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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bildverarbeitung, insbesondere auf ein Verfahren und ein System zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder.
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Stand der Technik
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Gegenwärtig weist die Kurzsichtigkeit von Jugendlichen jeden Alters in China einen Trend zu frühem Beginn, raschem Fortschreiten und tiefem Grad auf. Unvollständigen Statistiken zufolge beträgt das Auftreten von Kurzsichtigkeit bei Grundschülern in China etwa 30 %, bei Schülern der Mittelstufe etwa 60 %, bei Schülern der Oberstufe etwa 80 % und bei College-Studenten sogar 90 %. Reduzierte Outdoor-Aktivitäten, Abhängigkeit von elektronischen Produkten, hohe Schularbeitsbelastung ... Mit den Veränderungen im Lebensstil der Menschen nimmt die Häufigkeit von Kurzsichtigkeit zu. Laut Statistiken der Weltgesundheitsorganisation gibt es derzeit etwa 1,4 Milliarden kurzsichtige Menschen auf der Welt, und fast die Hälfte von ihnen lebt in China.
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Der Grund für diese Situation liegt in der zunehmenden Häufigkeit oder Dauer der Nutzung elektronischer Produkte. Daher wurden im Stand der Technik immer mehr Technologien oder Verfahren untersucht, wie der Benutzer daran erinnert werden kann, wenn das elektronische Produkt für eine lange Zeit verwendet wird.
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Die häufig verwendete Lösung besteht darin, die Abstandsmessmethode zu verwenden, um den Abstand zwischen dem menschlichen Körper und dem elektronischen Produkt zu messen, um das elektronische Produkt daran zu erinnern, dass die Nutzungszeit zu lang ist oder die Augen zu nahe am Bildschirm des elektronischen Produkts sind, aber diese Methode hat folgende Mängel:
- es wird selten verwendet, um Kinder zu messen, selbst wenn es eine Abstandsmessung für Kinder gibt, ist das Ergebnis aufgrund umständlicher Parametereinstellungen ungenau;
- einige eingestellte Parameter werden nicht rechtzeitig angepasst, wenn sich Größe und Gewicht des Kindes ändern, wodurch die Abstandsmessung fehlschlägt;
- eine falsche Platzierung der Kamera, z. B. schief oder dergleichen, kann zu falschen Messergebnissen führen.
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Aufgabe der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung zielt auf die Mängel des Standes der Technik ab und stellt ein Verfahren und System zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder bereit.
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Um die oben beschriebenen technischen Probleme zu lösen, werden in der vorliegenden Erfindung die folgenden technischen Lösungen gelöst: ein Verfahren zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder, umfassend die folgenden Schritte:
- das Zielbereichsbild und die Weltkoordinaten des menschlichen Körpers im linken und rechten Auge werden erhalten;
- eine Korrekturverarbeitung wird an dem Zielbereichsbild durchgeführt, um ein korrigiertes Zielbereichsbild zu erhalten;
- eine Gesichtserfassung wird auf dem korrigierten Zielbereichsbild durchgeführt, um das Gesichtsbild und das Augenbild zu erhalten;
- das Gesichtsbild wird basierend auf dem voreingestellten Gesichtserkennungsmodell erkannt und es wird beurteilt, ob das Gesichtsbild ein Kindergesicht ist;
- das Augenbild wird zur Erkennung in das voreingestellte Erkennungsmodell des menschlichen Auges eingegeben, und es wird beurteilt, ob das menschliche Auge den Bildschirm betrachtet;
- wenn dies der Fall ist, wird basierend auf den Weltkoordinaten des menschlichen Körpers der Abstand am Augenbild gemessen, um den Abstand zwischen dem Bildschirm und dem menschlichen Auge zu erhalten.
