本發(fā)明涉及一種檢測方法、檢測設(shè)備和燈具。

背景技術(shù)：

中國青少年的近視率常年居于世界前列，寫字姿勢不正確是導(dǎo)致近視的重要原因之一。此外，不正確的寫字姿勢也會導(dǎo)致脊柱彎曲等問題。另一方面，低年級的學(xué)齡兒童活潑好動，做作業(yè)時注意力易分散，家長需要在一旁監(jiān)督督促，也造成家長在時間和精力上較大的負擔(dān)。此外，出于課業(yè)競爭的壓力，兒童常常由于作業(yè)繁重出現(xiàn)睡眠不足等問題，在日常作業(yè)中出現(xiàn)疲勞等狀態(tài)，影響學(xué)習(xí)效率和身體健康。但是疲勞狀態(tài)難以監(jiān)測，家長和兒童往往對此也毫無所知。

目前市面上銷售的坐姿矯正設(shè)備，大多是純物理式的矯正設(shè)備，或者使用紅外測距傳感器或超聲波測距傳感器，通過測量人臉到傳感器的距離來判斷坐姿，而學(xué)生和成人的身高不同、測距儀放置的位置、阻擋物的存在都會影響設(shè)備的正確判斷，因而識別率不高。

而另一種識別方式是基于雙攝像頭技術(shù)的坐姿監(jiān)測方法，該方法是通過提取眼睛高度作為特征信息進行坐姿判斷，通常是將檢測值和閾值比較來進行判斷，但是不同的使用者其身高不同，采用相同的閾值無法準(zhǔn)確判斷。而且當(dāng)發(fā)生后仰式的錯誤坐姿時，眼睛位置高度變化很小，無法識別該類錯誤坐姿。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種可以準(zhǔn)確識別錯誤坐姿的檢測方法、檢測設(shè)備和燈具。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述功能，所采用的技術(shù)方案是提供一種檢測方法，預(yù)設(shè)有閾值,通過采集使用者圖像獲得使用者的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù),根據(jù)所述當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和是否在閾值范圍內(nèi)來識別異常行為，其特征在于：

所述當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)包括判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，

所述判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)用于和閾值進行對比，當(dāng)判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)超出閾值范圍,判定為異常行為,

所述閾值隨著所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)的變化而變化。

優(yōu)選的，所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)為使用者臉部圖像面積size。

優(yōu)選的，所述判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)為使用者臉部圖像中心點的水平變化值dx和/或垂直變化率dy，所述水平變化值dx、垂直變化率dy分別對應(yīng)有水平閾值xthres和垂直閾值ythres。

優(yōu)選的，所述檢測方法在檢測開始時對使用者的初始數(shù)據(jù)進行標(biāo)定，所述初始數(shù)據(jù)包括使用者臉部圖像中心點的初始坐標(biāo)值（x0，y0）、臉部圖像面積的初始值size0。

優(yōu)選的，所述水平變化值dx=x-x0；

所述垂直變化率dy=（y-y0）/y0

其中（x,y）為當(dāng)前測得的使用者臉部圖像中心點的坐標(biāo)值。

優(yōu)選的，當(dāng)所述判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)為使用者臉部圖像中心點的水平變化值dx和垂直變化率dy兩個數(shù)據(jù)值時，僅所述垂直閾值ythres隨著所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)的變化而變化。

優(yōu)選的，所述垂直閾值ythres和所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)之間滿足如下方程

其中最小變化率dsl、最大變化率dsr為預(yù)設(shè)定值；

ds為臉部圖像面積變化率ds=（size-size0）/size0。

優(yōu)選的，所述f1(ds)、f2(ds)為多項式或表格。

本發(fā)明還提供一種檢測裝置，包括：

信息采集單元，用以采集使用者的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)；

控制器，預(yù)設(shè)有閾值,所述控制器從所述信息采集單元接收所述使用者的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和是否在閾值范圍內(nèi)來識別異常行為，如行為異常則發(fā)出異常行為報警信號；

報警單元，從所述控制器接收所述異常行為報警信號，執(zhí)行報警，

其特征在于：所述當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)包括判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述控制器包括：

閾值計算單元，所述閾值計算單元根據(jù)所述信息采集單元傳來的所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，計算獲得閾值；

姿勢判斷單元，所述姿勢判斷單元比較所述信息采集單元傳來的所述判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)和所述閾值計算單元傳來的所述閾值，如所述判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)超出所述閾值范圍判定為異常行為，向所述報警單元發(fā)出所述異常行為報警信號。

