一种防视疲劳多功能台灯的制作方法

本发明涉及眼保护技术领域，尤其涉及一种防视疲劳多功能台灯。

背景技术：

依据国家教委关于用眼健康的相关规定,学生在读写时，应在一定的亮度下，眼离读物一尺，身离书桌一拳，连续用眼时间不超过45分钟。为了能够保证学生的用眼健康，市面上出现了很多相关设备，经调查，市面上常见的视力提示设备有三种：超声波视力提示器、重力检测视力提示器和支架式视力提示器。超声波视力提示器是通过超声波的反射来检测用户与书本的距离，无法做到对用户头部的跟踪测量，也就是说，其有效检测范围非常窄。重力视力提示器，它仅能通过头部的变动来检测重力的变化，检测精度非常低，极易产生误报。支架式防视疲劳设备主要通过固定头部的位置来实现控制使用者与书桌的距离，来起到预防视疲劳的作用，它的功能单一，体型巨大，还需要固定在书桌边沿使用，因此该设备会在一定程度上影响正常的书写。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够防视疲劳的多功能台灯。

一种防视疲劳多功能台灯，包括：

摄像头，用于获取用户人脸图像；

数据存储模块，用于存储摄像头以及测算模块获取的数据；

识别模块，用于识别获取的人脸图像是否识别到人脸；

测算模块，用于在确认识别人脸后进行双目测距与人脸位置测量，计算出人眼与摄像头初始距离以及人脸的初始角度；

实时监测模块，用于当测算出所述初始距离与初始角度后，利用所述摄像头、识别模块和测算模块实时检测人眼与摄像头的实际距离、人脸偏转角度、眨眼频率、持续时间；

定时模块，用于记录用户久坐时间与用户提醒；

比较模块，用于将测算的所述实际距离与初始距离、人脸偏转角度与初始角度、眨眼频率与眨眼频率阈值及久坐时间与时间阈值进行比较；

提醒模块，用于当比较模块获得超出阈值的结果时，进行提醒；

蓝牙模块，用于同步台灯数据到智能手机，以供后续生成用户用眼健康报告。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，所述提醒模块包括显示屏提示单元、led灯提醒单元及声音报警单元；

显示屏提示单元，系统初始化时给出用户相应的引导指示，并通过显示屏示意用户坐正以便通过测算模块获取最佳的初始距离与初始角度；

led灯提醒单元用于当距离判断或坐姿判断超过阀值时，通过闪烁所述led灯提醒单元进行提醒，10s后用所述声音报警单元进行提醒；

声音报警单元用于当久坐判断或疲劳判断超过阈值时，启动蜂鸣器进行声音报警提醒。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，所述实时监测模块包括人脸角度测算单元，该人脸角度测算单元用于检测使用者的脸部角度，通过脸部位置与角度推算使用者的坐姿，以此通过提醒模块给出相应的提醒。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，所述实时监测模块包括：范围浮动模块，该模块用于在进行测算时，能够将测量范围扩张到偏离中轴线±40°的范围内进行比较测算。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，所述实时监测模块包括疲劳检测单元，该疲劳检测单元可以实时监测使用者的眨眼频率，用于辅助推算使用者眼部疲劳程度，以此通过提醒模块给出相应的提醒。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，所述实时监测模块包括久坐提醒单元，该久坐提醒单元用于统计用户在台灯前持续用眼的时间，当单次连续时间超过预定阀值时，通过所述提醒模块给出相应的提醒。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，所述定时模块包括开始计时单元、中断计时单元、提醒单元；

所述开始计时单元用于当识别模块识别到人脸后，开始计时；

所述中断计时单元用于当识别模块持续七秒钟识别不到到人脸后，中断所述开始计时单元，在重新检测到人脸后，回零并重新开始计时；

提醒单元，当所述开始计时单元计时的时间超过预定阀值时，给出相应的提示。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，包括光照强度调节模块，用于通过滑块进行光照调节。

进一步地，如上所述的防视疲劳多功能台灯，包括显示模块，用于在显示屏上显示日期、星期、时间以及室内温度；

蓝牙模块，用于通过手机端的app直接连接该防视疲劳多功能台灯，来查看历史的久坐时间与正确用眼姿势的时间占总时间的比例。

有益效果：

本申请提供的防视疲劳多功能台灯，能够准确地区分出用户双眼的偏移和前后变动所带来的用眼坐姿的改变，从而能够更加准确地判断用户用眼是否健康，避免了误报情况的发生；根据眨眼频率判断推算使用者眼部疲劳程度，当疲劳时给予提醒，达到有效保护视力的效果；而且该台灯的摆放位置及灯光亮度可根据用户的实际需求任意调节，还可对久坐状态进行提醒，并在手机app端进行反馈，从而提高了使用方便度。