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In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Verfahren auch umfasst, dass es beurteilt wird, ob der Abstand zwischen dem Bildschirm und dem menschlichen Auge größer als der eingestellte Wert ist, und wenn ja, ein Auslösen einer Erinnerung wird durchgeführt, um Kinder daran zu erinnern, dass ihre Sichtlinie zu nahe am Bildschirmterminal ist, und es spielt eine Rolle bei der Überwachung der gesunden Augennutzung von Kindern.
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In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Bild korrigiert und verarbeitet wird, umfassend eine Parametersammlung, eine Verzerrungsbeseitigung und eine binokularer Korrektur, um korrigierte Bildinformationen zu erhalten, um das Anfangsbild zu korrigieren und klare und genaue Bildinformationen für die nachfolgenden Schritte bereitzustellen.
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In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Gesichtserfassung die Bildinformationen durch das Gesichtserkennungsmodell verarbeitet, umfassend eine Bilderfassung, eine Personenpositionierung und eine Bildsegmentierung, um das segmentierte Gesichtsbild und das Augenbild zu erhalten.
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In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Gesichtserkennungsmodell durch die folgenden Schritte erstellt wird:
- die Trainingsproben werden erhalten, wobei die Trainingsproben Probengesichtsbilder und gekennzeichnete Gesichtsunterscheidungsinformationen umfassen;
- die Probengesichtsbilder sind Gesichtsbilder im Alter von 4 bis 16 Jahren;
- das Gesichtsbild der Gesichtstrainingsprobe wird als Eingabe genommen und die Gesichtsunterscheidungsinformationen wird als Ausgabe gekennzeichnet, um ein Gesichtserkennungsmodell durch Training zu erhalten. Dies spielt eine Rolle bei der schnellen und genauen Erkennung von Kindern durch Verwendung der Altersberechnung, ohne dass die Kinderinformationen im Voraus festgelegt werden.
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In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Erkennungsmodell des menschlichen Auges durch die folgenden Schritte erstellt wird:
- die Trainingsproben werden erhalten, wobei die Trainingsproben Probenaugenbilder und gekennzeichnete Augenunterscheidungsinformationen umfassen;
- ein Probenaugenbild ist ein Bild, in dem die Blickrichtung des menschlichen Auges innerhalb von 15 Grad der vier Richtungen nach oben, unten, links und rechts liegt;
- die Probenaugenbilder wird als Eingabe genommen und die Augenunterscheidungsinformationen wird als Ausgabe gekennzeichnet, um das Erkennungsmodell des menschlichen Auges durch Training zu erhalten, um schnell und genau zu bestimmen, ob der Blick des Kindes auf dem Bildschirm ist.
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Ein System zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder umfasst ein Bilderfassungsmodul, ein Stereokorrekturmodul, ein Gesichtserfassungsmodul, ein Gesichtsanpassungsmodul, ein Erfassungsmodul für die menschliche Blickrichtung und ein Abstandsmessmodul;
- das Bilderfassungsmodul wird verwendet, um das Zielbereichsbild und die Weltkoordinaten des menschlichen Körpers im linken und rechten Auge zu erhalten;
- das Stereokorrekturmodul wird verwendet, um das Zielbereichsbild zu korrigieren und verarbeiten, um ein korrigiertes Zielbereichsbild zu erhalten;
- das Gesichtserfassungsmodul wird verwendet, um eine Gesichtserfassung auf dem korrigierten Zielbereichsbild durchzuführen, um das Gesichtsbild und das Augenbild zu erhalten;
- das Gesichtsanpassungsmodul wird basierend auf den Gesichtsbildern und dem Training von kinderspezifischen Modellen die Gesichtserkennung durchführen;
- das Erfassungsmodul für die menschliche Blickrichtung wird verwendet, um zu erfassen, ob die Blickrichtung des menschlichen Auges die Richtung des Bildschirms ist;
- das Abstandsmessmodul wird verwendet, um den Abstand zwischen dem Bildschirm und dem menschlichen Auge zu messen.
