专利名称：眼睛视力智能保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种眼睛视力智能保护系统，应用于液晶显示器，液晶电视机，手机， 游戏机等所有显示设备。
背景技术：
目前显示设备的使用者一般都是根据自己的喜好、使用场景、使用效果通过菜单 手动进行调整屏幕亮度大小，无法根据使用者当前的精神状况，如眼睛疲劳，而自动调低屏 幕的亮度以适应当前的眼睛疲劳状况，实现保护眼睛的作用。因此，如何解决上述问题是本 发明的研究目的。发明内容
本发明的目的在于提供一种眼睛视力智能保护系统，本发明能实现对根据显示设 备使用者的疲劳度自适应调节设备屏幕亮度的智能控制，即能保护使用者眼力的安全，又 能节约能源。
本发明的特征在于一种眼睛视力智能保护系统，包括图像预处理模块A，面部处 理模块B，眼睛区域定位模块C，眼睛跟踪预测模块D，疲劳状态检测E，计算疲劳程度模块F， 控制显示设备背光亮度模块G和提示菜单模块H，其特征在于用一个摄像头实时采集使用 者使用显示设备的连贯图像，所述图像预处理模块A进行图像预处理，主要是对于图像亮 度不均勻的图片进行光照补偿；所述面部处理模块B基于YCbCr色彩空间找肤色部分，利用 投影的方式取出脸部区域；在新取出之脸部区域中，所述眼睛区域定位模块C利用“三庭五 眼”的几何分布，通过水平和垂直两个方向的投影来确定眼睛区域，在眼睛区域进行检测定 位，用矩形标出眼睛区域做为眼睛模板；所述眼睛跟踪预测模块D从上一帧中提出眼睛的 模块，用UKF对下一帧的眼睛位置进行预测跟踪；其中嘴巴的定位和追踪如同眼睛；所述疲 劳状态检测模块E主要包括两个方面检测眼睛和嘴巴的状态是否符合标准，其中嘴巴疲 劳检测是利用嘴巴的宽高比及打哈欠的持续时间T来判断使用者是否处于疲劳状态，且利 用PERCL0S方法检测眼睛疲劳；所述计算疲劳程度模块F通过融合嘴巴和眼睛的疲劳参数 计算Total疲劳程度；所述控制显示设备背光亮度模块G和提示菜单模块H根据疲劳程度 自动控制背光的亮度大小和显示对应的提示信息菜单，实现保护眼睛视力的功能和一种实 时侦测使用者精神面貌自动提醒休息的智能系统。
本发明的优点本发明可检测使用者疲劳程度实现自动微调显示设备屏幕亮度， 并提示使用者当前的精神状态，提醒休息，达到保护眼睛视力的效果。
图1为本发明实施例的流程图。
图2为本发明光照补偿算法流程图。
图3为本发明眼睛定位和跟踪流程图。
图4为本发明打哈欠检测流程图。
图5为本发明嘴巴张开曲线。
图6为本发明PERCL0S测量原理。
图7为本发明PERCL0S与疲劳等级的相关。
图8为本发明计算疲劳程度。
图9为本发明控制流程。
图10为本发明提示菜单。
具体实施方式
参考图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，图9和图10，一种眼睛视力智能保护系 统，包括图像预处理模块A，面部处理模块B，眼睛区域定位模块C，眼睛跟踪预测模块D，疲 劳状态检测E，计算疲劳程度模块F，控制显示设备背光亮度模块G和提示菜单模块H，用一 个摄像头实时采集使用者使用显示设备的连贯图像，所述图像预处理模块A进行图像预处 理，主要是对于图像亮度不均勻的图片进行光照补偿；所述面部处理模块B基于YCbCr色 彩空间找肤色部分，利用投影的方式取出脸部区域；在新取出之脸部区域中，所述眼睛区域 定位模块C利用“三庭五眼”的几何分布，通过水平和垂直两个方向的投影来确定眼睛区 域，在眼睛区域进行检测定位，用矩形标出眼睛区域做为眼睛模板；所述眼睛跟踪预测模块 D从上一帧中提出眼睛的模块，用UKF对下一帧的眼睛位置进行预测跟踪；其中嘴巴的定位 和追踪如同眼睛；所述疲劳状态检测模块E主要包括两个方面检测眼睛和嘴巴的状态是 否符合标准，其中嘴巴疲劳检测是利用嘴巴的宽高比及打哈欠的持续时间T来判断使用者 是否处于疲劳状态，且利用PERCL0S方法检测眼睛疲劳；所述计算疲劳程度模块F通过融合 嘴巴和眼睛的疲劳参数计算Total疲劳程度；所述控制显示设备背光亮度模块G和提示菜 单模块H根据疲劳程度自动控制背光的亮度大小和显示对应的提示信息菜单，实现保护眼 睛视力的功能和一种实时侦测使用者精神面貌自动提醒休息的智能系统。
