CN117091694A - 一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法和系统，包括步骤一，触发策略依据距离数据和光强数据，监测到用户在室内阅读时启动监测策略；步骤二，通过监测策略计算出设定数量的当前频率，取当前频率的均值以生成表示当前环境光频闪频率的实际频率；步骤三，实际频率与频闪阈值比较，判断所处环境光的频闪是否异常，及时给出提醒反馈。本发明能够有效的缩减频闪频率的计算量，时刻监测用户的用眼环境，以便及时提醒。

Description

一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法和系统

技术领域

本发明涉及频闪检测技术领域，具体涉及一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法和系统。

背景技术

生活中常用电子设备或照明设备均有对应的频闪频率，低频的频闪会被人眼感知，使眼部的睫状肌会不停地放大、缩小，眼部肌肉长期处于紧张的运动状态，增加眼睛的疲劳度，进而催生近视的发生。高频的频闪很难被人眼感知，一般认为对人的危害是可以忽略不计。

目前近视眼防控智能穿戴设备并未考虑频闪对近视影响，且计算频闪过程中采集的数据量多和数据的计算量大，且现有近视眼防控智能穿戴设备属于小体积设备，且通常使用嵌入式工艺，导致智能穿戴设备内部的计算量不足，当智能穿戴设备不与用户手机连接时，无法自主计算频闪频率，及时提醒用户以改善不健康用眼行为。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法和系统，能够有效的缩减嵌入式穿戴设备上频闪频率的计算量，时刻监测用户的用眼环境，以便及时提醒。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法和系统，包括步骤一，触发策略依据距离数据和光强数据，监测到用户在室内阅读时启动监测策略；

步骤二，通过监测策略计算出设定数量的当前频率，取当前频率的均值以生成表示当前环境光频闪频率的实际频率；

步骤三，实际频率与频闪阈值比较，判断所处环境光的频闪是否异常，及时给出提醒反馈。

进一步的，所述触发策略包括接收光强数据，判断光强数据是否符合光强阈值范围，否，定时监测光强数据，是，接收距离数据，判断是否符合距离阈值范围，否，定时监测距离数据，是，启动监测策略。

进一步的，所述触发策略之前包括是否接收到接近传感器采集的接近信号，是，启动触发策略，否，系统进入深度睡眠超低功耗模式。

进一步的，所述当前频率的计算方法为：顺序接收N个闪烁数据并进行FFT计算，顺序输出N个复数和表示采集顺序的索引号，去除N个复数内N/2个共轭复数后输出顺序输出N/2个有效复数和对应的有效索引号；

确定复数绝对值最大的效复数以获取对应的有效索引号，依据该有效索引号、闪烁数据的采样频率和N值，计算出当前频率。

进一步的，所述FFT计算包括浮点计算，所述浮点计算通过向量浮点快速进行多浮点运算。

进一步的，所述频闪是否异常的判断方法包括：接收实际频率并与频闪阈值比较，判断是否为异常数据，否，延迟X秒，再进行是否启动监测策略判断，是，给出提醒反馈，延迟Y秒，再进行是否启动监测策略判断。

进一步的，包括数据处理的主控MCU，主控MCU分别与距离模块、光强模块和频闪模块数据互通，以分别接收距离数据、光强数据和闪烁数据。

进一步的，所述主控MCU内嵌入有做FFT计算的运算模块，所述主控MCU内集成有进行浮动运算的浮点运算单元。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过触发策略和监测策略控制系统启动频闪检测和频闪计算，使系统在设定环境下启动频闪的频率检测，既不影响获取频闪频率结果的及时性和准确性，又节约了嵌入式设备的计算资源。

通过在主控MCU内集成浮点运算单元，通过向量浮点快速进行多浮点运算，将浮点运算转移至低功耗主控MCU内，提高了嵌入式运算模块的计算速率。

通过去除N个复数内N/2个共轭复数，减少FFT算法输出复数的量，进而减少计算当前频闪频率的运算量，能够有效的缩减嵌入式穿戴设备上频闪频率的计算量，不用连接手机等外部设备实现时刻监测用户的用眼环境，以便及时提醒。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法的整体流程图；