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In einer Weiterbildung ist es vorgesehen, dass das Bilderfassungsmodul eine binokulare Kamera ist, die zwei in Abständen vorgesehene Kamerasensoren umfasst, wobei die binokulare Kamera Tiefe erkennen kann. Es muss lediglich die Abstandsmessung durch die Parallaxe des linken und rechten Auges realisiert werden, was einerseits die Genauigkeit der Abstandsmessung verbessert und andererseits die Erfassungszeit verkürzt.
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Die vorliegende Erfindung hat eine bemerkenswerte technische Wirkung aufgrund der übernommenen obigen technischen Lösung:
- die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren und ein System zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder bereit, um das Kinder automatisch zu erkennen, den Blickabstand von Kindern auf dem Bildschirm in Echtzeit zu erfassen und eine intelligente Überwachung zu realisieren, wodurch die Kinder zum gesunden Umgang mit Bildschirmterminalgerät angeleitet werden. Verglichen mit den bestehenden technischen Lösungen muss die Erfindung die Größe und das Gewicht von Kindern nicht voreinstellen und hat Vorteile wie keine hohe Anforderungen an die Kameraplatzierung, hohe Genauigkeit der Datenverarbeitung der binokularen Abstandsmessung und großen gemessenen Abstand, und kann in mehreren Szenen angewendet werden.
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Kurzebeschreibung der Zeichnungen
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Um die technischen Lösungen der Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung oder im Stand der Technik klarer zu erläutern, werden die Zeichnungen, welche für die Beschreibungen in Ausführungsbeispielen oder im Stand der Technik erforderlich sind, im Folgenden kurz beschrieben. Offensichtlich sind die beigefügten Zeichnungen in der folgenden Beschreibung nur einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, und für den Durchschnittsfachmann können aus diesen Zeichnungen auch andere Zeichnungen ohne kreative Anstrengung erhalten werden.
- 1 ist ein Flussblockdiagramm eines Verfahrens zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder, bereitgestellt durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Systemblockdiagramm eines Systems zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder, bereitgestellt durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Die vorliegende Erfindung wird weiter unten im Detail in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen beschrieben, und die folgenden Ausführungsbeispiele sind Erläuterungen der vorliegenden Erfindung und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Mit Bezug auf 1, stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder, umfassend die folgenden Schritte:
- Schritt S 10, das Zielbereichsbild und die Weltkoordinaten des menschlichen Körpers im linken und rechten Auge werden erhalten.
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In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet die Bilderfassung binokulare Kameras, um Bilder innerhalb eines bestimmten Bereichs von dem Bildschirmterminal zu erfassen, und dann Zielbildinformationen zu erfassen, wobei die Kamera in das Bildschirmterminal integriert oder extern auf dem Bildschirm platziert werden kann. Die Kamera wird mit der Verarbeitungseinheit verbunden, und das aufgenommene Zielbild wird für nachfolgende Verarbeitungsreihen an die Verarbeitungseinheit gesendet. Spezifisch kann die Kamera drahtgebunden oder drahtlos mit der Verarbeitungseinheit verbunden sein, um eine entsprechende Datenübertragung durchzuführen. Die Verarbeitungseinheit kann ein im Bildschirmterminal integrierter Prozessor oder ein Prozessor in der zentralen Steuereinrichtung des Internets der Dinge sein.
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Schritt S20, eine Korrekturverarbeitung wird an dem Zielbereichsbild durchgeführt, um ein korrigiertes Zielbereichsbild zu erhalten.