在显示设备上安装或在旁边放置一个摄像头，实时采集使用者使用显示设备的连 贯图像，进行图像预处理，主要是对于图像亮度不均勻的图片进行光照补偿。
可用该影像之YCbCr色彩空间资讯，并设定适当CbCr的肤色范围以将脸部部分 之影像二值化，并以投影的方式来取出影像之中脸部区域。
在新取出之脸部区域中，眼睛区域定位模块C利用“三庭五眼”的几何分布，通过 水平和垂直两个方向的投影来确定眼睛区域。在眼睛区域进行检测定位，用矩形标出眼睛 区域做为眼睛模板。
上述眼睛跟踪预测模块D采用基于卡尔曼滤波器的无迹卡尔曼滤波方法UKF对使 用者眼睛进行跟踪。
上述疲劳状态检测E主要包括两个方面检测眼睛和嘴巴的状态是否符合标准， 嘴巴疲劳检测是利用嘴巴的宽高比及打哈欠的持续时间T来判断使用者是否处于疲劳状 态；利用PERCL0S方法检测眼睛疲劳。
上述计算疲劳程度模块F融合嘴巴打哈欠持续时间T和眼睛PERCL0S值计算疲劳程度。
上述显示设备背光控制模块G根据计算疲劳程度模块F得出G值，调整显示设备 的背光亮度输出大小。
具体实施过程如下 一、图像预处理模块A在显示设备上安装或在旁边放置一个摄像头，实时采集使用者使用显示设备的连贯图 像，进行图像预处理，主要是对于图像亮度不均勻的图片进行光照补偿，具体流程图如图2 二、面部处理模块B利用该影像之YCbCr色彩空间资讯，并设定适当CbCr的肤色范围以将脸部部分之影 像二值化，并以投影的方式来取出影像之中脸部区域。
三、眼睛区域定位模块C在新取出之脸部区域中，眼睛区域定位模块C利用“三庭五眼”的几何分布，通过水平 和垂直两个方向的投影来确定眼睛区域。在眼睛区域进行检测定位，用矩形标出眼睛区域 做为眼睛模板。
四、眼睛跟踪预测模块D采用基于卡尔曼滤波器的无迹卡尔曼滤波方法UKF对使用者眼睛进行跟踪。如图3所7J\ ο
五、疲劳状态检测E主要包括两个方面检测眼睛和嘴巴的状态是否符合标准。嘴巴疲劳检测是利用嘴巴 的宽高比及打哈欠的持续时间T来判断使用者是否处于疲劳状态。利用PERCL0S方法检测 眼睛疲劳。
1.嘴巴疲劳状态检测根据人脸的结构特征，把嘴巴的搜索区域定位在人脸候选区域的2/3位置，在嘴巴外 形的基础上，用嘴巴张开后的宽高比，来表示是否有打哈欠的行为出现。如果宽高比值过 大，则说明嘴巴是闭合的状态(一般嘴巴说话的时候张开程度不会达到打哈欠时张开的程 度)，如果该值比较小，则说明嘴巴处于张开状态。记录该值随时间的变化率，如果该值由大 到小，说明嘴巴在进行一次张开动作。反之，则说明嘴巴在进行一次闭合动作。如图4所示。
打哈欠的主要特征是嘴巴张开的高度远远超过了正常说话时嘴巴的高度，而且 超过正常嘴巴高度时会保持一段时间。哈欠的持续时间可以反映出使用者疲劳的程度。
打哈欠持续时间通过图5表示为定义打哈欠持续时间为哈欠开始到哈欠结束的时间T= t2-tl 如果T越大，表示使用者的疲劳程度越高。
2.眼睛疲劳检测基于PERCLOS (P80)方法指单位时间内眼睛闭合80%以上所占用的时间比率，来检测 眼睛疲劳程度。
如图6所示，测出tl t4的值，计算PERCLOS值。
PERCLOS = (t3_t2) /(t4_tl)*100%其中，tl是眼睛最大睁开到闭合80%瞳孔开度所用时间，t2是眼睛最大睁开到闭合20% 瞳孔开度所用的时间，t3是眼睛最大睁开到睁开20%瞳孔开度所用时间，t4是眼睛最大闭 合到睁开80%瞳孔开度所用的时间。
根据PERCLOS值，评估疲劳等级，如图7所示。
六、计算疲劳程度模块F如图8所示，融合嘴巴打哈欠持续时间T和眼睛PERCL0S值计算疲劳程度。
1.计算嘴巴打哈欠持续时间T的疲劳程度值Gl 如果 T<2s，Gl=O 分；如果 2s <3s，Gl=I 分；如果 3s <4s, Gl=2 分；如果 T ^ 4s, Gl=3 分；
2.计算眼睛PERCL0S值的疲劳程度值G2如果 PERCL0S<20%, G2=0 分；如果 20% ^ PERCL0S<30%, G2=l 分；如果 30% ( PERCL0S<50%, G2=2 分；如果 PERCL0S>50%, G2=3 分；
3.融合Gl和G2得出总体疲劳程度值G。