優(yōu)選的，所述閾值隨著所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)的變化而變化。

優(yōu)選的，所述信息采集單元為圖像傳感器,其所采集的信息為使用者的圖像信息。

優(yōu)選的，所述控制器還包括存儲單元,所述存儲單元用以存放檢測開始時使用者的初始數(shù)據(jù)，所述初始數(shù)據(jù)包括使用者臉部圖像中心點的初始坐標(biāo)值（x0，y0）、臉部圖像面積的初始值size0。

優(yōu)選的，所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)為使用者臉部圖像的面積以size表示。

優(yōu)選的，所述判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)為使用者臉部圖像中心點的水平變化值dx和/或垂直變化率dy，所述水平變化值dx、垂直變化率dy分別對應(yīng)有水平閾值xthres和垂直閾值ythres,

所述水平變化值dx=x-x0

所述垂直變化率dy=（y-y0）/y0

其中（x,y）為當(dāng)前測得的使用者臉部圖像中心點的坐標(biāo)值。

優(yōu)選的，當(dāng)所述判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)為使用者臉部圖像中心點的水平變化值dx和垂直變化率dy兩個數(shù)據(jù)值時，所述閾值計算單元僅根據(jù)所述標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)計算所述垂直閾值ythres。

優(yōu)選的，所述閾值計算單元根據(jù)以下方程計算垂直閾值

其中最小變化率dsl、最大變化率dsr為預(yù)設(shè)定值；

ds為臉部圖像面積變化率ds=（size-size0）/size0。

優(yōu)選的，所述f1(ds)、f2(ds)為多項式或表格。

本發(fā)明還提供一種照明燈具，包括供使用者所使用的光源，其特征在于：還包括上述檢測裝置。

優(yōu)選的，所述照明燈具還包括燈頭和與所述燈頭相連的底座；所述光源設(shè)置于所述燈頭；所述信息采集單元為圖像傳感器。

優(yōu)選的，所述圖像傳感器設(shè)置于所述底座。

優(yōu)選的，所述圖像傳感器包括鏡頭，所述鏡頭中心距所述底座放置面的距離為2-8cm，鏡頭光軸與水平面的夾角為0-20度。

優(yōu)選的，所述燈頭向前超出所述鏡頭的長度小于10cm。

本發(fā)明所提供的檢測方法、檢測設(shè)備在判斷坐姿時，并不是采用統(tǒng)一預(yù)設(shè)的閾值，而是根據(jù)當(dāng)前使用者的位置、身高來調(diào)整閾值，這樣就可以更為準(zhǔn)確地識別錯誤坐姿，從而避免了漏報、錯報的發(fā)生。

附圖說明

圖1是本發(fā)明檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明檢測方法的基本流程示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的流程示意圖；

圖4是使用者姿勢變化示意圖；

圖5是不同使用者的位置示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中y軸閾值ythres和臉部圖像面積變化率ds的對應(yīng)關(guān)系圖表；

圖7是本發(fā)明燈具的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的一種檢測方法、檢測設(shè)備和燈具作進一步詳細的說明。

請參考圖1，圖1所示是本發(fā)明提出的檢測設(shè)備的一個較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該檢測設(shè)備系統(tǒng)包括：信息采集單元、控制器、報警單元。

其中信息采集單元是用來采集使用者的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)的，在本實施例中信息采集單元為圖像傳感器,可以是數(shù)碼相機、攝像頭、或者是紅外圖像采集設(shè)備，其所采集的信息為使用者的圖像信息。

控制器接收信息采集單元采集到的使用者的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)是否在閾值范圍內(nèi)來識別異常行為，如果使用者的圖像在某一特定部位超出了閾值范圍，則判斷為異常行為，向報警單元發(fā)出異常行為報警信號s4，報警單元接收到異常行為報警信號s4后執(zhí)行報警。報警的方式可以是發(fā)出聲音、產(chǎn)生振動、改變色彩、燈光閃爍或燈光亮度變化。在本實施例中我們選擇上述報警方式中的一種——聲音警報來進行報警，在其他較佳實施例中可采用多種方式組合來進行報警，如聲音加振動、以紅色警示燈的亮度變化結(jié)合聲音、或振動配以可變色的led不停閃爍等。

在判斷異常時可以采用的信息很多，目前常用的有使用者眼睛的位置、眼睛在畫面中的大小、肩部的位置、兩肩的水平度等，這些信息都可以用在本發(fā)明的檢測裝置，而在本實施例中采用的是使用者頭部的中心位置，如頭部中心發(fā)生位移，我們可以判斷使用者是否向兩側(cè)傾斜，但是在需要識別前傾和后仰姿勢時就顯得力不從心了，如圖4所示，圖中以攝像頭3來拍攝使用者頭部圖像，虛線表示攝像頭3鏡頭的中心光軸，也就是整個畫面的中心點，使用者從位置a的正確位置移動到錯誤姿勢b時，在攝像畫面中臉部的中心點這里我們認(rèn)為是鼻尖處的位置變化較小，并沒有超出閾值，這樣這個前傾的錯誤姿勢就無法報警，但是實際上前傾時臉部大小會明顯增大，因此我們考慮通過臉部的面積的不同采用不同的閾值以實現(xiàn)準(zhǔn)確報警。

