备操作用例的可执行实例；以及基于所述可执行实例与所述用户交互，以便改善或补救与推荐的健康与安全用户设备操作实践的任何偏差。
在一个方面，本文提供了一种监测操作计算设备的用户的数字健康与安全的系统，该系统包括：
[a]至少一个成像模块，该至少一个成像模块被配置成获取包括用户的场景的图像数据；
[b]用户检测与跟踪模块，该用户检测与跟踪模块被配置成从图像数据中提取用户人体测量特征；
[c]生物识别数据提取模块，该生物识别数据提取模块被配置成基于人体测量特征来确定生物识别数据，生物识别数据包括三维头部姿势、眼睛位置、眼睛张开度和三维特定视角数据中的至少一者；以及
[d]数字保健监测器模块，该数字保健监测器模块被配置成分析生物识别数据，以确定至少一个数字保健度量，以供在一个或更多个数字保健方法中用于向用户提供关于他们操作计算设备的反馈。
在一个实现中，成像模块包括可见光传感器、红外光传感器、专用可见光传感器和专用红外光传感器两者、组合式可见红外光传感器、可见光传感器和飞行时间(ToF)传感器两者、红外光传感器和TOF传感器两者或其组合。
在另一实现中，成像模块被配置成：在连续帧模式、突发帧模式和单帧模式中的至少一者中运行。
在又一实现中，生物识别数据提取模块还被配置成：执行生物识别数据的数据噪声滤波、数据融合和数据降维中的一者或更多者。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：将相关联的数字保健度量存储在一个或更多个数据库中。
在又一实现中，系统还包括：用于实现一个或更多个数字保健方法的数字保健辅助模块，数字保健辅助模块与数字保健监测器模块对接，以便向用户提供反馈，反馈是数字保健警报、报告、通知消息和提示中的一者或更多者。
在又一实现中，数字保健方法中的一者是屏幕时间管理方法，屏幕时间管理方法包括：
[a]初始化步骤，在初始化步骤中，当用户在场景中首次被检测到用户看屏幕时启动屏幕时间计数器；
[b]当用户不看屏幕时，暂停屏幕时间计数器；
[c]当用户看屏幕时，重启屏幕时间计数器；以及
[d]如果满足连续监测的预定义屏幕时间条件，则从步骤a)重复方法，否则从步骤b)重复方法。
在又一实现中，预定义屏幕时间条件是用户在设定时间帧内已达到设定屏幕时间限制。
在又一实现中，数字保健监测器模块通信地联接到本地数字保健记录器和/或云数字保健记录器，以在本地数字保健记录器和/或云数字保健记录器上存储每天、每周、每月和每年的屏幕时间统计信息。
在又一实现中，数字保健度量包括自上次屏幕休息以来的屏幕时间、总的每日屏幕时间、以及在标准或用户指定的时间段上的屏幕时间。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：使管理员能够设定预定义屏幕时间条件。
在又一实现中，数字保健模块还被配置成：通过锁定和/或关闭屏幕达指定时间量来使用设定屏幕时间限制，以强制实施屏幕时间休息。
在又一实现中，数字保健方法中的一者是眼睛护理管理方法。
在又一实现中，眼睛护理管理方法包括：眼睛休息检查，以确定是否需要提示用户离开屏幕进行眼睛休息；以及眼睛休息验证过程，以确认用户已经采取了推荐的眼睛休息。
在又一实现中，当用户被数字保健监测器模块登记为不看一个屏幕或多个屏幕达预定义的时间段时，眼睛休息被验证。
在又一实现中，眼睛休息验证遵循以下规则：每20分钟，用户被提示从屏幕移开看20英尺远的物体20秒。
在又一实现中，数字保健模块还被配置成：使得管理员能够强制实施眼睛护理休息检查和眼睛休息验证。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：监测眨眼率，以估计用户的数字眼睛过劳和/或眼睛干燥度。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：经由数字辅助提示用户采取短屏幕休息、主动地增加他们的眨眼率、或使用滴眼液或其他干眼缓解产品。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：根据眨眼率来估计用户的疲劳或困倦。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：如果用户被确定为具有预定水平的疲劳或困倦并且正在执行安全关键任务，则采取即时预防动作。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：实现身体姿态监测方法，以确定用户的姿态质量。
在又一实现中，头部姿势是六自由度头部姿势。
在又一实现中，姿态质量是基于用户是否坐在距屏幕的最小距离处并且他们的头部未处于极端角度的。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：经由数字保健辅助通知用户校正身体姿态，并且如果姿态质量被确定为不良，则提示持续直到用户移动回超出不良姿态警告距离。
在又一实现中，提示能够经由数字保健辅助被解除或延迟。
在又一实现中，数字保健监测模块还被配置成：使得管理员能够强制实施身体姿态的校正。
在又一实现中，一个或更多个数字保健方法是屏幕分辨率辅助，并且数字保健监测模块还被配置成：使得能够基于眨眼率模式、眼睛移动、特定视角模式、头部移动、用户距屏幕的距离或其组合来实现屏幕的分辨率的被动调整或主动调整。
在又一实现中，数字保健监测模块还被配置成：作为提示或通过将分辨率改变为新的分辨率并询问用户他们是否想要保持新的分辨率来向用户推荐屏幕分辨率的改变。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：当用户朝向或远离屏幕移动时，在没有用户输入的情况下动态地改变屏幕分辨率。
在又一实现中，数字保健监测模块还被配置成：基于用户的历史数字保健数据来建议改善的屏幕分辨率，历史数字保健数据包括眨眼率行为、眯眼和用户相对于显示器的运动的时间分析中的一者或更多者。