图2是本发明的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法的系统流程图；

图3是本发明的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的系统连接图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法和系统，如图3所示系统，近视眼防控智能穿戴设备内设置有距离传感器和环境光传感器，距离传感器通过距离模块与主控MCU数据互通，以便主控MCU获取用户阅读的距离数据。环境光传感器通过光强模块与主控MCU数据互通，环境光传感器通过频闪信号提取模块与主控MCU数据互通，以便主控MCU分别获取光强数据和闪烁数据，主控MCU内嵌入设置有做FFT计算的运算模块，所述主控MCU内集成有进行浮动运算的浮点运算单元。

如图1和图2所示，基于上述系统的频闪监测方法，包括步骤一，触发策略依据距离数据和光强数据启动监测策略。

当用户处于室内，且佩戴眼镜阅读时，触发策略启动监测策略。

触发策略的判断方法为：接收光强数据，判断光强数据是否符合光强阈值范围，否，定时监测光强数据，是，接收距离数据，判断是否符合距离阈值范围，否，定时监测距离数据，是，启动监测策略。

由于室外光照强度非常高，无法正确获取电子设备的闪烁数据，灯光或设备的环境光下，会有判断用户是否处于室内时，设定光强阈值范围，例如：光强阈值范围为0～2000lx，接收光强数据在光强阈值范围内，判定用户位于室内，若不在，延迟Z秒继续接收光强数据，例如Z秒为10秒，直至光强数据在范围内，执行下一步骤。相同的，判断用户是否处于阅读状态时，设定距离阈值范围，当距离数据处于距离阈值范围内时，定时判定用户处于阅读状态。

为提高触发策略的准确性，近视眼防控智能穿戴设备内设置有接近传感器，当用于靠近眼镜设定距离时，接近传感器给出接近信号，系统运行并启动触发策略，主控MCU未接收到接近信号时，系统进入深度睡眠超低功耗模式。

本申请的一个实施例为：触发策略包括接收光强数据以生成基准光强值，持续且定时接收当前光强值，当前光强值与基准光强值作差以生成光强差值，判断光强差值是否超过光强阈值，否，延迟设定时刻接收一次当前光强值，是，当前光强值生成新的基准光强值，启动监测策略。

光强差值超过光强阈值，表示用户在室内，但更换了新的环境光，室内的环境光改变，直接启动监测策略，计算出实际频率。当监测到用户处于阅读状态时，直接提醒用户，减少监测策略的触发频率，节约电能和主控MCU的整体算力。

步骤二，通过监测策略计算出设定数量的当前频率，并取均值以表示当前环境的实际频率；

监测策略启动后，依据接收的闪烁数据，计算出若干个表示当前环境光频闪情况的当前频率，取当前频率的均值定义成当前环境的实际频率，可更为准确的获取当前环境光的频闪频率。

频闪信号提取模块包括输出闪烁数据的ADC端口和存储闪烁数据的buffer(缓冲寄存器)，频闪信号提取模块通过与环境光传感器数据互通，再通过ADC端口与主控MCU数据互通。频闪信号提取模块通过ADC端口高频(采样频率高于环境光频闪频率定义成高频)采集闪烁数据，并存储至主控MCU内buffer(缓冲寄存器)内。当buffer内存储设定数量的闪烁数据后，自动进行FFT计算以获取频闪频率。由于近视眼防控智能穿戴设备为小型设备，为减小主控MCU整体的体积，主控MCU内嵌入有运算模块，运算模块进行FFT计算。

监测策略的运行方法：接收N个闪烁数据并进行FFT计算，以计算出顺序排列的N个复数和表示闪烁数据采集顺序的索引号，去除N个复数内N/2个共轭复数以输出N/2个有效复数和对应的有效索引号，遍历计算出N/2个有效复数的复数绝对值，获取最大的复数绝对值与对应的索引号，依据索引号、闪烁数据的采样频率和N值，计算出当前频率。

本申请的一个实施例为：频闪信号提取模块的采样频率为fs，采样数N＝2048，当buffer内存储了2048个闪烁数据后，统一将2048个闪烁数据传输嵌入的运算模块内，并进行FFT计算并输出2048个复数，由于环境光频闪的一个频率周期内，前半个周期与后半个周期的复数共轭(复数绝对值相同)，为减小嵌入运算模块的算力，在顺序输出2048个复数时，可去除2048/2个共轭复数，并顺序输出1024个有效复数与有效复数对应的索引号。

