CN116189072B - 一种基于机器视觉的面部防遮挡装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的面部防遮挡装置及方法，其中装置驱动件，驱动连接执行件；图像采集模块，用于实时采集包含面部特征的视频图像；面部遮挡检测模块，基于所抓取的图像对面部是否具有遮挡物进行检测，并基于图像获取面部遮挡区域坐标；还用于获取执行件坐标；微处理器模块；本发明中所提出的面部防遮挡装置及方法，摄像头模块、面部遮挡检测模块对面部进行实时检测，当检测到面部具有遮挡物时，微处理器模块、驱动组件和执行件自动将遮挡物移走，可解决监护人被动地查看是否发生口鼻遮挡的情况，减少监护人非必要的看护时间，具有一定的应用普适性，同时具有实时性，降低窒息的风险。
Description
技术领域
本发明涉及看护技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的面部防遮挡装置及方法。
背景技术
婴幼儿尤其0-6个月的在无人看护的床上时，很容易发生因自己乱动而导致口鼻被衣服被子之类的物品遮挡住的情况，从而增加窒息的风险。
现有的看护设备主要是通过摄像头检测的脸部是否有异物遮挡住，从而通过网络向家长的手机app端发送报警信息。这种被动的方式需要家长实时监看手机信息了解是否存在口鼻被遮挡的情况，如果家长没有及时去了解监控信息，口鼻被遮挡的风险依旧存在，因此存在被动性和非及时性。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于机器视觉的面部防遮挡装置及方法。
本发明提出的一种基于机器视觉的面部防遮挡装置，包括：
执行件；
驱动件，驱动连接执行件；
图像采集模块，用于实时采集包含面部特征的视频图像；
面部遮挡检测模块，与图像采集模块通信连接，用于接收包含面部特征的视频图像并抓取图像，基于所抓取的图像对面部是否具有遮挡物进行检测，并基于图像获取面部遮挡区域坐标；还用于获取执行件坐标；
微处理器模块，与面部遮挡检测模块通信连接，用于接收面部遮挡区域坐标，还与驱动件及执行件控制连接，基于所接收的面部遮挡区域坐标控制驱动件运动，以带动执行件移动至面部遮挡区域；还用于在执行件移动至面部遮挡区域后，控制执行件动作，以使得执行件固定遮挡物；还用于在执行件固定遮挡物后，控制驱动件带动执行件运动以将遮挡物从面部遮挡区域移走。
优选地，还包括用于安装执行组件、图像采集模块、面部遮挡检测模块、微处理器模块的支撑件。
优选地，驱动组件具体包括：
步进电机，用于带动执行件绕步进电机的转轴顺时针转动或逆时针转动；
横向伸缩杆，与步进电机的输出端固定连接，并用于调节执行件的水平位置；
竖向伸缩杆，安装在横向伸缩杆的输出端，并用于调节执行件的竖向位置；
执行件固定安装在竖向伸缩杆的输出端上。
本发明还提出一种基于机器视觉的面部防遮挡方法，包括：
S1、采集具有面部特征的视频图像，并对视频图像进行图像抓取；
S2、依据抓取的图像判断检测面部是否具有遮挡物；
S3、当检测到面部具有遮挡物时，获取面部遮挡区域坐标，基于面部遮挡区域坐标计算面部遮挡区域中心坐标；
S4、控制执行件运动，并实时获取执行件坐标，基于执行件坐标计算执行件中心坐标；
S5、基于面部遮挡区域中心坐标及执行件中心坐标，判断执行件是否移动至面部遮挡区域；
S6、当执行件移动至面部遮挡区域后，执行件上电以固定遮挡物并与遮挡物一同从面部遮挡区域移走。
优选地，“S2”具体包括：
