一种基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法

1.本发明涉及饮水机技术领域，尤其涉及一种基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法。


背景技术：

2.办公人员久坐于办公桌前办公时，常在感觉到有明显口渴程度时才去主动饮水，当我们感到口渴时，我们的身体已处于缺水状态。现有技术如专利公开号为cn107041683a的专利文献公开了一种能提醒用户补水的智能饮水机器人，包括机器人主体、饮水机、行走机构、杯架、净化桶、充电电池、摄像头、图像处理模块、语音提示器及单片机，净化桶设于机器人主体上方并与所述饮水机连接，饮水机、充电电池、图像处理模块、语音提示器及单片机均设于机器人主体内，饮水机包括冷水开关及热水开关，行走机构安装于机器人主体的底部，摄像头转动装设于净化桶上，所述行走机构、充电电池、摄像头、图像处理模块、语音提示器、冷水开关及热水开关均与所述单片机电性连接，其通过预存皮肤及嘴唇缺水图像进行对比，虽然实现了精度较低的识别补水提醒，但当我们饮水时，上述技术及现有技术中的饮水机多数情况下并没有及时烧出热水，当下市面上的饮水机主要通过反复加热来解决这一问题，反复加热虽然可以及时的放出开水，但是“千滚水”在反复加热的过程中会催化水中的钙、铁等多种矿物元素与滤制剂产生相应的化学反应，在反复加热的过程中，不仅降低水氧气的含量，也会催化产生超标的硝酸盐等物质，因此长期饮用“千滚水”不利于人体健康，且这种饮水机需要在水温低于一定阈值时开始工作，尤其在天气温度较低时，饮水机的烧水频率也大大加快，反复加热在一定程度上浪费能源，不符合可持续发展理念。
3.针对以上技术问题，故需对其进行改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法。
5.为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统，包括嘴唇检测模块、图像处理模块、缺水指数计算模块、加热电源通断模块；
7.所述嘴唇检测模块包括摄像头，用于获取人体嘴唇图像；
8.所述图像处理模块用于对嘴唇检测模块获取的人体嘴唇图像进行饱和度加强、图像锐化、对比度加强的处理；
9.所述缺水指数计算模块用于对图像处理模块处理后的人体嘴唇图像进行嘴唇鳞波起皮面积与嘴唇面积的占比计算，获得缺水指数，并与预设阀值进行比较判断加热需求；
10.所述加热电源通断模块用于根据加热需求控制加热电源的通断。
11.作为优选方案，所述摄像头置于指定位置处，用于获取指定位置处的人体图像后，分割提取人体嘴唇图像。
12.作为优选方案，所述图像处理模块对人体嘴唇图像的处理还包括图像暗化处理。
13.作为优选方案，所述缺水指数的计算包括对嘴唇面积的区域划分，根据划分后各区域的嘴唇鳞波起皮面积与各区域的嘴唇面积占比计算各区域有效率，根据各区域有效率及区域划分占比计算缺水指数。
14.作为优选方案，所述嘴唇面积的区域划分从下嘴唇到上嘴唇、从左到右的区域划分占比依次为20％、40％、20％、5％、10％、5％。
15.一种基于分析人体缺水状态的饮水机控制方法，包括步骤：
16.s1.嘴唇检测模块的摄像头间隔30分钟抓拍一次图像,获取人体嘴唇图像；
17.s2.图像处理模块对获取的人体嘴唇图像进行饱和度加强的处理，并判断饱和度是否达到预设饱和度阀值，若未达到，则重复饱和度加强处理；若达到则再进行图像锐化、对比度加强的处理；
18.s3.缺水指数计算模块对图像处理模块处理后的人体嘴唇图像进行嘴唇鳞波起皮面积与嘴唇面积的占比计算，获得缺水指数，并与预设阀值进行比较判断,若大于预设阀值则向加热电源通断模块发送加热需求指令；
19.s4.加热电源通断模块接收加热需求指令，控制加热电源的连通进行饮水加热，至加热完成后，断开加热电源。
20.作为优选方案，所述步骤s1还包括：将摄像头置于指定位置处，检测指定位置处是否有人体，若有，则开始第一次抓拍人体图像，分割提取人体嘴唇图像。
21.作为优选方案，所述步骤s2还包括：在对人体嘴唇图像的图像锐化、对比度加强处理后，进行图像暗化处理。
22.作为优选方案，所述步骤s3中缺水指数的计算方式为：对嘴唇面积的区域划分，设各区域起皮面积为s1,各区域总面积为s，设各区域起皮面积占各区域总面积的占比化为t，有效率为u，u＝(s1/s)+0.4，即u＝t+0.4，u∈(0，1)，设缺水指数为w，则有w＝σ(各区域有效率*区域划分占比)，w∈(0，1)。
23.作为优选方案，所述缺水指数的计算中，嘴唇面积的区域划分从下嘴唇到上嘴唇、从左到右的区域划分占比依次为20％、40％、20％、5％、10％、5％；缺水指数比较的预设阀值为0.5。