七、显示设备背光控制模块G根据计算疲劳程度模块F得出G值，调整显示设备的背光亮度输出大小。如图9所示， 控制流程为1.如果G=O分，说明使用者当前处于清醒状态，显示设备正常工作；2.如果0分<G< 2分，则a)提示用户您目前处于浅度疲劳，建议休息； b)5s自动调整背光亮度为原来的80%;3.如果2分<G<4分，则a)提示用户您目前处于中度疲劳，建议休息； b) 5s自动调整背光亮度为原来的50% ；4，如果G彡5分，则a)提示用户您目前处于深度疲劳，建议休息； b) 20s后自动关闭背光，显示设备进入节能状态。
八、提示菜单模块H 菜单设计如图10所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种眼睛视力智能保护系统，包括图像预处理模块A，面部处理模块B，眼睛区域定 位模块C，眼睛跟踪预测模块D，疲劳状态检测E，计算疲劳程度模块F，控制显示设备背光亮 度模块G和提示菜单模块H，其特征在于用一个摄像头实时采集使用者使用显示设备的连 贯图像，所述图像预处理模块A进行图像预处理，主要是对于图像亮度不均勻的图片进行 光照补偿；所述面部处理模块B基于YCbCr色彩空间找肤色部分，利用投影的方式取出脸部 区域；在新取出之脸部区域中，所述眼睛区域定位模块C利用“三庭五眼”的几何分布，通过 水平和垂直两个方向的投影来确定眼睛区域，在眼睛区域进行检测定位，用矩形标出眼睛 区域做为眼睛模板；所述眼睛跟踪预测模块D从上一帧中提出眼睛的模块，用UKF对下一帧 的眼睛位置进行预测跟踪；其中嘴巴的定位和追踪如同眼睛；所述疲劳状态检测模块E主 要包括两个方面检测眼睛和嘴巴的状态是否符合标准，其中嘴巴疲劳检测是利用嘴巴的 宽高比及打哈欠的持续时间T来判断使用者是否处于疲劳状态，且利用PERCL0S方法检测 眼睛疲劳；所述计算疲劳程度模块F通过融合嘴巴和眼睛的疲劳参数计算Total疲劳程度； 所述控制显示设备背光亮度模块G和提示菜单模块H根据疲劳程度自动控制背光的亮度大 小和显示对应的提示信息菜单，实现保护眼睛视力的功能和一种实时侦测使用者精神面貌 自动提醒休息的智能系统。
2.根据权利要求书1所述的眼睛视力智能保护系统，其特征在于在显示设备上安装 或在旁边放置一个摄像头，实时采集使用者使用显示设备的连贯图像，进行图像预处理，主 要是对于图像亮度不均勻的图片进行光照补偿。
3.根据权利要求书1所述的眼睛视力智能保护系统，其特征在于可用该影像之YCbCr 色彩空间资讯，并设定适当CbCr的肤色范围以将脸部部分之影像二值化，并以投影的方式 来取出影像之中脸部区域。
4.根据权利要求书1所述的眼睛视力智能保护系统，其特征在于在新取出之脸部区 域中，眼睛区域定位模块C利用“三庭五眼”的几何分布，通过水平和垂直两个方向的投影 来确定眼睛区域。在眼睛区域进行检测定位，用矩形标出眼睛区域做为眼睛模板。
5.根据权利要求书1所述的眼睛视力智能保护系统，其特征在于所述眼睛跟踪预测 模块D采用基于卡尔曼滤波器的无迹卡尔曼滤波方法UKF对使用者眼睛进行跟踪。
6.根据权利要求书1所述的眼睛视力智能保护系统，其特征在于所述疲劳状态检测E 主要包括两个方面检测眼睛和嘴巴的状态是否符合标准，嘴巴疲劳检测是利用嘴巴的宽 高比及打哈欠的持续时间T来判断使用者是否处于疲劳状态；利用PERCL0S方法检测眼睛 疲劳。
7.根据权利要求书1所述的眼睛视力智能保护系统，其特征在于所述计算疲劳程度 模块F融合嘴巴打哈欠持续时间T和眼睛PERCL0S值计算疲劳程度。
8.根据权利要求书1所述的眼睛视力智能保护系统，其特征在于所述显示设备背光 控制模块G根据计算疲劳程度模块F得出G值，调整显示设备的背光亮度输出
全文摘要
本发明涉及一种眼睛视力智能保护系统，包括图像预处理模块A，面部处理模块B，眼睛区域定位模块C，眼睛跟踪预测模块D，疲劳状态检测E，计算疲劳程度模块F，控制显示设备背光亮度模块G和提示菜单模块H。本发明可检测使用者疲劳程度，实现自动微调显示设备屏幕亮度，并提示使用者当前的精神状态，提醒休息，达到保护眼睛视力的效果。
文档编号A61F9/00GK102028577SQ20101052110
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者杨琴业 申请人:冠捷显示科技(厦门)有限公司