在又一实现中，至少一个数字保健方法中的一者是面部触摸预防，并且数字保健监测器模块还被配置成通过使用用户的身体跟踪来监测面部触摸，并且向用户提供面部触摸相关信息。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：使得用户或管理员能够通过设定频率或时间帧阈值或使得能够对提示进行延迟或解除中的一者或更多者来修改提示。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：通过监测眼睛摩擦或任何其他手和手指与眼睛的接触来得到身体跟踪信息，以估计疲劳、困倦和眼睛过劳。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：检测咬指癖，并且利用警告或一系列升级的警告来提示用户，警告或一系列升级的警告能够最终指导用户采取屏幕休息。
在另一方面，提供了一种监测操作计算设备的用户的数字健康与安全的方法，方法包括：
[a]使用成像模块获取包括用户的场景的图像数据；
[b]使用用户检测与跟踪模块从图像数据中提取用户人体测量特征；
[c]使用生物识别数据提取模块，基于人体测量特征来确定生物识别数据，生物识别数据包括三维头部姿势、眼睛位置、眼睛张开度和三维特定视角数据中的至少一者；以及
[d]使用数字保健监测模块分析生物识别数据，以确定至少一个数字保健度量，以供在一个或更多个数字保健方法中用于向用户提供关于他们操作计算设备的反馈。
在该方法的实现中，成像模块使用可见光传感器、红外光传感器、专用可见光传感器和专用红外光传感器两者、组合式可见红外光传感器、可见光传感器和飞行时间(ToF)传感器两者、红外光传感器和TOF传感器两者或其组合来获取图像数据。
在该方法的另一实现中，成像模块被配置成：在连续帧模式、突发帧模式和单帧模式中的至少一者中运行。
在又一实现中，方法还包括：在步骤d)之前执行生物识别数据的数据噪声滤波、数据融合和数据降维中的一者或更多者。
在又一实现中，方法还包括：将相关联的数字保健度量存储在一个或更多个数据库中。
在又一实现中，方法还包括：经由与数字保健监测器模块对接的数字保健辅助模块向用户提供反馈，反馈是数字保健警报、报告、通知消息和提示中的一者或更多者。
在又一实现中，数字保健方法中的一者是屏幕时间管理方法，屏幕时间管理方法包括：
[a]初始化步骤，在初始化步骤中，当用户在场景中首次被检测到用户看屏幕时启动屏幕时间计数器；
[b]当用户不看屏幕时，暂停屏幕时间计数器；
[c]当用户看屏幕时，重启屏幕时间计数器；以及
[d]如果满足连续监测的预定义屏幕时间条件，则从步骤a)重复方法，否则从步骤b)重复方法。
在又一实现中，预定义屏幕时间条件是用户在设定时间帧内已达到设定屏幕时间限制。
在又一实现中，方法还包括：在一个或更多个数据库上存储每天、每周、每月和每年的屏幕时间统计信息。
在又一实现中，数字保健度量包括：自上次屏幕休息以来的屏幕时间、总的每日屏幕时间、以及在标准或用户指定的时间段上的屏幕时间。
在又一实现中，数字保健监测器模块被用于：使管理员能够设定预定义屏幕时间条件。
在又一实现中，数字保健监测器模块通过锁定和/或关闭屏幕达指定时间量来使用设定屏幕时间限制，以强制实施屏幕时间休息。
在又一实现中，数字保健方法中的一者是眼睛护理管理方法。
在又一实现中，眼睛护理管理方法包括：眼睛休息检查，以确定是否需要提示用户离开屏幕进行眼睛休息；以及眼睛休息验证过程，以确认用户已经采取了推荐的眼睛休息。
在又一实现中，当用户被数字保健监测器模块登记为不看一个屏幕或多个屏幕达预定义的时间段时，眼睛休息被验证。
在又一实现中，眼睛休息验证遵循以下规则：每20分钟，用户被提示看20英尺远的物体20秒。
根据权利要求49所述的方法，数字保健模块还被配置成：使得管理员能够强制实施眼睛护理休息检查和眼睛休息验证。
在又一实现中，数字保健监测器模块被用于：监测眨眼率，以估计用户的数字眼睛过劳和/或眼睛干燥度。
在又一实现中，数字保健监测器模块被用于：经由数字辅助提示用户采取短屏幕休息、主动地增加他们的眨眼率、或使用滴眼液或其他干眼缓解产品。
在又一实现中，数字保健监测器模块被用于：根据眨眼率来估计用户的疲劳或困倦。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：如果用户被确定为具有预定水平的疲劳或困倦并且正在执行安全关键任务，则采取即时预防动作。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：实现身体姿态监测方法，以确定用户的姿态质量。
在又一实现中，头部姿势是六自由度头部姿势。
在又一实现中，姿态质量是基于用户是否坐在距屏幕的最小距离处并且他们的头部未处于极端角度的。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：经由数字保健辅助通知用户校正身体姿态，并且如果姿态质量被确定为不良，则提示持续直到用户移动回超出不良姿态警告距离。
在又一实现中，提示能够经由数字保健辅助被解除或延迟。
在又一实现中，数字保健监测模块还被配置成：使得管理员能够强制实施身体姿态的校正。
在又一实现中，一个或更多个数字保健方法是屏幕分辨率辅助，并且数字保健监测模块还被配置成：使得能够基于眨眼率模式、眼睛移动、特定视角模式、头部移动、用户距屏幕的距离或其组合来实现屏幕的分辨率的被动调整或主动调整。
在又一实现中，数字保健监测模块还被配置成：作为提示或通过将分辨率改变为新的分辨率并询问用户他们是否想要保持新的分辨率来向用户推荐屏幕分辨率的改变。
在又一实现中，数字保健监测器模块还被配置成：当用户朝向或远离屏幕移动时，在没有用户输入的情况下动态地改变屏幕分辨率。
在又一实现中，数字保健监测模块还被配置成：基于用户的历史数字保健数据来建议改善的屏幕分辨率，历史数字保健数据包括眨眼率行为、眯眼和用户相对于显示器的运动的时间分析中的一者或更多者。