24.与现有技术相比，本发明的一种基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法，通过嘴唇图像分析人体缺水状态，进而对饮水机进行加热控制，从而在人体需要饮水时，饮水机能够准确及时的烧出热水，节能环保，同时识别迅速、准确、精度较高。
附图说明
25.图1为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制方法的流程示意图；
26.图2为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的嘴唇检测模块、图像处理模块、缺水指数计算模块的工作流程框图示意图；
27.图3为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的图像处理模块的工作流程框图示意图；
28.图4为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的
加热电源通断模块的工作流程框图示意图；
29.图5为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的嘴唇检测模块获取的某一人体嘴唇图像的示意图；
30.图6为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的图像处理模块对人体嘴唇图像进行饱和度加强处理的示意图；
31.图7为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的图像处理模块对人体嘴唇图像进行图像锐化、对比度加强处理的示意图；
32.图8为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的图像处理模块对人体嘴唇图像进行图像暗化处理的示意图；
33.图9为本发明实施例一的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法的缺水指数计算模块对人体嘴唇图像进行区域划分的示意图。
具体实施方式
34.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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。
35.实施例一：
36.如图1
‑
9所示，本实施例的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及其控制方法，通过嘴唇图像分析人体缺水状态，进而对饮水机进行加热控制，从而在人体需要饮水时，饮水机能够准确及时的烧出热水，节能环保。
37.具体的，本实施的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统包括嘴唇检测模块、图像处理模块、缺水指数计算模块、加热电源通断模块。
38.其中，嘴唇检测模块包括摄像头，用于获取人体嘴唇图像，优选的，嘴唇检测模块的摄像头设置于指定位置处，比如工作者使用环境下的工作桌，饮水机装置上电工作后，摄像头可以先检测工作者是否处于工作桌上，再联动后续的图像抓拍、检测人脸、图像分割提取获得人体嘴唇图像、图像处理、缺水指数计算、阀值比对、指令加热等动作，从而能够有效的节能降耗，提高效率。通常情况下，当工作者喝好水，回到工作桌，虽然身体水分得到补充，但是嘴唇的鳞波起皮并没有得到改善，需要过大概20分钟才可以回到正常状态，基于嘴唇起皮因子的缓慢变化，每隔30分钟抓拍一次。合理的时间间隔，抓拍图片，精准处理，不仅可以提高效率，也可以提高精准度。
39.图像处理模块用于对嘴唇检测模块获取的人体嘴唇图像进行饱和度加强、图像锐化、对比度加强的处理，由于图像的放大，嘴唇部分的颜色变得相对灰暗，加饱和度可以使图像色彩更加鲜艳，使嘴唇鳞波部分更加明显，有利于后续对嘴唇鳞波起皮部分的处理，优选的，饱和度加强设定预设的合理值，提高识别的精度和效率。饱和度加强处理后得到的放大嘴唇图像具有一定的模糊度，此时需要进行图像锐度化处理，图像锐化可以使图像清晰度更高，使嘴唇区域的色彩更加鲜艳。图像对比度增强可以使嘴唇产生鳞波起皮部分与非起皮部分形成鲜明的对比，从而更加精准的识别嘴唇鳞波起皮，提高对该部分识别的精准
度。进一步的，经过锐化与对比度的处理后，为了减小运算量，并且使识别更加精准，图像处理模块对人体嘴唇图像的处理还包括图像暗化处理，将嘴唇部分进行暗化处理，暗化处理后，嘴唇鳞波起皮更加凸显，识别更加精确。