同時還存在另外一種情況，如圖5所示，使用者c和使用者b距離桌面的高度相同，但是僅僅是由于攝像頭3和使用者的距離不同，在攝像頭3采集到的圖像中，使用者c的縱向坐標(biāo)的變化顯著大于使用者b，不宜采用相同的判定閾限。而由于他們的位置不同，我們可以通過臉部的大小來識別使用者和攝像頭3的距離，進而確定適合當(dāng)前使用者的閾值。

根據(jù)上述的分析，因此在本實施例中，信息采集單元采集到的信息分為兩種，分別是判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s2和標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s1，而控制器除了包括有常規(guī)的姿勢判斷單元，還包括一個閾值計算單元。閾值計算單元根據(jù)標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s1計算獲得本次判斷所需要的閾值；姿勢判斷單元則比較判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s2和閾值計算單元傳來的當(dāng)前閾值信息s3。其具體運行流程如圖2所示，首先信息采集單元采集使用者的當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)包括判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s2和標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s1；閾值計算單元根據(jù)標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s1確定閾值s3；比對判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s2和閾值s3，如s2>s3，即超出所述閾值范圍判定為異常行為，向報警單元發(fā)出異常行為報警信號s4，反之s2≤s3則重復(fù)執(zhí)行信息采集動作。

前面我們已經(jīng)說明過使用者臉部在采集圖像中的大小可以用來確定使用者的位置，因此，在一些較佳的實施例中我們可以采用使用者臉部圖像的面積（以size表示）來作為標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s1，每次判斷前都根據(jù)當(dāng)前的size值來計算閾值。而在本實施例中，我們?yōu)榱烁鼮榫_的判斷坐姿，在計算時我們會考慮使用者的初始位置，根據(jù)位置的變動來進行判斷，這樣我們就需要在檢測開始時對使用者的初始數(shù)據(jù)進行標(biāo)定，在本實施例中初始數(shù)據(jù)s5包括使用者臉部圖像中心點的初始坐標(biāo)值（x0，y0）以及臉部圖像面積的初始值size0，在確定坐標(biāo)值時，我們采用圖像的左下端點作為坐標(biāo)原點。為了存放使用者的初始數(shù)據(jù)s5，控制器中還包括存儲單元。

在本實施例中，具體的檢測流程如圖3所示：

步驟a，初始數(shù)據(jù)標(biāo)定，通過信息采集單元采集使用者臉部圖像中心點的初始坐標(biāo)值（x0，y0）以及臉部圖像面積的初始值size0。

步驟b，通過信息采集單元獲取當(dāng)前使用者人臉信息包括臉部圖像中心點坐標(biāo)值（x，y）、臉部面積size。

步驟c，計算變化量，包括計算作為判斷用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s2的水平變化值dx和/或垂直變化率dy，臉部面積size作為標(biāo)定用當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)s1也同時計算其變化率ds，在水平變化方面,我們直接采用計算位移變化的方式,而對于垂直變化由于使用者身高不同,同樣的俯身動作其y坐標(biāo)的變化是不同的,因此垂直變化我們采用計算變化率的方式,具體算法如下：

水平變化值dx=x-x0；

垂直變化率dy=（y-y0）/y0；

臉部圖像面積變化率ds=（size-size0）/size0

水平變化值dx、垂直變化率dy分別對應(yīng)有水平閾值xthres和垂直閾值ythres，后續(xù)的判斷就是通過他們之間的比對來進行的。

步驟d，判斷水平變化值dx是否大于xthres，如是，執(zhí)行步驟h；如否，則執(zhí)行步驟e。在本實施例中我們用水平變化值dx來判斷使用者是否產(chǎn)生斜肩坐姿，使用者和攝像頭位置的變化對閾值的影響不大，因此xthres這里我們就不做變化，僅根據(jù)使用者的初始位置來確定，即在這里xthres是一個定值。

步驟e，判斷使用者臉部面積是否發(fā)生變化，即ds是否為0，如果不等于0執(zhí)行步驟f，等于0表示臉部大小沒有變化則不需要重新計算閾值，直接跳過步驟f執(zhí)行步驟g。