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Bei Stereosicht ist die Position des Objekts in den von den beiden Kameras der binokularen Kamera erfassten Bildern unterschiedlich. Um den Berechnungsaufwand für die Anpassung zu reduzieren, sollten die Abbildungsebenen der beiden Kameras auf der gleichen Ebene liegen, aber es ist offensichtlich schwierig, dieses Ziel nur durch striktes Anordnen der Kameras zu erreichen, und es ist notwendig, eine Stereokalibrierung durch Eliminieren von Verzerrungen durchzuführen. Nachdem die beiden Kameras vertikal ausgerichtet sind, wird beobachtet, dass sich die Objekte auf derselben vertikalen Koordinate befinden (dieselbe Spalte im Bild). Die x-Koordinate muss nur berücksichtigt werden, um die Tiefe zu berechnen, da nahe Objekte einen großen Unterschied auf der x-Achse haben, und um dieses Ziel zu erreichen, muss das Zielbereichsbild entzerrt werden.
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In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst die Bildkorrekturverarbeitung eine Parametersammlung, eine Verzerrungsbeseitigung und eine binokulare Korrektur. Die Parametersammlung besteht darin, eine Big-Data-Berechnung in verschiedenen Winkeln für die Zieldaten durchzuführen und die Parameter der Kamera für die Parametererfassung zu kombinieren. Die Verzerrungsbeseitigung und binokulare Korrektur dient der Eliminierung von Verzerrung und binokularer Korrektur der Bildweltkoordinaten und der Zielschlüsselpunkte durch die Stereokalibrierungsfunktion in OpenCV OpenCV ist eine plattformübergreifende Open-Source-Computer-Vision-Bibliothek, die auf Linux, Windows, Android und anderen Betriebssystemen ausgeführt werden kann und für die Entwicklung von Bildverarbeitungs- und Computer-Vision-Anwendungen verwendet werden kann. Darüber hinaus kann beim Extrahieren von Bildweltkoordinaten und Zielschlüsselpunkten der vertikale Koordinatenabfall als Korrekturbasis zum Normalisieren der Verarbeitungsparameter direkt in den Verarbeitungsalgorithmus eingesetzt werden, wodurch die Wartezeit für die Konvertierung der Stereokalibrierungsfunktion in OpenCV eingespart werden kann und die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Algorithmus erhöht werden kann.
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Schritt S30, eine Gesichtserfassung wird auf dem korrigierten Zielbereichsbild durchgeführt, um das Gesichtsbild und das Augenbild zu erhalten.
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Der Zweck der Gesichtserfassung besteht dabei darin, einen beliebigen Bildrahmen in Zielbildern zu erhalten. Der Gesichtserfassungsalgorithmus wird verwendet, um die Zielbilder zu durchsuchen, um zu bestimmen, ob es ein menschliches Gesicht in Zielbildern gibt, da die Zielbilder Objekte enthalten kann, die keine menschlichen Gesichter sind, wie etwa Möbel im Haus und andere Teile von Menschen (wie Beine, Schultern und Arme).
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Die Gesichtserfassung kann für jeden Bildrahmen in Zielbildern durch den eingebauten Gesichtserfassungsalgorithmus der Verarbeitungseinheit durchgeführt werden. Wenn sich ein menschliches Gesicht im Rahmen befindet, werden nachfolgende Schritte wie die Extraktion von Gesichtsmerkmalen durchgeführt. Der Gesichtserfassungsalgorithmus kann mit dem Klassifikator implementiert werden, der mit OpenCV geliefert wird. In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird ein auf yolo basierender Gesichtserfassungsalgorithmus zur Gesichtserfassung verwendet, wobei das Zielbild in 49 Bildblöcke geschnitten und dann jeder Bildblock separat berechnet wird, um die Position des menschlichen Gesichts zu bestimmen, zusätzlich teilt der yolo-basierte Gesichtserfassungsalgorithmus das Zielbild in 49 Bildblöcke, wobei in der anschließenden Merkmalsextraktionsphase wichtige Teile wie Augenlider verfeinert und erfasst werden können, wodurch die Genauigkeit der Extraktion von Gesichtsmerkmalen und der Gesichtsanpassung erhöht wird.