S21、基于采集到的具有面部的视频图像，每隔10帧抓取一帧图像进行面部遮挡检测，检测面部是否被遮挡；
S22、若面部没有被遮挡，重新执行S21，若面部被遮挡，执行S3。
优选地，“S3”中面部遮挡区域中心坐标的具体计算方法如下：获取面部遮挡区域的左上角坐标S0(X0,Y0)，右下角坐标S1(X0，Y0)，遮挡物中心处坐标为S(X2，Y2)，其中X2＝(X0+X1)/2,Y2＝(Y0+Y1)。
优选地，“S4”中执行件中心坐标的具体计算方法如下：获取执行件的左上角坐标A0(X3,Y3)和右下角坐标A1(X4，Y4)，执行件的中心处坐标为A(X5，Y5)，X5＝(X3+X4)/2，Y5＝(Y3+Y4)/2。
优选地，“S5”中判断执行件是否移动至面部遮挡区域具体包括：执行件中心坐标S(X2，Y2)移动至与面部遮挡区域的中心坐标A(X5，Y5)最接近处，即执行件中心坐标S(X2，Y2)与面部遮挡区域的中心坐标A(X5，Y5)之间的距离由大变小再变大时执行件便移动至面部遮挡区域。
优选地，“S6”具体包括：依据抓取的图像判断遮挡物位于图像的左半边还是右半边；遮挡物位于图像的左半边时，执行件带动遮挡物向图像的右半边运动；遮挡物位于图像的右半边时，执行件带动遮挡物向图像的左半边运动。
优选地，在“S6”之后还包括：S7、执行件断电，并重新执行S1。
本发明中所提出的面部防遮挡装置及方法，图像采集模块、面部遮挡检测模块对包含婴儿面部的视频进行实时检测，当面部遮挡检测模块检测到面部具有遮挡物时，微处理器模块、驱动组件和执行件自动将遮挡物移走，可解决监护人被动地查看是否发生口鼻遮挡的情况，减少监护人非必要的看护时间，具有一定的应用普适性，同时具有实时性，降低窒息的风险。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于机器视觉的面部防遮挡装置连接示意图；
图2为本发明提出的一种基于机器视觉的面部防遮挡装置的第一工作状态俯视示意图；
图3为本发明提出的一种基于机器视觉的面部防遮挡装置的第一工作状态俯视示意图；
图4为本发明提出的一种基于机器视觉的面部防遮挡方法的流程示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种基于机器视觉的面部防遮挡装置，包括执行件、驱动件图像采集模块、面部遮挡检测模块、微处理器模块，图像采集模块用于实时采集包含面部特征的视频图像，其中驱动件驱动连接执行件，用于带动执行件运动，而执行件用于固定遮挡物，并通过驱动件带动遮挡物移动。
需要进一步说明的是，执行件可具体为真空吸盘，但并不局限于真空吸盘。
面部遮挡检测模块与图像采集模块通信连接，用于接收包含面部特征的视频图像并抓取图像，基于所抓取的图像对面部是否具有遮挡物进行检测，并基于图像获取面部遮挡区域坐标，面部遮挡检测模块使用人脸遮挡检测算法检测面部是否被遮挡及面部遮挡区域坐标；
其中面部遮挡检测模块以采集到的图像左上角为坐标系原点，以水平右向为x轴，以垂直向下方向为y轴获取坐标。
面部遮挡检测模块还用于获取执行件坐标，面部遮挡检测模块使用图像匹配算法识别执行件，已抓取到的包含执行件的图像进行算法识别预处理，并且提取用于识别执行件坐标的全部特征。
图像采集模块实时采集包含面部特征的视频图像并通过视频协议传输给面部遮挡检测模块，其中视频协议包括MIPI协议但不局限于MIPI协议，也可为其他视频协议。