在又一实现中，至少一个数字保健方法中的一者是面部触摸预防，并且数字保健监测器模块还被配置成：通过使用用户的身体跟踪来监测面部触摸，并且向用户提供面部触摸相关信息。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：使得用户或管理员能够通过设定频率或时间帧阈值或使得能够对提示进行延迟或解除中的一者或更多者来修改提示。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：通过监测眼睛摩擦或任何其他手和手指与眼睛的接触来得到身体跟踪信息，以估计疲劳、困倦和眼睛过劳。
在又一实现中，数字保健监测器模块被配置成：检测咬指癖，并且利用警告或一系列升级的警告来提示用户，警告或一系列升级的警告能够最终指导用户采取屏幕休息。
在又一方面中，提供了一种计算设备，该计算设备包括一个或更多个处理器和至少一个存储介质，至少一个存储介质包含非暂时性计算机可读指令，非暂时性计算机可读指令用于由一个或更多个处理器执行以使所述一个或更多个处理器执行方法中的任一者。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式来描述实施方式，其中：
图1是用于监测用户的数字保健的系统的框图。
图2a和图2b是示出在提供屏幕时间计数器和/或屏幕时间管理器数字保健功能时由系统执行的计算机可执行指令的示例的流程图。
图3是通信接口的示例图示，图1中所示的数字保健辅助能够通过该通信接口向用户呈现屏幕时间计数器分析。
图4是示出当提供眼睛休息(eye break)数字保健功能时由系统执行的计算机可执行指令的示例集合的流程图。
图5是当提供眼睛休息数字保健功能时，在用户与数字保健辅助之间的交互步骤的示例的框图。
图6是示出当提供不良姿态监测数字保健功能时由系统执行的示例计算机可执行指令集的流程图。
图7是当提供不良姿态监测数字保健功能时，在用户与数字保健辅助之间的交互步骤的示例的框图。
图8是示出当提供最佳显示器分辨率数字保健功能时由系统执行的计算机可执行指令的示例的流程图。
具体实施方式
本文提供了用于用户感知的数字保健用例的系统和方法。
应当理解，为了说明的简单和清楚，在认为适当的情况下，可以在附图中重复附图标记以指示对应或类似的要素。另外，阐述了许多具体细节以便提供对本文所描述的示例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践本文中所描述的示例。在其他实例中，没有详细描述公知的方法、过程和组件，以免模糊本文描述的示例。此外，该描述不应被视为限制本文所描述的示例的范围。
还应当理解，本文所使用的示例和对应的图仅仅是为了说明的目的。在不脱离本文中所表达的原理的情况下，可以使用不同的配置和术语。例如，在不脱离这些原理的情况下，可以以不同的连接添加、删除、修改或布置组件和模块。
已经通过许多官方健康与安全指南来认识到，在延长的时间段内执行密集计算机工作的人可能具有发展多个特定健康问题的增加的风险。这样的指南推荐雇员采取规则的短屏幕时间休息并保持正确的坐姿和屏幕观看距离。虽然健康与安全指南中明确规定了问题、相关负面影响和缓解策略，但实现完全取决于用户。
还已经认识到，缓解策略可以仅与用户在延长的时间段观看计算机屏幕时记住更频繁地眨眼、正确地坐下或维持距屏幕的推荐距离的能力一样有效。记住这些策略，同时执行密集计算机工作对于计算机用户来说往往是困难的。
使用户能够在缓解策略实现和强制执行中具有被动角色可以减少用户的认知负荷并帮助他们集中在他们的任务上，这进而可以增加缓解策略的有效性。
提供了用于借助于检测和跟踪计算机用户的身体、面部、眼睛或特定视角(gaze)的至少一个方面来实现数字保健策略或使用情况的系统和方法。
转向图1，示出了用于数字保健的系统100，该系统包括成像模块102，该成像模块102被配置成提供包含计算机用户的身体、面部、眼睛或特定视角(gaze)的至少一个方面的场景的图像馈送。系统100还包括用于从成像模块102接收图像馈送的用户检测与跟踪单元103。用户检测与跟踪单元103可以被配置成运行用于检测和跟踪用户的身体、面部、眼睛和特定视角中的一者或更多者的机器可执行算法的集合。在检测和跟踪用户的身体、面部、眼睛或特定视角之后，用户检测与跟踪单元103可以输出用户特征的集合。该用户特征的集合可以包括但不限于面部轮廓界标(landmark)、嘴部和鼻部界标、眼睛轮廓界标、瞳孔和虹膜界标。用户生物识别数据提取单元104可以被配置成处理所述用户特征的集合以便提取用户特定特性。用户特定特性的集合可以包含但不限于六自由度(6DoF)头部姿势信息、眼睛位置、眼睛张开度、三维特定视角数据和用户身份。单元104可以被配置成将所提取的用户生物识别数据发送到生物识别数据后处理单元105。生物识别数据后处理单元105可以被配置成执行数据处理方法，其包括但不限于数据噪声滤波、数据融合、数据降维。系统100还包括数字保健监测器106，数字保健监测器106被配置成从后处理单元105接收预处理后的生物识别数据。数字保健监测器106可以使用经后处理的生物识别数据来计算一系列数字保健度量，并且启用相关数字保健用例的实现。保健监测器106还可以负责将数字保健度量存储到本地和/或云数字保健记录器107中。数字保健监测器106还连接到数字保健辅助108，数字保健辅助108被用作用户通信接口109，数字保健警报、报告和任何其他类型的消息经由该用户通信接口109呈现给用户101。
成像模块102可以包括可见光传感器、红外光传感器、专用可见光传感器和专用红外光传感器两者、组合式可见红外光传感器、可见光传感器和飞行时间(ToF)传感器两者、红外光传感器和TOF传感器两者、一个或更多个其他合适的传感器或其任何组合。
成像模块102可以被配置成在一个或更多个模式中运行，所述一个或更多个模式包含(但不限于)连续帧模式、突发帧模式及单帧模式。
