本說明書涉及的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樾酒O(shè)計(jì)、視力保護(hù)、人臉識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺。

背景技術(shù)：

視力不良嚴(yán)重影響人的信息獲取能力，從而降低人的生活品質(zhì)。當(dāng)人出現(xiàn)視力問題以后，不但不能清晰地閱讀書籍、黑板和屏幕，給學(xué)習(xí)帶來困擾，而且不能清楚的辨識(shí)周圍的人和環(huán)境，給社交帶來障礙。在遭遇極端惡劣環(huán)境時(shí)，如戰(zhàn)爭(zhēng)、地震、火災(zāi)、車禍等，如果眼鏡損壞不能清楚辨識(shí)周圍環(huán)境，視力不良者無法有效自救和助人，大大降低生存能力。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016年全世界有45億手機(jī)用戶，近視患者12億人，每年在視力健康方面的醫(yī)療開支為250億美元。

保護(hù)視力是一個(gè)終身過程。在中國(guó)，近視患者約為4億人。在青少年群體中，80%中學(xué)生近視，90%大學(xué)生近視。40歲以上老視患者（俗稱：“老花眼”）約為3.7億人。對(duì)于青少年群體，主要目的是預(yù)防近視。對(duì)于成年人群體，主要目的是預(yù)防老視。

不健康使用手機(jī)、過度使用電腦和觀看電視是造成視力不良的主要原因。其中，用眼距離過近、用眼時(shí)間過長(zhǎng)對(duì)視力的損壞尤其嚴(yán)重。根據(jù)眼科專家的建議，健康使用手機(jī)應(yīng)該保持人眼正對(duì)屏幕、距離屏幕應(yīng)當(dāng)為25cm，過遠(yuǎn)過近都不好，并在用眼40分鐘后眺望遠(yuǎn)處放松睫狀肌。

目前市場(chǎng)上的視力保護(hù)方案有如下方式。

1、通過控制手機(jī)屏幕色溫和發(fā)光強(qiáng)度，使用戶眼睛舒適，如：360眼睛衛(wèi)士等。

2、監(jiān)控用戶行為控制用眼時(shí)間。例如發(fā)明專利申請(qǐng)：智能手機(jī)視力保護(hù)系統(tǒng)（申請(qǐng)?zhí)枺?01410573236.4）所述方案中通過點(diǎn)亮屏幕啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，到時(shí)自動(dòng)提醒。

3、監(jiān)控用眼距離。（1）通過增加外置紅外線測(cè)距裝置測(cè)量用眼距離。如：步步高集團(tuán)生產(chǎn)的小天才兒童平板電腦或?qū)嵱眯滦停阂环N手機(jī)及電腦防近視感應(yīng)報(bào)警器（申請(qǐng)?zhí)枺?01520300407.6）。（2）使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。例如，發(fā)明專利申請(qǐng)：智能設(shè)備視力保護(hù)方法與系統(tǒng)（申請(qǐng)?zhí)?01410298382.0）。該技術(shù)使用攝像頭采集數(shù)據(jù)，計(jì)算智能設(shè)備的距離的安全性，根據(jù)距離安全性結(jié)果調(diào)整智能設(shè)備的顯示狀態(tài)。

然而，目前在手機(jī)用眼距離的測(cè)量技術(shù)上還有很大的改進(jìn)空間。

對(duì)于紅外線設(shè)備方案而言，存在以下缺點(diǎn)。

1、主流手機(jī)（如：華為、小米、蘋果、三星等）不帶紅外線測(cè)距裝備，導(dǎo)致技術(shù)難以廣泛使用。

2、無法判斷所測(cè)物體是否為人，容易被其他物體干擾產(chǎn)生誤報(bào)。

3、無法精確判斷用戶使用手機(jī)時(shí)的姿勢(shì)。無法判斷用戶使用手機(jī)時(shí)是否存在水平方向側(cè)臉看手機(jī)，垂直方向俯仰看手機(jī)等有害狀態(tài)。