微处理器模块，与面部遮挡检测模块通信连接，用于接收面部遮挡区域坐标，还与驱动件及执行件控制连接，基于所接收的面部遮挡区域坐标控制驱动件运动，以带动执行件移动至面部遮挡区域；还用于在执行件移动至面部遮挡区域后，控制执行件动作，以使得执行件固定遮挡物；还用于在执行件固定遮挡物后，控制驱动件带动执行件运动以将遮挡物从面部遮挡区域移走。
在进一步的实施例中，一种基于机器视觉的面部防遮挡装置还包括用于安装执行组件、图像采集模块、面部遮挡检测模块、微处理器模块的支撑件，支撑件可通过螺丝但不局限于螺丝固定在婴儿床的床围两侧，图像采集模块实时采集婴儿床上的视频流。
在进一步实施例中，驱动组件包括：步进电机、横向伸缩杆、竖向伸缩杆，其中步进电机用于带动执行件绕步进电机的转轴顺时针转动或逆时针转动；横向伸缩杆与步进电机的输出端固定连接，并用于调节执行件的水平位置；竖向伸缩杆安装在横向伸缩杆的输出端，并用于调节执行件的竖向位置；执行件固定安装在竖向伸缩杆的输出端上。
在本实施例中，其中横向伸缩杆和竖向伸缩杆的长度可调，长度具体可通过手动调节，横向伸缩杆和竖向伸缩杆也可采用电动伸缩杆进行长度调节。
一种基于机器视觉的面部防遮挡装置的具体使用方法如下：在使用之前，可事先调节好横向伸缩杆与竖向伸缩杆的长度，使得步进电机通过横向伸缩杆与竖向伸缩杆带动执行件转动时，执行件可位于婴儿面部的正上方，通过支撑件将本装置安装在床围两侧，图像采集模块实时采集床上视频，并将所采集到的视频通过视频协议发送至面部遮挡检测模块，面部遮挡检测模块使用人脸遮挡检测算法检测面部是否被遮挡及面部遮挡区域坐标，然后微处理器模块控制步进电机通过横向伸缩杆和竖向伸缩杆带动执行件运动至婴儿面部的上方，微处理器模块控制执行件运动，面部遮挡检测模块获取真空吸盘的坐标并实时判断移动中的真空吸盘坐标与面部遮挡区域坐标最接近处时，步进电机停止转动，此时执行件位于遮挡物上方，然后微处理器模块控制执行件动作来固定遮挡物，然后将遮挡物从面部遮挡区域移除。
参照图4，一种基于机器视觉的面部防遮挡方法，具体应用于上述面部防遮挡装置，包括：
S1、采集具有面部特征的视频图像，并对视频图像进行图像抓取。
需要进一步说明的是，图像抓取可每隔十帧但不局限于十帧抓取一帧图像
S2、依据抓取的图像判断检测面部是否具有遮挡物。
需要进一步说明的是，面部遮挡检测使用人脸遮挡检测算法检测婴儿面部是否被遮挡及面部遮挡区域在所抓取图像中的坐标，以采集到的图像左上角为坐标系原点，以水平右向为x轴，以垂直向下方向为y轴获取坐标；若面部没有被遮挡则继续抓取图像进行检测，若面部被遮挡则进入步骤S3。
其中人脸遮挡检测算法，可检测正脸侧脸遮挡为现有技术，这里不再详述。
S3、当检测到面部具有遮挡物时，获取面部遮挡区域坐标，基于面部遮挡区域坐标计算面部遮挡区域中心坐标。
需要进一步说明的是，面部遮挡区域中心坐标的具体计算方法如下：获取面部遮挡区域的左上角坐标S0(X0,Y0)，右下角坐标S1(X0，Y0)，遮挡物中心处坐标为S(X2，Y2)，其中X2＝(X0+X1)/2,Y2＝(Y0+Y1)。
S4、控制执行件运动，并实时获取执行件坐标，基于执行件坐标计算执行件中心坐标。
需要进一步说明的是，执行件运动至视频图像中后，使用图像匹配算法识别执行件，已抓取到的包含执行件的图像进行算法识别预处理，并且提取用于识别执行件坐标的全部特征，执行件中心坐标的具体计算方法如下：获取执行件的左上角坐标A0(X3,Y3)和右下角坐标A1(X4，Y4)，执行件的中心处坐标为A(X5，Y5)，X5＝(X3+X4)/2，Y5＝(Y3+Y4)/2。