在一个方面，数字保健监测器106可以使用屏幕时间计数器循环200(图2)来测量用户的屏幕时间。循环200在下文中可以被称为“屏幕时间计数器用例”。屏幕时间计数器循环200可以开始于初始化步骤201，初始化步骤201又激活用户生物识别数据逻辑202。用户生物识别数据逻辑202可以提供用户状态循环，以用于取决于用户是否正在看屏幕而开始和暂停屏幕时间计数器。当用户看屏幕时，可以启用屏幕时间计数器(203、204)。如果检测到用户在看别处(209)，则可以暂停屏幕时间计数器(208)。在步骤205，可以记录大多数或全部启动和暂停事件，以由屏幕时间管理器块在步骤206使用。在步骤206处的屏幕时间管理器(其可以是数字保健监测器106的一部分)可以在步骤207产生或发起屏幕时间计数器重置命令，以用于局部事件并重新初始化屏幕时间计数器(201)，从而重启循环200。这样的局部事件可以包括例如用户101达到预定义的屏幕时间限制。
在屏幕时间计数器用例的示例实施方式中，屏幕时间管理器逻辑206(数字保健监测器106的一部分)还连接到全局数字保健记录器107，全局数字保健记录器107可以存储每天、每周、每月和每年的屏幕时间统计信息。可以应用户101或系统管理员的请求而检索所存储的屏幕时间统计信息，以经由数字保健辅助108和用户通信接口109进行显示和分析。
转向图3，数字保健辅助108经由用户通信接口109可以向用户显示屏幕时间分析，诸如数字格式302或图形格式303的自上次屏幕休息以来的屏幕时间301、总的每日屏幕时间。屏幕时间分析还可以扩展到标准化或用户指定的时间段304或当日标准或用户指定的时间段305。
其他屏幕时间计数器功能可以尤其包括更先进的屏幕时间管理器206选项，诸如最大屏幕时间限制或屏幕时间特权。这些功能可以由本地机器上的管理员或者经由远程连接来设置，并且如果设备是共享的，则可以针对不同的用户定制这些功能。屏幕时间限制可以由屏幕时间管理器206使用，以通过锁定和/或关闭显示器达指定时间量来启用强制屏幕时间休息。
在一个实施方式中，数字保健监测器106的屏幕时间管理器功能仅需要启用6DoF头部姿势用户数据。在另一实施方式中，数字保健监测器106可以利用用户的特定视角来启用屏幕时间管理器功能。在又一实施方式中，数字保健监测器106可以利用用户的身份来允许共享设备上的多个屏幕时间管理器用户简档。
在又一实施方式中，数字保健监测器106中的屏幕时间管理器可以被设置为与多个显示器一起工作，其中来自单元105的用户生物识别数据(诸如6DoF头部姿势或特定视角)可以用于监测所有活动的显示器并且考虑在活动的显示器之间共享的累积屏幕时间。
数字保健监测器106可以被配置成包括眼睛护理管理器，以单独地或与屏幕时间管理器206方法组合地实现眼睛护理管理方法。在一个实例中，眼睛护理管理方法包括眼睛休息提醒和验证过程。如图4所示，逻辑过程流可以与屏幕时间计数器循环200相同，但是添加了基于在步骤205记录的屏幕时间而执行的眼睛休息检查401。眼睛休息检查或过程401可以确定是否需要提示用户101离开屏幕进行眼睛休息。
在一个实例中，并且参考图5，眼睛休息检查401遵循“20-20-20”规则，如[1]所概述的“每20分钟，看20英尺远处20秒”。20-20-20规则是由各种眼科和验光机构推荐的方法，作为防止数字眼睛过劳的方式。如果20分钟的连续屏幕时间已过502，则眼睛休息检查401将经由眼睛休息提示402通知用户101。眼睛休息提示402可以由数字保健辅助108执行，并且可以经由用户通信接口109与用户101交互。过程402指示用户101不看一个或多个计算机显示器达预定义时间段503。在指示用户101看向远离显示器一距离处达预定义时间段之后，验证眼睛休息403，以确保所推荐的眼睛休息已经发生。验证过程403使用用户生物识别数据(例如，特定视角和头部姿势)来确认用户101在眼睛休息激活期间不看显示器。眼睛休息计数器仅从用户101不看显示器时的预定义时间倒计时。由用户返回看显示器引起的任何中断可以暂停眼睛休息倒计时定时器504，该眼睛休息倒计时定时器可以在用户再次不看显示器时恢复505。
在一个实施方式中，眼睛休息验证403通过例如在预定义的眼睛休息的持续时间内模糊显示器的内容、调暗显示器或关闭显示器来改变显示器。
在一个实施方式中，眼睛休息检查可以被用户解除或被延时达设定的时间段。还可以从默认的“20-20-20”规则改变眼睛休息间隔和持续时间。
在又一实施方式中，眼睛休息设置(诸如检查和持续时间)可以由系统管理员设定为强制数字保健特征。当这样做时，用户生物识别数据后处理105可以包括反欺骗检查以确保用户未规避数字保健功能。
在另一实施方式中，一个或多个显示器由多个用户共享，用户生物识别数据提取104包括允许数字保健监测器106相应地在多个用户与功能之间进行区分的用户标识。
数字保健监测器106的另一实施方式包括单独地或与其他用例组合作为眼睛护理功能一部分的眨眼率监测器，用于减轻数字眼睛过劳和干眼。眨眼率可以通过用户眼睛特征提取(利用单元104)、后处理(利用单元105)和数字保健监测器106的后续分析来获得。基于该分析，数字保健监测器106可以经由数字辅助108提示用户101，以减轻降低的眨眼率问题。作为示例，可以指示用户采取短屏幕休息，以主动地增加他们的眨眼率，或者使用滴眼剂或其他干眼缓解产品，以便减少数字眼睛过劳。
在另一实施方式中，眨眼率也可以被记录在数字保健记录器107中，以用于用户特定分析和每天、每周、每月和每年的报告检索。
在又一实施方式中，眨眼率功能还可以用于估计用户疲劳和困倦。在这样的实施方式中，如果用户正在执行安全关键任务，则数字保健监测器可以被配置成快速或即时采取预防动作。
数字保健监测器106的另一实施方式可以作为独立特征或与其他用例一起实现身体姿态监测方法。图6中示出了身体姿态监测方法600的示例实施方式。通过使用用户的6DoF头部姿势作为良好姿态或不良姿态的指示符来启用方法600。在步骤202处获得的用户生物识别数据被用于在步骤601处通过分析头部姿势和距显示器的距离来确定用户的姿态。在步骤602处基于用户是否坐在距显示器的最小距离处并且他们的头部未处于极端角度(extreme angle)来确定姿态是好还是不良。这表明用户可能低头盯着键盘、经历颈部疼痛和增加的脊柱压力。如果在步骤602检测到不良姿态，则数字保健监测器将提示用户(步骤605)并记录用户姿态行为以供随后报告(步骤604)和随后显示(步骤606)。
