一种儿童阅读状态监测设备的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电子领域，尤其涉及一种儿童阅读状态监测设备。


背景技术：

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在现实生活中，人们常用事情的结果作为衡量事情发生质量的标准，比如用考试成绩衡量学生对知识的掌握程度，用生产量来衡量员工的绩效等等。诚然，这种衡量方式简单直接，但效果并不是最佳的。事情在发生的过程中会产生许许多多的过程信息，这些信息记录了事情中的人、物和环境的作用关系，是解释事情结果的最全面完整的证据链条，也是提升事情发生质量的重要依据。因此，对事情发生过程的人、物、环境状态监测是非常有必要的。特别是对于学生而言，由于诸多娱乐方式的影响，导致学生阅读的情况极易收到干扰，养成一个良好的阅读习惯，在儿童阶段的培养尤其重要。
[0003]
但是，目前，还鲜有针对儿童阅读的专业技术手段可以有效地检测出儿童的阅读状态，需要一种新的将主体与客体间的互动信息进行记录、分析、转化和展示的智能软硬件结合体，以解决上述问题。


技术实现要素：

[0004]
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型提供一种儿童阅读状态监测设备，以解决上述技术问题。
[0005]
本实用新型提供的儿童阅读状态监测设备，包括：处理模块、显示屏和边框，所述边框为中空结构，所述显示屏固定设置于中空结构形成的框架内部；
[0006]
所述边框外表面设置有状态采集模块，所述状态采集模块包括用于对阅读者的视线进行跟踪的视线跟踪单元和用于采集身份验证信息的图像采集单元；
[0007]
所述状态采集模块的输出端与处理模块的输入端连接，所述显示屏的输入端与处理模块的输出端连接。
[0008]
可选的，所述边框设置有用于贴合读物的固定角夹，所述固定角夹为一个或多个。
[0009]
可选的，所述显示屏为柔性显示屏，所述边框为柔性边框。
[0010]
可选的，所述显示屏为石墨烯柔性显示屏，且所述显示屏为用于进行人机交互的触控显示屏。
[0011]
可选的，所述身份验证信息包块人脸图像信息和虹膜信息；
[0012]
设备还包括人脸识别模块、虹膜识别模块和用于当阅读者身份发生变更时发出提示信息的告警模块，所述人脸识别模块和虹膜识别模块分别与处理模块连接，所述告警模块的输入端与处理模块的输出端连接。
[0013]
可选的，还包括用于为视线跟踪单元进行明瞳追踪和暗瞳追踪的提供光线变化的亮度可调的光源，所述光源与处理模块连接。
[0014]
可选的，还包括用于统计眨眼频率的统计模块，所述统计模块与处理模块连接。
[0015]
可选的，所述处理模块包括用于将视线跟踪单元采集的瞳孔尺寸、眨眼频率和眼
睛开度分别与预设的阈值进行比较的比较器。
[0016]
可选的，还包括用于对图像采集单元采集的图像进行滤波和转换处理的预处理模块，所述预处理模块的输入端与图像采集单元的输出端连接，所述预处理模块与处理模块连接。
[0017]
可选的，还包括用于与服务器进行数据交换的通信模块，所述处理模块通过通信模块与服务器连接。
[0018]
本实用新型的有益效果：本实用新型中的儿童阅读状态监测设备，通过采集儿童阅读时的视线进行跟踪，结合采集身份验证信息进行身份验证，利用针对儿童阅读的专业技术手段可以有效地检测出儿童的阅读状态，可以将视线跟踪、疲劳检测、身份识别、数据分析和智能互动于一体，对阅读与儿童之间的互动关系进行了完整、全面的记录，为后续的分析和处理，提供了数据基础。
附图说明
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图1是本实用新型实施例中儿童阅读状态监测设备的结构示意图。
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图2是本实用新型实施例中儿童阅读状态监测设备的侧面视角的结构示意图。
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附图标记说明：
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1-显示屏
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2-边框
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3-状态采集模块
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4-处理模块
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5-固定角夹
具体实施方式
[0027]
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0029]
在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本实用新型实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本实用新型的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本实用新型的实施例难以理解。