4、增長(zhǎng)額外的硬件成本。

目前借助攝像頭測(cè)量手機(jī)用眼距離技術(shù)還不成熟，就發(fā)明專利申請(qǐng)：智能設(shè)備視力保護(hù)方法與系統(tǒng)（申請(qǐng)?zhí)?01410298382.0）而言，不具備工程的可實(shí)施性，存在以下改進(jìn)空間。

1、用戶體驗(yàn)上不具備可操作性。

為了測(cè)量手機(jī)和用戶距離，該技術(shù)要求目標(biāo)在允許的最近距離時(shí)，進(jìn)行抓拍，以此確定在使用時(shí)允許的最近距離。然而，對(duì)于普通手機(jī)用戶，用戶并不知道允許的最近距離是多少，也沒辦法準(zhǔn)確的在給定距離進(jìn)行抓拍和自拍。從而導(dǎo)致該技術(shù)在無法方便的應(yīng)用于廣大用戶。

2、程序的運(yùn)行形式存在問題。

手機(jī)視力保護(hù)服務(wù)的最終目的是在用戶使用豐富多彩的手機(jī)應(yīng)用時(shí)能夠有效的保護(hù)視力。因此，手機(jī)視力保護(hù)的程序應(yīng)該以手機(jī)后臺(tái)服務(wù)的形式，而不是獨(dú)立手機(jī)應(yīng)用的方式，與其他手機(jī)應(yīng)用并行運(yùn)行。

3、沒有對(duì)手機(jī)用戶的姿勢(shì)進(jìn)行識(shí)別。

健康的使用手機(jī)除了距離以外，還要求用戶正對(duì)屏幕。借助計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，我們不但可以測(cè)量手機(jī)到用戶的距離，而且還能通過計(jì)算面部特征距離的變化計(jì)算出用戶使用手機(jī)的姿勢(shì)。

在另一方面，為了提高運(yùn)算速度、減低功耗，工業(yè)界已經(jīng)生產(chǎn)出人臉識(shí)別專用芯片。以德州儀器（texasinstruments）生產(chǎn)的tms320dm36xdigitalmediasystem-on-chip(dmsoc)芯片的人臉識(shí)別子系統(tǒng)為例，能夠通過攝像頭采集的數(shù)據(jù)識(shí)別人臉的范圍，人臉在水平面上的方位和人臉在水平面外的側(cè)向旋轉(zhuǎn)偏移和縱向旋轉(zhuǎn)偏移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種視力保護(hù)芯片，該芯片通過攝像頭采集的視頻信息、計(jì)算用戶的用眼姿勢(shì)，根據(jù)用戶的用眼姿勢(shì)和用眼時(shí)間計(jì)算用戶的用眼健康狀況，當(dāng)用戶處于不健康用眼狀況時(shí)，通過總線向外發(fā)出報(bào)警指令。

該芯片包括以下模塊：視力保護(hù)監(jiān)控器、物理測(cè)距處理器、用眼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、校準(zhǔn)特征點(diǎn)存儲(chǔ)器、人臉識(shí)別處理器和總線接口模塊。

具體的，物理測(cè)距處理器負(fù)責(zé)根據(jù)攝像頭傳來的視頻計(jì)算用戶與攝像頭的物理距離距離或者收集從距離傳感器傳來的物理距離；人臉識(shí)別處理器負(fù)責(zé)處理從攝像頭傳來的視頻信息，辨識(shí)出人臉特征的像素坐標(biāo)；用眼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶的用眼記錄；校準(zhǔn)特征點(diǎn)存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)保存用戶在特定物理距離下面部特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)；視力保護(hù)監(jiān)控器負(fù)責(zé)根據(jù)物理測(cè)距處理器傳來的攝像頭與用戶之間的物理距離信息、人臉識(shí)別處理器傳來的人臉特征像素坐標(biāo)信息和用眼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器保存的用眼數(shù)據(jù)記錄，判斷用戶用眼的狀態(tài)、姿勢(shì)、時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)用戶處于不健康用眼狀態(tài)時(shí)發(fā)出報(bào)警指令。