转向图7，在用户姿态监测的又一实施方式中，数字保健监测器可以分析用户距显示器的距离701，如果用户距所述显示器的距离比预定义的距离更近，则提示用户703。在一个实施方式中，不良姿态提示704持续，直到用户移动回超出不良姿态警告距离704。
姿态监测和不良姿态警告可以经由数字保健辅助108来解除或延迟(snooze)。姿态监测设置也可以由管理员限制，使得定义的行为和校正不良姿态动作是强制的。
数字保健监测器106的又一实施方式包括作为独立特征或与其他用例一起作为眼睛护理功能一部分的最佳屏幕分辨率辅助。通过使用用户生物识别数据，数字保健监测器可以基于多个用户度量主动地或被动地将显示器分辨率改变为最佳的一个。作为示例，数字保健监测器可以基于尤其是眨眼率模式801、眼睛移动802、特定视角模式803、头部移动804、用户距显示器805的距离或其任何组合来从可用的屏幕分辨率中确定最佳屏幕分辨率。在该实施方式中，在与显示器相同的空间平面中找到成像系统102。然后，数字保健辅助108可以作为提示812或者通过实际上改变分辨率810并询问用户他们是否想要保持新的分辨率来向用户推荐显示器分辨率的改变。
在另一实施方式中，当用户朝向或远离显示器移动时，数字保健辅助108在没有用户输入的情况下动态地改变显示器分辨率810。因此，数字保健辅助可以确保大部分时间、优选是始终向用户提供适当的或最佳的可用分辨率，其中显示器可读性与数字眼部护理是平衡的。该实施方式的额外优点是可在便携式设备的区域中识别，其中动态分辨率控制还可有助于电池消耗。
在又一实施方式中，可以由数字保健辅助108基于用户的历史数字保健数据809来建议最佳分辨率，诸如眨眼率行为、眯眼和/或用户相对于显示器的运动的时间分析。
在又一实施方式中，数字保健监测器被配置成单独地或与头部定位相结合地利用身体跟踪来实现身体姿态监测。
在又一实施方式中，数字保健监测器106可以使用身体跟踪来监测面部触摸，并且经由面部触摸提示用户与病毒和细菌传播相关联的潜在健康危险有关的警告。该功能可以由用户通过设定频率或时间帧阈值、延迟或完全解除它来定制。
在又一实施方式中，数字保健监测器106可以通过监测眼睛摩擦或任何其他手和手指与眼睛的接触来使用身体跟踪，以监测疲劳、困倦和眼睛过劳。
在又一实施方式中，数字保健监测器106可以被配置成包括咬指癖减轻(onychophagia mitigation)(即，咬甲癖)和预防功能。数字保健辅助108可以向用户提示警告或一系列升级的警告，所述警告或一系列升级的警告可以最终指导用户采取屏幕休息。
应当理解，本文所例示的执行指令的任何模块或组件可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，诸如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备(可移动和/或非可移动的)，诸如例如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质的示例包括RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其他光存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备、或可以用于存储期望的信息并且可以由应用、模块或两者访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是本文描述的系统和/或设备的一部分、其中的或与其相关的、或可访问或可连接到其的任何组件。本文描述的任何应用或模块可以使用可以由这样的计算机可读介质存储或以其他方式保持的计算机可读/可执行指令来实现。
尽管已经参考某些具体示例描述了以上原理，但是如在所附权利要求中概述的，其各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。
参考文献
[1]American Academy of Ophthalmology,Protect Your Eyes From Too MuchScreen Time,March 11,2019,https://www.aao.org/newsroom/news-releases/detail/ protect-your-eyes-from-too-much-screen-time.
[2]American Optometric Association,Computer Vision Syndrome,2020,https://www.aoa.org/patients-and-public/caring-for-your-vision/protecting- your-vision/computer-vision-syndrome.
[3]Canadian Centre for Occupational Health and Safety,Eye Discomfortin the Office,April 8,2020,https://www.ccohs.ca/oshanswers/ergonomics/office/ eye_discomfort.html.
[4]OfficeTeam Surveys,Canadian Workers Prioritize Screen Time OverFace Time at Lunch,September 2018,https://www.roberthalf.ca/en/canadian- workers-prioritize-screen-time-over-face-time-at-lunch.