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In anderen Ausführungsbeispielen wird die Gesichtsposition unter Verwendung eines Histogramms orientierter Gradienten erfasst. Das Zielbild wird zuerst grauskaliert, und dann wird der Gradient der Pixel im Bild berechnet, wobei die Gesichtsposition erfasst und erhalten werden kann, indem das Bild in ein Histogramm orientierter Gradienten umgewandelt wird. Schritt S40, das Gesichtsbild wird basierend auf dem voreingestellten Gesichtserkennungsmodell erkannt und es wird beurteilt, ob das Gesichtsbild ein Kindergesicht ist.
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In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das Gesichtserkennungsmodell durch die folgenden Schritte erstellt:
- die Trainingsproben werden erhalten, wobei die Trainingsproben Probengesichtsbilder und gekennzeichnete Gesichtsunterscheidungsinformationen umfassen;
- die Probengesichtsbilder sind Gesichtsbilder im Alter von 4 bis 16 Jahren;
- das Gesichtsbild der Gesichtstrainingsprobe wird als Eingabe genommen und die Gesichtsunterscheidungsinformationen wird als Ausgabe gekennzeichnet, um ein Gesichtserkennungsmodell durch Training zu erhalten.
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In anderen Ausführungsbeispielen ist es vorgesehen, dass das Gesichtserkennungsmodell erhalten wird, indem die Probengesichtsbilder von 4-12 Jahre alten Gesichtsbildern trainiert werden und die Gesichtsunterscheidungsinformationen gekennzeichnet werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel kann die Gesichtsdatenzusammenfassung mit dem Alter von 4 bis 16 verwendet werden, um die Situation zu vermeiden, dass einige Kinder vom Gesichtserkennungssystem ausgeschlossen werden, weil ihre Gesichter reifer sind und ihr tatsächliches Alter jünger ist als ihr Erscheinungsalter.
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Unter anderem, wenn Kinder nach jüngeren Altersintervallen getrennt werden müssen, ist eine detailliertere und differenziertere Kontrolle erforderlich, wobei durch Training aller Gesichtsmerkmalswerte im Gesichtsdatensatz dieser in mehrere Gesichtsdatensätze mit unterschiedlichen Intervallen aufgeteilt wird, und dann werden unterschiedliche Berechnungen für Kinder unterschiedlicher Altersgruppen durchgeführt. Spezifisch kann das Gesichtserkennungsverfahren verwendet werden, um Kinder unterschiedlicher Altersgruppen genauer zu identifizieren, indem der euklidische Abstand zwischen dem Zielgesicht und dem Gewichtsvektor jeder Person in der Gesichtsdatenbank berechnet wird.
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Schritt S50, das Augenbild wird zur Erkennung in das voreingestellte Erkennungsmodell des menschlichen Auges eingegeben, und es wird beurteilt, ob das menschliche Auge den Bildschirm betrachtet.
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In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird es vorgesehen, dass das Erkennungsmodell des menschlichen Auges durch die folgenden Schritte erstellt wird:
- die Trainingsproben werden erhalten, wobei die Trainingsproben Probenaugenbilder und gekennzeichnete Augenunterscheidungsinformationen umfassen;
- ein Probenaugenbild ist ein Bild, in dem die Blickrichtung des menschlichen Auges innerhalb von 15 Grad der vier Richtungen nach oben, unten, links und rechts liegt;
- die Probenaugenbilder wird als Eingabe genommen und die Augenunterscheidungsinformationen wird als Ausgabe gekennzeichnet, um das Erkennungsmodell des menschlichen Auges durch Training zu erhalten.
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Durch Eingeben des Augenbildes in das Erkennungsmodell des menschlichen Auges wird beurteilt, ob das Kind den Bildschirm betrachtet.