為了支持本發(fā)明所述的視力保護(hù)功能，本芯片需包括但不限于如下功能的指令集：重置芯片、初始化、啟動(dòng)視力保護(hù)、關(guān)閉視力保護(hù)、設(shè)置模式、存儲(chǔ)校準(zhǔn)距離和校準(zhǔn)圖像、讀取校準(zhǔn)距離和校準(zhǔn)圖像、存儲(chǔ)用眼數(shù)據(jù)、讀取用眼數(shù)據(jù)、讀取當(dāng)前用眼距離、讀取當(dāng)前用眼時(shí)間、讀取當(dāng)前在水平面用眼角度偏移、讀取當(dāng)前在豎直面用眼角度偏移、報(bào)警用眼距離過近、報(bào)警用眼距離過遠(yuǎn)、報(bào)警用眼時(shí)間過長(zhǎng)、報(bào)警水平方向用眼偏移異常、報(bào)警垂直方向用眼偏移異常。

本發(fā)明所述芯片既可以作為獨(dú)立芯片存在于手機(jī)、平板、個(gè)人電腦、電視、電子游戲機(jī)和攝像頭中，也可以作為作為子系統(tǒng)成為攝像頭處理器芯片、手機(jī)芯片、cpu、gpu、主板芯片、通信芯片的一部分。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的視力保護(hù)芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

圖1為視力保護(hù)芯片結(jié)構(gòu)示意圖。該芯片包括視力保護(hù)監(jiān)控器、用眼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、人臉識(shí)別處理器、校準(zhǔn)特征點(diǎn)存儲(chǔ)器、物理測(cè)距處理器和總線接口等模塊。該芯片通過總線與cpu、攝像頭、距離傳感器（可選）通信，實(shí)現(xiàn)視力保護(hù)功能。

總線接口負(fù)責(zé)與系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)備通信，包括接受和發(fā)送cpu指令、接受攝像頭傳來的圖像數(shù)據(jù)，接受距離傳感器數(shù)據(jù)。

人臉識(shí)別處理器處理從總線接口傳來的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行人臉識(shí)別，標(biāo)識(shí)出當(dāng)前用戶人臉特征點(diǎn)在像素坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

物理測(cè)距處理器負(fù)責(zé)接收從總線傳來的物理距離信息、從人臉識(shí)別處理器傳來的用戶面部特征點(diǎn)像素坐標(biāo)信息。若物理距離信息一直存在，則輸出物理距離信息。若物理距離信息不存在，則按照比例法，根據(jù)當(dāng)前的用戶面部特征點(diǎn)像素信息通校準(zhǔn)特征點(diǎn)存儲(chǔ)器里保存的校準(zhǔn)狀態(tài)物理距離和校準(zhǔn)狀態(tài)用戶面部特征點(diǎn)像素信息計(jì)算而得。

校準(zhǔn)特征點(diǎn)存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)保存一個(gè)或多個(gè)用戶在校準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，用戶與攝像頭之間的物理距離和對(duì)應(yīng)的面部特征點(diǎn)像素坐標(biāo)。

用眼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器保存一段時(shí)間內(nèi)用戶的用眼記錄，包括時(shí)間戳、用眼距離、用眼姿勢(shì)等。

視力保護(hù)監(jiān)控器根據(jù)用戶的面部特征點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出用戶的用眼姿勢(shì)，判斷用戶是否存在水平方向的偏轉(zhuǎn)‘垂直方向的偏轉(zhuǎn)，根據(jù)用眼物理距離判斷是否存在用眼距離過近或者過遠(yuǎn)、根據(jù)用眼記錄判斷用戶是否連續(xù)用眼時(shí)間過長(zhǎng)。