[5]Angus Reid Institute,Digital Dopamine:Half of Canadian parentsconcerned their child spends too much time on their devices,September 3 2019,http://angusreid.org/screen-time-kids/.

Claims (71)

1.一种监测操作计算设备的用户的数字健康与安全的系统，所述系统包括：
a.至少一个成像模块，所述至少一个成像模块被配置成获取包括所述用户的场景的图像数据；
b.用户检测与跟踪模块，所述用户检测与跟踪模块被配置成从所述图像数据中提取用户人体测量特征；
c.生物识别数据提取模块，所述生物识别数据提取模块被配置成基于所述人体测量特征来确定生物识别数据，所述生物识别数据包括三维头部姿势、眼睛位置、眼睛张开度和三维特定视角数据中的至少一者；以及
d.数字保健监测器模块，所述数字保健监测器模块被配置成分析所述生物识别数据，以确定至少一个数字保健度量，以供在一个或更多个数字保健方法中用于向所述用户提供关于他们操作所述计算设备的反馈。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述成像模块包括可见光传感器、红外光传感器、专用可见光传感器和专用红外光传感器两者、组合式可见红外光传感器、可见光传感器和飞行时间(ToF)传感器两者、红外光传感器和TOF传感器两者或其组合。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述成像模块被配置成：在连续帧模式、突发帧模式和单帧模式中的至少一者中运行。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述生物识别数据提取模块还被配置成：执行所述生物识别数据的数据噪声滤波、数据融合和数据降维中的一者或更多者。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：将相关联的数字保健度量存储在一个或更多个数据库中。
6.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：用于实现所述一个或更多个数字保健方法的数字保健辅助模块，所述数字保健辅助模块与所述数字保健监测器模块对接，以便向所述用户提供所述反馈，所述反馈是数字保健警报、报告、通知消息和提示中的一者或更多者。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字保健方法中的一者是屏幕时间管理方法，所述屏幕时间管理方法包括：
a.初始化步骤，在所述初始化步骤中，当所述用户在所述场景中首次被检测到所述用户看屏幕时启动屏幕时间计数器；
b.当所述用户不看所述屏幕时，暂停所述屏幕时间计数器；
c.当所述用户看所述屏幕时，重启所述屏幕时间计数器；以及
d.如果满足连续监测的预定义屏幕时间条件，则从步骤a)重复所述方法，否则从步骤b)重复所述方法。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述预定义屏幕时间条件是所述用户在设定时间帧内已达到设定屏幕时间限制。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块通信地联接到所述本地数字保健记录器和/或云数字保健记录器，以在所述本地数字保健记录器和/或云数字保健记录器上存储每天、每周、每月和每年的屏幕时间统计信息。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述数字保健度量包括自上次屏幕休息以来的屏幕时间、总的每日屏幕时间、以及在标准或用户指定的时间段上的屏幕时间。
11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：使管理员能够设定所述预定义屏幕时间条件。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述数字保健模块还被配置成：通过锁定和/或关闭所述屏幕达指定时间量来使用所述设定屏幕时间限制，以强制实施屏幕时间休息。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字保健方法中的一者是眼睛护理管理方法。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述眼睛护理管理方法包括：眼睛休息检查，以确定是否需要提示所述用户离开所述屏幕进行眼睛休息；以及眼睛休息验证过程，以确认所述用户已经采取了推荐的眼睛休息。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，当所述用户被所述数字保健监测器模块登记为不看一个屏幕或多个屏幕达预定义的时间段时，所述眼睛休息被验证。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述眼睛休息验证遵循以下规则：每20分钟，所述用户被提示从所述屏幕移开看20英尺远的物体20秒。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述数字保健模块还被配置成：使得管理员能够强制实施眼睛护理休息检查和眼睛休息验证。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：监测眨眼率，以估计所述用户的数字眼睛过劳和/或眼睛干燥度。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：经由数字辅助提示所述用户采取短屏幕休息、主动地增加他们的眨眼率、或使用滴眼液或其他干眼缓解产品。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：根据所述眨眼率来估计所述用户的疲劳或困倦。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：如果所述用户被确定为具有预定水平的疲劳或困倦并且正在执行安全关键任务，则采取即时预防动作。