S5、基于面部遮挡区域中心坐标及执行件中心坐标，判断执行件是否移动至面部遮挡区域；
需要进一步说明的是，判断执行件是否移动至面部遮挡区域具体包括：执行件中心坐标S(X2，Y2)移动至与面部遮挡区域的中心坐标A(X5，Y5)最接近处，即执行件中心坐标S(X2，Y2)与面部遮挡区域的中心坐标A(X5，Y5)之间的距离由大变小再变大时执行件便移动至面部遮挡区域。
S6、当执行件移动至面部遮挡区域后，执行件上电以固定遮挡物并与遮挡物一同从面部遮挡区域移走。
步骤S6中，当遮挡物为被子时，为避免将遮挡物完全从婴儿身上移除，执行件上电以固定遮挡物并与遮挡物一同从面部遮挡区域移走可进一步细分为：依据抓取的图像判断遮挡物位于图像的左半边还是右半边；
在本实施中，遮挡物位于图像的左半边时，执行件带动遮挡物向图像的右半边运动；遮挡物位于图像的右半边时，执行件带动遮挡物向图像的左半边运动。
在本实施中，当遮挡物位于图像的左半边时，即婴儿头部位于图像的左半边，身体位于婴儿头部的右边，执行件带动遮挡物向婴儿身体部位运动，避免完全当遮挡物为被子时，将被子完全从婴儿身体上移除。
如图2所示，针对步骤S6，结合一种基于机器视觉的面部防遮挡装置进行具体描述，若遮挡物位于图像中线的右半边，微处理器模块控制步进电机逆时针旋转，其中位置7为步进电机复位时横向伸缩杆的位置，位置8为执行件中心坐标与面部遮挡区域中心最接近时的横向伸缩杆的位置，此时执行件固定遮挡物，步进电机带动横向伸缩杆由位置8运动至位置9，以使得执行件能够将遮挡物从面部移除，此时执行件中心坐标A(X6，Y6)中的横向坐标X6小于面部遮挡区域左上角坐标S(X0，Y0)中的横向坐标X0；
如图3所述，若遮挡物位于图像中线的左半边，微处理器模块控制步进电机顺时针旋转，其中位置7为步进电机复位时横向伸缩杆的位置，位置10为执行件中心坐标与面部遮挡区域中心最接近时的横向伸缩杆的位置，此时执行件固定遮挡物，步进电机带动横向伸缩杆由位置10运动至位置11，以使得执行件能够将遮挡物从面部移除，此时执行件中心坐标A(X6，Y6)中的横向坐标X6大于面部遮挡区域右下角坐标S(X1，Y1)中的横向坐标X1。
还包括S7、执行件断电，并重新执行S1。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于机器视觉的面部遮挡移除装置，其特征在于，包括：
执行件；
驱动件，驱动连接执行件；
图像采集模块，用于实时采集包含面部特征的视频图像；
面部遮挡检测模块，与图像采集模块通信连接，用于接收包含面部特征的视频图像并抓取图像，基于所抓取的图像对面部是否具有遮挡物进行检测，并获取面部遮挡区域的坐标；还用于获取执行件的坐标；
微处理器模块，与面部遮挡检测模块通信连接，用于接收面部遮挡区域坐标，还与驱动件及执行件控制连接，基于所接收的面部遮挡区域坐标控制驱动件运动，以带动执行件移动至面部遮挡区域；还用于在执行件移动至面部遮挡区域后，控制执行件动作，以使得执行件固定遮挡物；还用于在执行件固定遮挡物后，控制驱动件带动执行件运动以将遮挡物从面部遮挡区域移走；
还包括用于安装执行组件、图像采集模块、面部遮挡检测模块、微处理器模块的支撑件；
驱动组件包括：
步进电机，用于带动执行件绕步进电机的转轴顺时针转动或逆时针转动；
横向伸缩杆，与步进电机的输出端固定连接，并用于调节执行件的水平位置；
竖向伸缩杆，安装在横向伸缩杆的输出端，并用于调节执行件的竖向位置；
执行件固定安装在竖向伸缩杆的输出端上；