附图说明

图1为本发明防视疲劳多功能台灯构架图；

图2为本发明防视疲劳多功能台灯结构功能图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的防视疲劳多功能台灯，包括：

摄像头，用于获取用户人脸图像；

数据存储模块，用于存储摄像头以及测算模块获取的数据；

识别模块，用于识别获取的人脸图像是否识别到人脸；

测算模块，用于在确认识别人脸后进行双目测距与人脸位置测量，计算出人眼与图像获取模块初始距离与初始角度；

实时监测模块，用于当测算出所述初始距离后，利用所述摄像头、识别模块和测算模块实时检测人眼与摄像头的实际距离、人脸偏转角度、眨眼频率、持续时间；

定时模块，用于记录久坐时间与用户提醒；

比较模块，用于将测算的所述实际距离与初始距离(距离判断)、人脸偏转角度与初始角度(坐姿判断)、眨眼频率与眨眼频率阈值(疲劳判断)及久坐时间与时间阈值(久坐判断)进行比较；

提醒模块，用于当比较模块获得超出阈值的结果时，进行提醒。

所述提醒模块包括显示屏提示单元、led灯提醒单元及声音报警单元；

显示屏提示单元，系统初始化时给出用户相应的引导指示，通过显示屏示意用户坐正以便通过测算模块获取最佳的初始距离与初始角度；

当实际距离与初始距离之差距离判断或坐姿判断超过阀值时，通过闪烁所述led灯提醒单元进行提醒，10s后用所述声音报警单元进行提醒；

报警单元用于当久坐判断(用户持续处于不健康用眼状态)或疲劳判断超过阈值时，启动蜂鸣器进行报警提醒；

蓝牙模块，用于同步台灯数据到智能手机，后续生成用户用眼健康报告。

所述实时监测模块包括人脸角度测算单元，该人脸角度测算单元用于检测使用者的脸部角度，通过脸部位置与角度推算使用者的坐姿，以此通过提醒模块给出相应的提示。

所述实时监测模块包括在进行测算时，能够将测量范围扩张到偏离中轴线±40°的范围内进行测算。

由于超声波式防视疲劳设备主要通过超声波测距的原理来测量使用者与书桌的距离，并在距离过近时给予提醒。虽然该设备距离测量精度很高，但其拥有的一个巨大缺点时测量范围很小，当使用者的阅读姿势向该设备的左右发生大角度偏移时，该设备将无法测量距离。但本申请提供的防视疲劳多功能台灯利用双目测距的原理，巧妙的避开了这一缺点，将测量范围扩张到偏离中轴线±40°的范围，基本能满足使用者在书桌任意位置均能得到距离测量与坐姿提醒的要求。本申请提供的防视疲劳多功能台灯可以检测到使用者的脸部角度，通过脸部位置与角度推算使用者的坐姿，以此给出相应的提示。

所述实时监测模块包括眨眼频率检测单元，该眨眼频率检测单元用于辅助推算使用者眼部疲劳程度，当判定为疲劳时通过提醒模块给出提醒；

定时模块，该计时模块用于统计用户在台灯前久坐的时间，当久坐的单次连续时间超过预定阀值时，通过所述提醒模块给出相应的提示。所述定时模块包括开始计时单元、中断计时单元、提醒单元；

所述开始计时单元用于当识别模块识别到人脸后，开始计时；

所述中断计时单元用于当当识别模块识别不到到人脸后，中断所述开始计时单元，在重新检测到人脸后，计时单元回零并重启开始计时；

提醒单元，当所述开始计时单元计时的时间超过预定阀值时，给出相应的提示。

光照强度调节模块，用于通过滑块进行无级光照调节。

显示模块，用于在显示屏上显示日期、星期、时间以及室内温度。

蓝牙模块

本申请提供的产品提供了蓝牙模块。用户可以通过手机端的app直接连接设备，来查看历史的久坐时间与正确用眼姿势的时间占总时间的比例，最终生成用眼时间报告、久坐时间报告等。

具体地，如图2所示，本申请提供的防视疲劳多功能台灯主要实现两大功能：坐姿提醒与久坐提醒。坐姿提醒功能分为初始化模块和实时监测模块两部分。初始化模块主要以双目测距为原理，将双目摄像头生成的图像输入树莓派，并进行人脸识别与计算初始正常用眼距离同时也会运行角度测量算法等操作；实时监测模块主要实现实时监测人脸与书本的距离以及人脸的偏转角度，并在超过阈值时发出警报。久坐提醒功能主要实现久坐提醒，在连续监测到使用者用眼45分钟时，给予灯光提醒用眼者注意休息。

