自動識別讀寫場景中讀物位置的智能裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對青少年讀書寫字時(shí)的姿勢正確與否進(jìn)行自動判斷的提醒裝置， 特別涉及一種通過二維或三維圖像傳感器采集的圖像信息對青少年讀寫姿勢進(jìn)行智能識 別的預(yù)警裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國現(xiàn)有近視患者已超過3億人，占世界近視人數(shù)的33%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均值 22%的比例。我國每年會出現(xiàn)低視力135萬，即約每分鐘就會出現(xiàn)三個低視力患者。如果 不采取有力措施，到2020年我國視力殘疾人數(shù)將為目前的4倍。全世界每年視力損害的花 費(fèi)已高達(dá)250億美元。綜上所述，視力損害已成為我國乃至全球的嚴(yán)重公共衛(wèi)生問題。我 國8~12歲的小學(xué)生近視發(fā)病率約為23%，中學(xué)生約為55%，大學(xué)生約為76%，全國近視 眼約為3億人，其中青少年約為2億人。全國近視眼發(fā)病人數(shù)位居世界首位。
[0003] 青少年近視眼的形成原因包括先天遺傳和后天環(huán)境因素。前者占20%，后者占 80%。青少年處于生長發(fā)育旺盛時(shí)期，眼的生理功能和組織結(jié)構(gòu)有與其他時(shí)期不同的特點(diǎn)， 易受環(huán)境不良影響而形成近視眼。不正確的看書、寫作業(yè)姿勢是造成青少年近視的重要原 因。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，人們想出多種方法，使青少年在看書或?qū)懽謺r(shí)，其眼睛距書本（又稱 讀物）保持一定的距離，這些方法包括機(jī)械方法、電子方法等。
[0005] 通常，機(jī)械方法是在人的頭部或肩部，佩戴復(fù)雜的機(jī)械部件，其需與身體直接接 觸，增加佩戴者的體力負(fù)擔(dān)，由此受到了限制（主要是佩戴者不喜歡使用）。
[0006] 電子方法是以超聲波或紅外線做為測試媒介，將其對準(zhǔn)人的頭面部，或者將超聲 波或紅外線測試裝置佩戴在頭部或耳部，并將測量傳感器對準(zhǔn)書本。這兩種方法，傳感器位 置在安裝時(shí)都需要事先校準(zhǔn)，其只能測量傳感器到頭部（或傳感器到書本）的單點(diǎn)距離，并 進(jìn)行幾何推算，估算出頭部到書本的距離。不能精確測量人眼到書本的距離。由于基于單 點(diǎn)測量，所以，測量精度會隨頭部在讀寫過程中的搖動而降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能在青少年讀寫場景中與青少年身體無任 何接觸的狀態(tài)下，自動、準(zhǔn)確判斷青少年讀寫姿勢正確與否的自動識別讀寫場景中讀物位 置的智能裝置及其應(yīng)用。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0009] 本發(fā)明的自動識別讀寫場景中讀物位置的智能裝置，其特征在于：其由至少一個 二維或三維圖像傳感器、與該圖像傳感器連接的微處理器、報(bào)警模塊和電源模塊構(gòu)成，其 中，
[0010] 二維圖像傳感器，將以不同位置或視角獲取至少二幅青少年讀寫場景中包括讀寫 人貌姿、讀寫的讀物和/或依托該讀物的桌面為物理點(diǎn)在內(nèi)的二維原始圖像傳送給所述微 處理器；或者由三維圖像傳感器獲取包括所述物理點(diǎn)在內(nèi)的深度圖像傳送給所述微處理 器；
[0011] 微處理器，針對獲取的二維原始圖像，采用立體匹配方法獲得與至少一幅原始圖 像對應(yīng)的深度圖像；存儲所述圖像傳感器實(shí)時(shí)采集的圖像信息；依據(jù)所述深度圖像采用 切片掃描方法獲取所述讀物的三維坐標(biāo)：實(shí)時(shí)計(jì)算所述物理點(diǎn)中讀物的三維坐標(biāo)和具有關(guān) 聯(lián)性的二個目標(biāo)物理點(diǎn)之間的動態(tài)距離或動態(tài)時(shí)差并保存；
[0012] 報(bào)警模塊，當(dāng)讀寫場景中的某個物理點(diǎn)的三維坐標(biāo)或所述的動態(tài)距離偏離設(shè)定的 正常值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號；
[0013] 電源模塊，為圖像傳感器、微處理器和報(bào)警模塊提供工作電壓。
[0014] 所述的圖像傳感器為二個黑白或彩色圖像傳感器。
[0015] 所述物理點(diǎn)的三維坐標(biāo)包括讀寫場景中讀寫人雙眼和置于讀寫狀態(tài)下的讀物的 三維坐標(biāo)，所述動態(tài)距離為由所述微處理器動態(tài)跟蹤并自動讀出讀寫人雙眼到所述讀物的 直線距離。