一种基于机器视觉的面部防遮挡装置的具体使用方法如下：在使用之前，先调节好横向伸缩杆与竖向伸缩杆的长度，使得步进电机通过横向伸缩杆与竖向伸缩杆带动执行件转动时，执行件可位于婴儿面部的正上方，通过支撑件将本装置安装在床围两侧，图像采集模块实时采集床上视频，并将所采集到的视频通过视频协议发送至面部遮挡检测模块，面部遮挡检测模块使用人脸遮挡检测算法检测面部是否被遮挡及面部遮挡区域坐标，然后微处理器模块控制步进电机通过横向伸缩杆和竖向伸缩杆带动执行件运动至婴儿面部的上方，微处理器模块控制执行件运动，面部遮挡检测模块获取真空吸盘的坐标并实时判断移动中的真空吸盘坐标与面部遮挡区域坐标最接近处时，步进电机停止转动，此时执行件位于遮挡物上方，然后微处理器模块控制执行件动作来固定遮挡物，然后将遮挡物从面部遮挡区域移除。
2.一种基于机器视觉的面部防遮挡方法，其特征在于，包括：
S1、采集具有面部特征的视频图像，并对视频图像进行图像抓取；
S2、依据抓取的图像判断检测面部是否具有遮挡物；
S3、当检测到面部具有遮挡物时，获取面部遮挡区域坐标，基于面部遮挡区域坐标计算面部遮挡区域中心坐标；
S4、控制执行件运动，并实时获取执行件坐标，基于执行件坐标计算执行件中心坐标；
S5、基于面部遮挡区域中心坐标及执行件中心坐标，判断执行件是否移动至面部遮挡区域；
S6、当执行件移动至面部遮挡区域后，执行件上电以固定遮挡物并与遮挡物一同从面部遮挡区域移走；
S6具体包括：依据抓取的图像判断遮挡物位于图像的左半边还是右半边；遮挡物位于图像的左半边时，执行件带动遮挡物向图像的右半边运动；遮挡物位于图像的右半边时，执行件带动遮挡物向图像的左半边运动；
在S6之后还包括：S7、执行件断电，并重新执行S1。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的面部防遮挡方法，其特征在于：S2具体包括：
S21、基于采集到的具有面部的视频图像，每隔10帧抓取一帧图像进行面部遮挡检测，检测面部是否被遮挡；
S22、若面部没有被遮挡，重新执行S21，若面部被遮挡，执行S3。
4.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的面部防遮挡方法，其特征在于：S3中面部遮挡区域中心坐标的具体计算方法如下：获取面部遮挡区域的左上角坐标S0（X0,Y0），右下角坐标S1（X0，Y0），遮挡物中心处坐标为S（X2，Y2），其中X2=（X0+X1）/2,Y2=（Y0+Y1）。
5.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的面部防遮挡方法，其特征在于：S4中执行件中心坐标的具体计算方法如下：获取执行件的左上角坐标A0（X3,Y3）和右下角坐标A1（X4，Y4），执行件的中心处坐标为A（X5，Y5），X5=（X3+X4）/2，Y5=（Y3+Y4）/2。
6.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的面部防遮挡方法，其特征在于：S5中判断执行件是否移动至面部遮挡区域具体包括：执行件中心坐标S（X2，Y2）移动至与面部遮挡区域的中心坐标A（X5，Y5）最接近处，即执行件中心坐标S（X2，Y2）与面部遮挡区域的中心坐标A（X5，Y5）之间的距离由大变小再变大时执行件便移动至面部遮挡区域。
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