坐姿提醒功能

坐姿提醒功能主要由单片机与树莓派协作完成。在用户启用该多功能防视疲劳多功能台灯之后，树莓派首先完成初始化功能。树莓派首先控制屏幕显示文字：“请坐正并面对摄像头”，然后控制双目摄像头拍摄照片，并将数据输入系统。树莓派依据此时的照片数据首先进行人脸识别，判断是否识别到人脸，在确认识别人脸后运行双目测距算法、角度测量算法，计算出人眼与摄像头的初始距离、人脸的初始角度，并将此时的数据存入系统。在初始化完成后，视力提示器就可以进入实时监测模块。摄像头不断拍摄图片数据传入树莓派，实时检测人眼与摄像头的距离、人脸偏转角度，并与初始的正常用眼距离、角度进行比对，当检测距离、角度与初始距离、初始角度任一之差超过阀值时，将闪烁台灯基座部分的led灯进行提醒，同时启动计时器。当用户持续处于不健康用眼状态长达十秒钟时，单片机启动蜂鸣器进行报警提醒。同时根据图片数据计算眨眼频率，推算使用者眼部疲劳程度，当眨眼频率超过给定的阈值时判定为疲劳，单片机启动蜂鸣器进行报警提醒。

久坐提醒功能

久坐提醒功能主要由单片机实现。在初始化完成过程后，双目摄像头实时判断是否检测人脸。当正确检测到人脸时，单片机启动定时器开始计时。在计时过程中，当双目摄像头检测不到人脸时，树莓派向单片机发送信号，单片机持续七秒钟收到该信号，中断计时过程，计时回零。在重新检测到人脸后，重启单片机计时器。当计时时间超过45分钟时，单片机启动位于台灯基座的led灯闪烁以及利用蜂鸣器发出报警，提醒使用者注意休息。

此外，除坐姿提醒功能和久坐提醒两大功能外，该防视疲劳多功能台灯还提供了滑块进行无级光照调节，以及语音提示功能。

本申请提供的台灯，除所提到的坐姿提醒、久坐提醒、灯光调节等功能外，本申请提供的产品还能显示此时的日期、星期、时间以及室内温度，可以很好的代替日历、时钟以及室内温度计来使用，非常方便。不仅如此，本申请提供的产品具有极高的移植性，可根据使用者的习惯增加更多的功能、外设，满足不同用户的需求。

综上所述，市面上一般的台灯，一般仅提供调节光线亮度的功能，或提供多个光线调节的档位以方便使用。而本申请的产品除了具有一般台灯所拥有的光线调节功能之外(不分档位，可以无级调节)，还具有坐姿提醒、久坐提醒、疲劳检测、日期时间显示等多种功能。其中，坐姿提醒不仅可以及时发现和纠正当使用者阅读时离桌面过近的情况，还可以纠正当使用者坐姿不正确(身体未坐正而向左右或前后倾斜)的情况，更可以在视力疲劳(以眨眼频率为指标)时给予提醒。本申请提供的产品价格低廉，实现了普通台灯所不能实现的防视疲劳、久坐提醒等功能，对使用者来说是一种对健康很好的投资，使得本申请提供的产品物有所值，甚至物超所值。

另外，本申请提供的防视疲劳多功能台灯，可以摆放在书桌的任何位置，并且不会限制使用者的移动范围，将使使用者拥有更舒适的体验。本申请提供的防视疲劳多功能台灯还具有久坐提醒等功能，由于长时间的用眼同样对眼部健康不利，因此本申请提供的产品将在检测到用户长时间用眼后给予提醒，让使用者注意休息。

本申请提供的产品采用双目测距的原理，通过两只摄像头读取用户图像，再进行双目测距算法和姿态检验算法，分别计算出用户与书本的距离和用户头部的倾角，能很好地区分用户头部的前后移动与姿态改变。

几乎所有的视力提示设备都没有人脸检测功能，这所带来的一个问题就是假如用户与书本间突然出现一个体量足够大的物体(比如水杯等)，视力提示设备同样会报警。而本申请提供的产品有这种检测人脸的功能，能区分人脸和非人脸的物体，来避免这种误报的情况。因此，本发明采用人脸检测算法，避免了误报。

另外，几乎所有的视力提示设备都不具有检测用户疲劳情况的功能。而本申请提供的产品可以通过检测用户每分钟眨眼频次来很好地检测用户的疲劳程度，并且给予用户提醒。因此，本发明台灯可以实现视疲劳检测及疲劳提醒。

此外，由于长时间的用眼对眼部健康不利，因此本申请提供的产品将在检测到用户长时间用眼后会给予提醒，让使用者注意休息。这是普通视力提示器所不具备的。因此，本发明台灯还实现了久坐提醒的功能。

本申请提供的产品还能显示此时的日期、星期、时间以及室内温度，即使在台灯断电后，仍可以很好地代替日历、时钟以及室内温度计来使用，非常方便。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。