22.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：实现身体姿态监测方法，以确定所述用户的姿态质量。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述头部姿势是六自由度头部姿势。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述姿态质量是基于所述用户是否坐在距所述屏幕的最小距离处并且他们的头部未处于极端角度的。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：经由所述数字保健辅助通知所述用户校正身体姿态，并且如果所述姿态质量被确定为不良，则所述提示持续直到所述用户移动回超出不良姿态警告距离。
26.根据权利要求24所述的系统，其中，所述提示能够经由所述数字保健辅助被解除或延迟。
27.根据权利要求24所述的系统，其中，所述数字保健监测模块还被配置成：使得管理员能够强制实施身体姿态的校正。
28.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或更多个数字保健方法是屏幕分辨率辅助，并且所述数字保健监测模块还被配置成：使得能够基于眨眼率模式、眼睛移动、特定视角模式、头部移动、所述用户距所述屏幕的距离或其组合来实现所述屏幕的分辨率的被动调整或主动调整。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述数字保健监测模块还被配置成：作为提示或通过将所述分辨率改变为新的分辨率并询问所述用户他们是否想要保持所述新的分辨率来向所述用户推荐屏幕分辨率的改变。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：当所述用户朝向或远离所述屏幕移动时，在没有用户输入的情况下动态地改变所述屏幕分辨率。
31.根据权利要求28所述的系统，其中，所述数字保健监测模块还被配置成：基于所述用户的历史数字保健数据来建议改善的屏幕分辨率，所述历史数字保健数据包括眨眼率行为、眯眼和所述用户相对于所述显示器的运动的时间分析中的一者或更多者。
32.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个数字保健方法中的一者是面部触摸预防，并且所述数字保健监测器模块还被配置成通过使用所述用户的身体跟踪来监测面部触摸，并且向所述用户提供面部触摸相关信息。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：使得所述用户或管理员能够通过设定频率或时间帧阈值或使得能够对所述提示进行延迟或解除中的一者或更多者来修改所述提示。
34.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：通过监测眼睛摩擦或任何其他手和手指与所述眼睛的接触来得到身体跟踪信息，以估计疲劳、困倦和眼睛过劳。
35.根据权利要求1所述的系统，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：检测咬指癖，并且利用警告或一系列升级的警告来提示所述用户，所述警告或一系列升级的警告能够最终指导所述用户采取屏幕休息。
36.一种监测操作计算设备的用户的数字健康与安全的方法，所述方法包括：
a.使用成像模块获取包括所述用户的场景的图像数据；
b.使用用户检测与跟踪模块从所述图像数据中提取用户人体测量特征；
c.使用生物识别数据提取模块，基于所述人体测量特征来确定生物识别数据，所述生物识别数据包括三维头部姿势、眼睛位置、眼睛张开度和三维特定视角数据中的至少一者；以及
d.使用数字保健监测模块分析所述生物识别数据，以确定至少一个数字保健度量，以供在一个或更多个数字保健方法中用于向所述用户提供关于他们操作所述计算设备的反馈。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述成像模块使用可见光传感器、红外光传感器、专用可见光传感器和专用红外光传感器两者、组合式可见红外光传感器、可见光传感器和飞行时间(ToF)传感器两者、红外光传感器和TOF传感器两者或其组合来获取所述图像数据。
38.根据权利要求36所述的方法，所述成像模块被配置成：在连续帧模式、突发帧模式和单帧模式中的至少一者中运行。
39.根据权利要求36所述的方法，所述方法还包括：在步骤d)之前执行所述生物识别数据的数据噪声滤波、数据融合和数据降维中的一者或更多者。
40.根据权利要求36所述的方法，所述方法还包括：将相关联的数字保健度量存储在一个或更多个数据库中。
41.根据权利要求36所述的方法，所述方法还包括：经由与所述数字保健监测器模块对接的数字保健辅助模块向所述用户提供所述反馈，所述反馈是数字保健警报、报告、通知消息和提示中的一者或更多者。
42.根据权利要求36所述的方法，其中，所述数字保健方法中的一者是屏幕时间管理方法，所述屏幕时间管理方法包括：
a.初始化步骤，在所述初始化步骤中，当所述用户在所述场景中首次被检测到所述用户看屏幕时启动屏幕时间计数器；
b.当所述用户不看所述屏幕时，暂停所述屏幕时间计数器；
c.当所述用户看所述屏幕时，重启所述屏幕时间计数器；以及
d.如果满足连续监测的预定义屏幕时间条件，则从步骤a)重复所述方法，否则从步骤b)重复所述方法。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述预定义屏幕时间条件是所述用户在设定时间帧内已达到设定屏幕时间限制。
44.根据权利要求42所述的方法，其中，所述方法还包括：在一个或更多个数据库上存储每天、每周、每月和每年的屏幕时间统计信息。