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Schritt S60, wenn das menschliche Auge den Bildschirm betrachtet, wird basierend auf den Weltkoordinaten des menschlichen Körpers der Abstand am Augenbild gemessen, um den Abstand zwischen dem Bildschirm und dem menschlichen Auge zu erhalten, wobei die konkrete Berechnungsformel lautet:
wobei die Parallaxe des linken und rechten Auges sich auf den Unterschied der x-Koordinate für denselben Merkmalspunkt auf dem linken und rechten Bild bezieht;
es wird beurteilt, ob der Abstand zwischen dem Bildschirm und dem menschlichen Auge größer als der eingestellte Wert ist, und wenn ja, ein Auslösen einer Erinnerung wird durchgeführt.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder bereit, um das Kinder automatisch zu erkennen, den Blickabstand von Kindern auf dem Bildschirm in Echtzeit zu erfassen und eine intelligente Überwachung zu realisieren, wodurch die Kinder zum gesunden Umgang mit Bildschirmterminalgerät angeleitet werden. Verglichen mit den bestehenden technischen Lösungen muss die Erfindung die Größe und das Gewicht von Kindern nicht voreinstellen und hat Vorteile wie keine hohe Anforderungen an die Kameraplatzierung, hohe Genauigkeit der Datenverarbeitung der binokularen Abstandsmessung und großen gemessenen Abstand, und kann in mehreren Szenen angewendet werden.
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Zusätzlich stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung basierend auf dem oben erwähnten Verfahren zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder auch ein System zur binokularen Abstandsmessung abzielend auf Kinder bereit, wie in 2 gezeigt, wobei das System umfasst: ein Bilderfassungsmodul 100, ein Stereokorrekturmodul 200, ein Gesichtserfassungsmodul 300, ein Gesichtsanpassungsmodul 400, ein Erfassungsmodul für die menschliche Blickrichtung 500 und ein Abstandsmessmodul 600;
das Bilderfassungsmodul 100 wird verwendet, um das Zielbereichsbild und die Weltkoordinaten des menschlichen Körpers im linken und rechten Auge zu erhalten;
das Stereokorrekturmodul 200 wird verwendet, um das Zielbereichsbild zu korrigieren und verarbeiten, um ein korrigiertes Zielbereichsbild zu erhalten;
das Gesichtserfassungsmodul 300 wird verwendet, um eine Gesichtserfassung auf dem korrigierten Zielbereichsbild durchzuführen, um das Gesichtsbild und das Augenbild zu erhalten;
das Gesichtsanpassungsmodul 400 erkennt das Gesichtsbild basierend auf dem voreingestellten Gesichtserkennungsmodell und beurteilt, ob das Gesichtsbild ein Kindergesicht ist;
das Erfassungsmodul 500 für die menschliche Blickrichtung wird verwendet, um zu erfassen, ob die Blickrichtung des menschlichen Auges die Richtung des Bildschirms ist;
das Abstandsmessmodul 600 wird verwendet, um den Abstand zwischen dem Bildschirm und dem menschlichen Auge zu messen.
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In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet das Bilderfassungsmodul 100 eine binokulare Kamera mit zwei in Abständen vorgesehenen Kamerasensoren. Die binokulare Kamera kann die Tiefe wahrnehmen, und es muss lediglich die Abstandsmessung durch die Parallaxe des linken und rechten Auges realisiert werden, was einerseits die Genauigkeit der Abstandsmessung verbessert und andererseits die Erfassungszeit verkürzt.
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Außerdem sollte beachtet werden, dass für die in dieser Beschreibung beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele die Teile, Formen und Namen von Komponenten unterschiedlich sein können. Alle äquivalenten oder einfachen Änderungen, die gemäß der Struktur, den Merkmalen und Prinzipien des Patentkonzepts der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, sind im Schutzumfang des Patents der vorliegenden Erfindung enthalten. Der Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Modifikationen oder Ergänzungen an den beschriebenen speziellen Ausführungsbeispielen vornehmen oder sie auf ähnliche Weise ersetzen. Solange es nicht von der Struktur der vorliegenden Erfindung abweicht oder den in den Ansprüchen definierten Umfang überschreitet, gehört es zum Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.