步驟f，閾值計算單元根據(jù)以下方程計算垂直閾值

其中dsl、dsr為定值，表示臉部面積變化的極限值。當(dāng)臉部在鏡頭中變小時，ds為負值，當(dāng)ds的值很小時表明人已經(jīng)離鏡頭很遠，甚至可能已經(jīng)離開，因此設(shè)定一個固定的最小變化率dsl值，當(dāng)ds小于該值時，將閾值設(shè)為0，即不管臉部中心點在哪個位置均超出閾值可進行報警。而當(dāng)臉部在鏡頭中變大時，最極端情況是臉已經(jīng)鋪滿整個鏡頭，繼續(xù)向前根本無法體現(xiàn)出面積的變化，因此我們在這里也設(shè)置一個固定的極限值最大變化率dsr，當(dāng)ds大于該值時將閾值設(shè)為0進行報警，提醒使用者后退。具體的最小變化率dsl和最大變化率dsr的值可以根據(jù)不同的鏡頭型號來進行預(yù)設(shè)。

f1(ds)、f2(ds)為多項式或表格，在本實施例中ds和垂直閾值ythres可以表示為如圖6所示的曲線，f1(ds)表現(xiàn)為一條直線，而f2(ds)是根據(jù)右側(cè)曲線擬合的多項式。當(dāng)然為了更為簡單的運算，我們可以將圖上對應(yīng)的點位制成一個表格，直接根據(jù)ds的值在表中查找相應(yīng)的ythres值。

步驟g，判斷dy是否大于ythres，如是，表示姿勢錯誤，執(zhí)行步驟h，否則再次執(zhí)行步驟b，對于錯誤坐姿當(dāng)ds小于0時為后仰坐姿，ds大于0為前傾坐姿，可以針對不同的錯誤姿勢采用不同的報警方式。

步驟h，報警單元執(zhí)行報警。

對于上述檢測裝置可以單獨使用用來檢測坐姿，也可以和其他日常用品結(jié)合，如燈具、鬧鐘、用于桌面的置物架等，在本實施例中，我們提供的是一個用于書寫照明的臺燈，如圖7所示，臺燈包括燈頭1和底座2，燈頭1設(shè)置在底座2之上和底座2相連，底座2的下表面是一個平面，可使整個燈具放置在桌面上。作為一個書寫照明用品，臺燈的光源設(shè)置在燈頭1之上，而本發(fā)明提出的檢測裝置設(shè)置在燈具之上,其設(shè)置位置可以根據(jù)燈具的形狀選擇合適的位置,在本實施例中檢測裝置設(shè)置在底座2,在其他較佳實施例中也可以設(shè)置在燈桿或燈臂上。特別需要說明的是檢測裝置中的信息采集單元為攝像頭，攝像頭包括有鏡頭3,在本實施例中鏡頭為視場角120度的廣角鏡頭。在絕大多數(shù)姿勢下，無論是正確姿勢還是錯誤姿勢，安裝在底座2的攝像頭3都能較好地捕捉到用戶的整個臉部。如果采用在燈頭1位置安裝攝像頭3，則當(dāng)用戶低頭、或用戶因讀寫至?xí)鞠掳氩慷蛳罗D(zhuǎn)動頭部，用戶的臉部正面都會離開攝像頭3的視場范圍，使得后端運算無法獲取用戶臉部中心坐標(biāo)及臉部大小等信息，也無法判斷用戶當(dāng)前狀態(tài)是離開位置、坐姿錯誤還是臨時性的向下轉(zhuǎn)頭。此外臺燈通常在閱讀或書寫時使用，使用時桌面都會有書本等，如果鏡頭3的位置太低則，可以被遮擋無法拍攝到人的臉部，因此鏡頭3中心距和桌面的距離最好在2-8cm這個范圍內(nèi)，在本實施例中鏡頭3的高度為4cm。

而鏡頭3的光軸方向盡可能靠近用戶讀寫時的視線中心方向，因此鏡頭3的光軸最好和桌面形成一定的角度，鏡頭光軸與水平面的夾角為應(yīng)小于20度，在本實施例中為10度。由于鏡頭3的光軸有一個向上傾斜的角度，如果燈頭1向前伸出太多的話，光源發(fā)出的光會直接射入鏡頭3造成炫光，因此燈頭向前超出所述鏡頭的長度l1（如圖7所示）應(yīng)該有一個范圍,具體范圍可以根據(jù)光源的種類而定,在本實施例中l(wèi)1選擇應(yīng)該小于15cm,更優(yōu)的是小于10cm。

上文對本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述是為了說明和描述，并非想要把本發(fā)明窮盡或局限于所公開的具體形式，顯然，可能做出許多修改和變化，這些修改和變化可能對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的，應(yīng)當(dāng)包括在由所附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。