45.根据权利要求42所述的方法，其中，所述数字保健度量包括：自上次屏幕休息以来的屏幕时间、总的每日屏幕时间、以及在标准或用户指定的时间段上的屏幕时间。
46.根据权利要求42所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：使管理员能够设定所述预定义屏幕时间条件。
47.根据权利要求43所述的方法，其中，所述数字保健模块还被配置成：通过锁定和/或关闭所述屏幕达指定时间量来使用所述设定屏幕时间限制，以强制实施屏幕时间休息。
48.根据权利要求42所述的方法，其中，所述数字保健方法中的一者是眼睛护理管理方法。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述眼睛护理管理方法包括：眼睛休息检查，以确定是否需要提示所述用户离开所述屏幕进行眼睛休息；以及眼睛休息验证过程，以确认所述用户已经采取了推荐的眼睛休息。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，当所述用户被所述数字保健监测器模块登记为不看一个屏幕或多个屏幕达预定义的时间段时，所述眼睛休息被验证。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，所述眼睛休息验证遵循以下规则：每20分钟，所述用户被提示看20英尺远的物体20秒。
52.根据权利要求49所述的方法，其中，所述数字保健模块还被配置成：使得管理员能够强制实施所述眼睛护理休息检查和眼睛休息验证。
53.根据权利要求42所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：监测眨眼率，以估计所述用户的数字眼睛过劳和/或眼睛干燥度。
54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：经由数字辅助提示所述用户采取短屏幕休息、主动地增加他们的眨眼率、或使用滴眼液或其他干眼缓解产品。
55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：根据所述眨眼率来估计所述用户的疲劳或困倦。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：如果所述用户被确定为具有预定水平的疲劳或困倦并且正在执行安全关键任务，则采取即时预防动作。
57.根据权利要求42所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：实现身体姿态监测方法，以确定所述用户的姿态质量。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述头部姿势是六自由度头部姿势。
59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述姿态质量是基于所述用户是否坐在距所述屏幕的最小距离处并且他们的头部未处于极端角度的。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：经由所述数字保健辅助通知所述用户校正身体姿态，并且如果所述姿态质量被确定为不良，则所述提示持续直到所述用户移动回超出不良姿态警告距离。
61.根据权利要求59所述的方法，其中，所述提示能够经由所述数字保健辅助被解除或延迟。
62.根据权利要求59所述的方法，其中，所述数字保健监测模块还被配置成：使得管理员能够强制实施身体姿态的校正。
63.根据权利要求42所述的方法，其中，所述一个或更多个数字保健方法是屏幕分辨率辅助，并且所述数字保健监测模块还被配置成：使得能够基于眨眼率模式、眼睛移动、特定视角模式、头部移动、所述用户距所述屏幕的距离或其组合来实现所述屏幕的分辨率的被动调整或主动调整。
64.根据权利要求63所述的方法，其中，所述数字保健监测模块还被配置成：作为提示或通过将所述分辨率改变为新的分辨率并询问所述用户他们是否想要保持所述新的分辨率来向所述用户推荐屏幕分辨率的改变。
65.根据权利要求64所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块还被配置成：当所述用户朝向或远离所述屏幕移动时，在没有用户输入的情况下动态地改变所述屏幕分辨率。
66.根据权利要求63所述的方法，其中，所述数字保健监测模块还被配置成：基于所述用户的历史数字保健数据来建议改善的屏幕分辨率，所述历史数字保健数据包括眨眼率行为、眯眼和所述用户相对于所述显示器的运动的时间分析中的一者或更多者。
67.根据权利要求42所述的方法，其中，所述至少一个数字保健方法中的一者是面部触摸预防，并且所述数字保健监测器模块还被配置成：通过使用所述用户的身体跟踪来监测面部触摸，并且向所述用户提供面部触摸相关信息。
68.根据权利要求67所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：使得所述用户或管理员能够通过设定频率或时间帧阈值或使得能够对所述提示进行延迟或解除中的一者或更多者来修改所述提示。
69.根据权利要求42所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：通过监测眼睛摩擦或任何其他手和手指与所述眼睛的接触来得到身体跟踪信息，以估计疲劳、困倦和眼睛过劳。
70.根据权利要求42所述的方法，其中，所述数字保健监测器模块被配置成：检测咬指癖，并且利用警告或一系列升级的警告来提示所述用户，所述警告或一系列升级的警告能够最终指导所述用户采取屏幕休息。
71.一种计算设备，所述计算设备包括一个或更多个处理器和至少一个存储介质，所述至少一个存储介质包含非暂时性计算机可读指令，所述非暂时性计算机可读指令用于由所述一个或更多个处理器执行以使所述一个或更多个处理器执行权利要求42至71中任一项所述的方法。
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