[0030]
如图1所示，本实施例中的儿童阅读状态监测设备，包括：处理模块4、显示屏1和边框2，边框2为中空结构，显示屏1固定设置于中空结构形成的框架内部；
[0031]
边框2外表面设置有状态采集模块3，状态采集模块3包括用于对阅读者的视线进
行跟踪的视线跟踪单元和用于采集身份验证信息的图像采集单元；
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状态采集模块3的输出端与处理模块的输入端连接，显示屏1的输入端与处理模块4的输出端连接。
[0033]
在本实施例中，状态采集模块3可以提供前端图像采集，为后续的多模态身份认证、主体的视线追踪、主体的疲劳状态检测和状态报警提示等功能提供数据基础，状态采集模块3主要包括用于对阅读者的视线进行跟踪的视线跟踪单元和用于采集身份验证信息的图像采集单元，可满足人脸和眼睛图像采集，根据不同的采集需求可采用可见光摄像机、近红外摄像机等，根据不同的应用场景可采用枪机、球机、微型摄像机、纽扣摄像机等，根据视线跟踪单元的不同光源配置和追踪需求可设置不同数量的采集终端。
[0034]
在本实施例中，边框2设置有用于贴合读物的固定角夹5，固定角夹5可以为一个或多个，本实施例中通过边框的四角处设置的固定角夹来贴合纸质绘本等读物。显示屏1为柔性显示屏，边框2为柔性边框，可选的，显示屏1也可以作为触控端，显示屏1为可随意弯曲柔性屏幕，如石墨烯柔性屏等，屏幕呈透明状，透过屏幕客体清晰可见，且屏幕通过接口模块与处理模块相连。柔性边框是可随意弯曲和定型的材料制成中空结构，可放置采集端、触控端与处理端的连接线。
[0035]
在本实施例中，处理模块4可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可选的，本实施例中的处理模块采用微控制单元(microcontroller unit；mcu)，主要负责处理本实施例中的所有计算任务。
[0036]
在本实施例中，身份验证信息包块人脸图像信息和虹膜信息；设备还包括人脸识别模块、虹膜识别模块和用于当阅读者身份发生变更时发出提示信息的告警模块，人脸识别模块和虹膜识别模块分别与处理模块连接，告警模块的输入端与处理模块的输出端连接。为了科学管控儿童阅读绘本的情况，并对阅读方式进行智能化指导，教辅人员通过操作触控端，对目标绘本需要被关注内容的位置、关注时长和关注顺序进行预录入，并存储录制内容。当儿童观看目标绘本时，通过人脸识别模块和虹膜识别模块首先对儿童的身份进行确认，确认后可以将该儿童的历史阅读数据装载到系统内存中，在阅读绘本期间，若检测到儿童身份发生变更，系统将给出报警提示。
[0037]
在本实施例中，通过视线跟踪单元对儿童的眼睛活动情况进行实时跟踪，检测儿童眼睛的关注位置、关注时长和绘本内容的关注顺序，并与教辅人员预先保存的关注数据进行比较，评估儿童的关注偏离程度，例如当偏离达到一定阈值，则将对关注不足的内容进行智能提示，引导儿童正确阅读绘本，提示内容显示在触控端屏幕上。优选地，还可以对儿童长时间观看绘本或处于疲劳状态的情况给出报警提示。也可以将上述的所有过程数据进行保存，以便后续进行数据分析，经过数据分析后，可以当儿童完成绘本阅读时，输出该儿童阅读绘本的数据分析报告，并显示在触控端的屏幕上。
[0038]
在本实施例中，视线跟踪单元可以确定图像中瞳孔和角膜反射点位置，通过两者的角度计算眼动的向量，结合内置的三维眼球模型精确地计算出眼睛在空间中的位置和视
线位置，显示在屏幕的对应位置上，并将位置数据实时传输到后台，进行数据分析，后台可以根据主体的年龄、人种、外部光线环境等不同因素切换使用不同的光源配置完成瞳孔角膜反射追踪，可选择的追踪方式包括明瞳追踪(光源与成像设备在同一条光学路径上，使瞳孔出现发亮的效果)、暗瞳追踪(光源放置在成像设备较远的位置，在不同一条光学路径上，产生瞳孔比虹膜暗的效果)和明瞳/暗瞳双模式追踪。
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在本实施例中，由于眨眼频率、眼睛张开大小和瞳孔大小是视觉疲劳的有效度量标准，通过统计模块来统计眨眼频率，眼睛开闭次数，相应的处理模块包括可以用于将视线跟踪单元采集的瞳孔尺寸、眨眼频率和眼睛开度分别与预设的阈值进行比较的比较器，通过比较器来判断眨眼频率是否达到一定的阈值范围，如果达到阈值则说明主体可能处于疲劳状态，进而检测对应的瞳孔大小和眼睛张开的大小，优选地，可以对人脸俯仰角的偏移和嘴巴开合类型的变化进行检测分析，综合判定主体的疲劳状态。
[0040]
在本实施例中，还包括用于对图像采集单元采集的图像进行滤波和转换处理的预处理模块，通过预处理模块进行滤波和转换处理，以便有效去除环境光对人脸和眼睛特征的干扰，再对处理后的图像进行身份识别等后续操作。
[0041]
在本实施例中，还包括用于与服务器进行数据交换的通信模块，服务器作为后台可以为数据分析和屏幕控制提供数据和决策支持，实现智能人员管理和可疑人员报警提示。
[0042]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。