40.缺水指数计算模块用于对图像处理模块处理后的人体嘴唇图像进行嘴唇鳞波起皮面积与嘴唇面积的占比计算，获得缺水指数，并与预设阀值进行比较判断加热需求。进一步的，以图9为例，根据大量的测试与统计，人在缺水状态时，嘴唇鳞波起皮普遍最先从嘴角开始,即区域1与区域3，随着缺水程度的加深，上嘴唇开始出现鳞波起皮现象，但是区域5的鳞波起皮程度与速率快于区域4与区域6。当区域2出现鳞波起皮时，人体往往会有明显口渴感觉，根据实验现象观察与研究，人体在口渴缺水过程中，嘴唇不同区域具有一定的鳞波起皮先后顺序，并且鳞波起皮速率也不尽相同，因此基于不同区域的影响程度，提出不同区域对缺水指数的影响占比，优选的，嘴唇面积的区域划分从下嘴唇到上嘴唇、从左到右的区域划分占比依次为20％、40％、20％、5％、10％、5％。设各区域起皮面积为s1,各区域总面积为s，设各区域起皮面积占各区域总面积的占比化为t，有效率为u，u＝(s1/s)+0.4，即u＝t+0.4，u∈(0，1)，即认定当该区域鳞波起皮占比大于0.6时，即可判定该区域达到100％。设缺水指数为w，则有w＝σ(各区域有效率*区域划分占比)＝u1*20％+u2*40％+u3*20％+u4*5％+u5*10％+u6*5％，w∈(0，1)。经过算法处理后会得到相应的w值，w值越高，口渴程度即身体缺水程度越剧烈，根据实验现象观察与研究获得口渴程度比较范围，w<0.5无缺水状态，0.5<w<0.6轻微缺水，0.6<w<0.8中程度缺水，w>0.8严重缺水，因此设定缺水指数比较的预设阀值为0.5，当缺水指数大于0.5时，判断为加热需求。
41.加热电源通断模块用于根据加热需求控制加热电源的通断，当饮水机工作时，电路中的电流较大，当饮水机停止工作时，电路中的电流相对较小，因此设计加热电源通断模块包括加热电源控制器、电流传感器、开关。基于电流变化可通过检测回路中电流的大小来判断饮水机是否处于工作状态。加热电源控制器内部设置有控制芯片,当控制芯片接收到饮水器中央控制器mcu的指令时，可以控制开关闭合。电流传感器检测到大电流时，通过控制芯片返回加热水的信息给中央控制器mcu。当加热水结束，电路中电流相对较小，控制芯片返回停止信息给中央控制器mcu。
42.本实施的基于分析人体缺水状态的饮水机控制方法，包括步骤：
43.s1.嘴唇检测模块的摄像头间隔30分钟抓拍一次图像,获取人体嘴唇图像；优选的将摄像头置于指定位置处，检测指定位置处是否有人体，若有，则开始第一次抓拍人体图像，分割提取人体嘴唇图像。
44.s2.图像处理模块对获取的人体嘴唇图像进行饱和度加强的处理，并判断饱和度是否达到预设饱和度阀值，若未达到，则重复饱和度加强处理；若达到则再进行图像锐化、对比度加强的处理；进一步的，在对人体嘴唇图像的图像锐化、对比度加强处理后，进行图像暗化处理。
45.s3.缺水指数计算模块对图像处理模块处理后的人体嘴唇图像进行嘴唇鳞波起皮面积与嘴唇面积的占比计算，获得缺水指数，并与预设阀值进行比较判断,若大于预设阀值则向加热电源通断模块发送加热需求指令；
46.进一步的，缺水指数的计算方式为：对嘴唇面积的区域划分，设各区域起皮面积为s1,各区域总面积为s，设各区域起皮面积占各区域总面积的占比化为t，有效率为u，u＝
(s1/s)+0.4，即u＝t+0.4，u∈(0，1)，设缺水指数为w，则有w＝σ(各区域有效率*区域划分占比)，w∈(0，1)；优选的嘴唇面积的区域划分从下嘴唇到上嘴唇、从左到右的区域划分占比依次为20％、40％、20％、5％、10％、5％；缺水指数比较的预设阀值为0.5。
47.以图5
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9所示为例计算：区域1，t＝0.3832，u＝0.7832；区域2，t＝0.4128，u＝0.8128；区域3，t＝0.3754，u＝0.7754；区域4，t＝0，u＝0；区域5，t＝0.2473，u＝0.6473；区域6，t＝0，u＝0；
48.w＝σ(各区域有效率*区域划分占比)
49.＝u1*20％+u2*40％+u3*20％+u4*5％+u5*10％+u6*5％
50.＝0.7832*20％+0.8182*40％+0.7754*20％+0*5％+0.6473*10％+0*5％
51.＝0.70373
52.0.70373>0.5,0.6<0.70373<0.8，可知该人体当下处于中程度缺水状态，发出加热需求指令。
53.s4.加热电源通断模块接收加热需求指令，控制加热电源的连通进行饮水加热，至加热完成后，断开加热电源。优选的，在接收中央控制器mcu指令时加入指令识别过程，提高系统工作正确率。
54.本实施例的基于分析人体缺水状态的饮水机控制系统及控制方法，通过嘴唇图像分析人体缺水状态，进而对饮水机进行加热控制，从而在人体需要饮水时，饮水机能够准确及时的烧出热水，节能环保，同时识别迅速、准确、精度较高。
55.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。