[0016] 所述物理點(diǎn)的三維坐標(biāo)包括讀寫人處于標(biāo)準(zhǔn)讀寫狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)身姿的三維 坐標(biāo)，所述動態(tài)距離為由所述微處理器動態(tài)跟蹤并獲取讀寫人動態(tài)讀寫姿勢時(shí)對應(yīng)的動態(tài) 身姿的三維坐標(biāo)與所述標(biāo)準(zhǔn)身姿的三維坐標(biāo)偏離值。
[0017] 所述物理點(diǎn)的三維坐標(biāo)包括讀寫人處于標(biāo)準(zhǔn)讀寫狀態(tài)時(shí)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)身姿的三維 坐標(biāo)，所述動態(tài)時(shí)差為由微處理器動態(tài)跟蹤并獲取讀寫人處于該標(biāo)準(zhǔn)身姿下的連續(xù)累積時(shí) 間。
[0018] 所述報(bào)警模塊還包括讀寫場景中環(huán)境光線亮度報(bào)警和WIFI通信連接模塊。
[0019] 本發(fā)明的智能防近視臺燈，包括光源、燈桿和燈座，在燈桿或燈座上安裝有一個本 發(fā)明的所述的自動識別讀寫場景中讀物位置的智能裝置。
[0020] 本發(fā)明的防近視智能平板，包括觸摸式液晶屏和中央處理器，在其上還設(shè)有一個 本發(fā)明的所述的自動識別讀寫場景中讀物位置的智能裝置，所述的中央處理器為該智能裝 置中的微處理器。
[0021] 本發(fā)明的智能裝置由至少一個二維或三維圖像傳感器、與該圖像傳感器連接的微 處理器、報(bào)警模塊和電源模塊構(gòu)成。其采用成本較低且結(jié)構(gòu)簡單的二維或三維圖像傳感器， 獲取青少年讀寫場景中與青少年讀寫時(shí)相關(guān)的物理點(diǎn)（如青少年的身體姿態(tài)、頭面部狀 態(tài)、讀寫的書本、依托該書本的桌面、光線明暗度等）的原始圖像，再將原始圖像信息存入 中央處理器，由中央處理器基于該圖像傳感器標(biāo)定參數(shù)，通過立體匹配方法獲得與原始圖 像對應(yīng)的深度圖像（或者由三維圖像傳感器直接獲取包括所述物理點(diǎn)在內(nèi)的深度圖像）。 之后，依據(jù)深度圖像對所述物理點(diǎn)賦予單位空間內(nèi)所含的點(diǎn)云密度值；通過設(shè)定空間原點(diǎn) 及邊界定義三維掃描體，在Z方向上，將掃描體等間隔劃分為大小相同位置不同的子掃描 體，再沿Z軸方向掃描所述子掃描體，當(dāng)掃描到的某個子掃描體的點(diǎn)云密度達(dá)到所述讀物 的設(shè)定閾值時(shí)，則判定當(dāng)前子掃描體的中心位置為該物理點(diǎn)的空間位置。本發(fā)明通過合理 設(shè)置圖像信息采集的頻度，由中央處理器計(jì)算可以精確獲知該讀寫場景中任意二個物理點(diǎn) 之間靜態(tài)或動態(tài)情況下的距離以及讀寫場景中讀物所處的三維坐標(biāo)，并且由此可以延伸獲 知讀寫場景中青少年處于一種讀寫狀態(tài)維持的時(shí)間長短及其讀寫姿態(tài)是否正常。本發(fā)明簡 單、快捷、準(zhǔn)確，而且投資成本較低。
[0022] 本發(fā)明的裝置可有效獲取青少年讀書寫字時(shí)的體態(tài)和姿勢并對不正確的體態(tài)或 姿勢予以提示。該裝置還具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)非接觸式，無需穿戴在身上，無身體負(fù)擔(dān)。2)能 精確測量人眼到書本的距離，測量誤差〈lcm。3)測量裝置可安裝在讀寫人前方1~3米范 圍，測量范圍大，且無需校準(zhǔn)。4)算法具有基于人臉三維坐標(biāo)進(jìn)行跟蹤測量，讀寫中的頭部 和肩部無意的搖動，不會影響測量精度。5)能以影像的方式保存圖像與對應(yīng)的測量結(jié)果，對 近視的預(yù)防具有積極意義。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明裝置的方框示意圖。
[0024] 圖2為圖像獲取原理圖。
[0025] 圖3為頭面部三維定位流程圖。
[0026] 圖4為物理點(diǎn)的三維坐標(biāo)定位流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明的自動識別讀寫場景中讀物位置的智能裝置，由至少一個二 維或三維圖像傳感器、與該圖像傳感器連接的微處理器、報(bào)警模塊和電源模塊構(gòu)成，其中，
[0028] 二維圖像傳感器，將以不同位置或視角獲取至少二幅青少年讀寫場景中包括讀寫 人貌姿、讀寫的讀物和/或依托該讀物的桌面