遍历计算1024个有效复数的绝对值，获取最大绝对值的索引号，索引号与ADC采样频率fs的乘积，然后除以N就是当前频率。

方法如下：找到复数绝对值最大值对应的索引号index_max。通过以下公式计算频闪频率：

flick_freq＝(index_max*fs)/size

其中：index_max为最大值对应的数组序列号，fs为采样频率，size为FFT数据个数N，也就是获取的AD转换数据个数，本申请的实施例中N＝2048。

由于嵌入运算模块的算力有限，避免增大设备体积的同时，进一步提高近视眼防控智能穿戴设备反应速度，FFT计算中的浮点计算部分转移至主控MCU。主控MCU内集成有FPU(浮点运算单元)，FPU采用向量浮点进行多浮点运算，浮点参数的传递使用的也是浮点专用寄存器内，减少嵌入运算模块算力以提高FFT计算反馈速度，且主控MCU整体的体积几乎不变。

使用相同的方法计算出多个连续的当前频率，本申请的一个实施例为，当前频率的数量为5，计算五个当前频率的均值且实际频率，并将实际频率从运算模块反馈至主控MCU。

步骤三，实际频率与频闪阈值比较，判断用户所处环境光的频闪是否异常。

判断环境光是否异常的方法为：接收实际频率并与频闪阈值比较，判断是否为异常数据，否，延迟X秒(例如5秒)，再进行是否启动监测策略判断，是，给出提醒反馈，延迟Y秒(例如10秒)，再进行是否启动监测策略判断。通过持续监测用所处环境光强度和是否为阅读状态，及时启动监测策略，能够及时提醒用户，避免用户在低频环境下阅读。

申请的一个实施例为：频率阈值范围为0～200Hz，实际频率处于0～200Hz内时，当前环境光频闪正常，反之表示当前环境光频闪异常。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法，其特征在于，包括步骤一，触发策略依据距离数据和光强数据，监测到用户在室内阅读时启动监测策略；

步骤二，通过监测策略计算出设定数量的当前频率，取当前频率的均值以生成表示当前环境光频闪频率的实际频率；

步骤三，实际频率与频闪阈值比较，判断所处环境光的频闪是否异常，及时给出提醒反馈。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法，其特征在于，所述触发策略包括接收光强数据，判断光强数据是否符合光强阈值范围，否，定时监测光强数据，是，接收距离数据，判断是否符合距离阈值范围，否，定时监测距离数据，是，启动监测策略。

3.根据权利要求1所述的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法，其特征在于，所述触发策略之前包括是否接收到接近传感器采集的接近信号，是，启动触发策略，否，系统进入深度睡眠超低功耗模式。

4.根据权利要求1所述的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法，其特征在于，所述当前频率的计算方法为：顺序接收N个闪烁数据并进行FFT计算，顺序输出N个复数和表示采集顺序的索引号，去除N个复数内N/2个共轭复数后输出顺序输出N/2个有效复数和对应的有效索引号；

确定复数绝对值最大的效复数以获取对应的有效索引号，依据该有效索引号、闪烁数据的采样频率和N值，计算出当前频率。

5.根据权利要求4所述的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法，其特征在于，所述FFT计算包括浮点计算，所述浮点计算通过向量浮点快速进行多浮点运算。

6.根据权利要求1所述的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法，其特征在于，所述频闪是否异常的判断方法包括：接收实际频率并与频闪阈值比较，判断是否为异常数据，否，延迟X秒，再进行是否启动监测策略判断，是，给出提醒反馈，延迟Y秒，再进行是否启动监测策略判断。

7.一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的系统，适用权利要求1-6任意一项所述的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的方法，其特征在于，包括数据处理的主控MCU，主控MCU分别与距离模块、光强模块和频闪模块数据互通，以分别接收距离数据、光强数据和闪烁数据。

8.根据权利要求1所述的一种嵌入式穿戴设备上实时检测频闪的系统，其特征在于，所述主控MCU内嵌入设置有做FFT计算的运算模块，所述主控MCU内集成有进行浮动运算的浮点运算单元。