本说明书涉及的技术领域为芯片设计、视力保护、人脸识别、计算机视觉。
背景技术：
视力不良严重影响人的信息获取能力，从而降低人的生活品质。当人出现视力问题以后，不但不能清晰地阅读书籍、黑板和屏幕，给学习带来困扰，而且不能清楚的辨识周围的人和环境，给社交带来障碍。在遭遇极端恶劣环境时，如战争、地震、火灾、车祸等，如果眼镜损坏不能清楚辨识周围环境，视力不良者无法有效自救和助人，大大降低生存能力。
根据统计数据，2016年全世界有45亿手机用户，近视患者12亿人，每年在视力健康方面的医疗开支为250亿美元。
保护视力是一个终身过程。在中国，近视患者约为4亿人。在青少年群体中，80%中学生近视，90%大学生近视。40岁以上老视患者（俗称：“老花眼”）约为3.7亿人。对于青少年群体，主要目的是预防近视。对于成年人群体，主要目的是预防老视。
不健康使用手机、过度使用电脑和观看电视是造成视力不良的主要原因。其中，用眼距离过近、用眼时间过长对视力的损坏尤其严重。根据眼科专家的建议，健康使用手机应该保持人眼正对屏幕、距离屏幕应当为25cm，过远过近都不好，并在用眼40分钟后眺望远处放松睫状肌。
目前市场上的视力保护方案有如下方式。
1、通过控制手机屏幕色温和发光强度，使用户眼睛舒适，如：360眼睛卫士等。
2、监控用户行为控制用眼时间。例如发明专利申请：智能手机视力保护系统（申请号：201410573236.4）所述方案中通过点亮屏幕启动计时器，到时自动提醒。
3、监控用眼距离。（1）通过增加外置红外线测距装置测量用眼距离。如：步步高集团生产的小天才儿童平板电脑或实用新型：一种手机及电脑防近视感应报警器（申请号：201520300407.6）。（2）使用计算机视觉技术。例如，发明专利申请：智能设备视力保护方法与系统（申请号201410298382.0）。该技术使用摄像头采集数据，计算智能设备的距离的安全性，根据距离安全性结果调整智能设备的显示状态。
然而，目前在手机用眼距离的测量技术上还有很大的改进空间。
对于红外线设备方案而言，存在以下缺点。
1、主流手机（如：华为、小米、苹果、三星等）不带红外线测距装备，导致技术难以广泛使用。
2、无法判断所测物体是否为人，容易被其他物体干扰产生误报。
3、无法精确判断用户使用手机时的姿势。无法判断用户使用手机时是否存在水平方向侧脸看手机，垂直方向俯仰看手机等有害状态。
4、增长额外的硬件成本。
目前借助摄像头测量手机用眼距离技术还不成熟，就发明专利申请：智能设备视力保护方法与系统（申请号201410298382.0）而言，不具备工程的可实施性，存在以下改进空间。
1、用户体验上不具备可操作性。
为了测量手机和用户距离，该技术要求目标在允许的最近距离时，进行抓拍，以此确定在使用时允许的最近距离。然而，对于普通手机用户，用户并不知道允许的最近距离是多少，也没办法准确的在给定距离进行抓拍和自拍。从而导致该技术在无法方便的应用于广大用户。
2、程序的运行形式存在问题。
手机视力保护服务的最终目的是在用户使用丰富多彩的手机应用时能够有效的保护视力。因此，手机视力保护的程序应该以手机后台服务的形式，而不是独立手机应用的方式，与其他手机应用并行运行。
3、没有对手机用户的姿势进行识别。
健康的使用手机除了距离以外，还要求用户正对屏幕。借助计算机视觉技术，我们不但可以测量手机到用户的距离，而且还能通过计算面部特征距离的变化计算出用户使用手机的姿势。
在另一方面，为了提高运算速度、减低功耗，工业界已经生产出人脸识别专用芯片。以德州仪器（texasinstruments）生产的tms320dm36xdigitalmediasystem-on-chip(dmsoc)芯片的人脸识别子系统为例，能够通过摄像头采集的数据识别人脸的范围，人脸在水平面上的方位和人脸在水平面外的侧向旋转偏移和纵向旋转偏移。
技术实现要素：
本发明公开了一种视力保护芯片，该芯片通过摄像头采集的视频信息、计算用户的用眼姿势，根据用户的用眼姿势和用眼时间计算用户的用眼健康状况，当用户处于不健康用眼状况时，通过总线向外发出报警指令。
该芯片包括以下模块：视力保护监控器、物理测距处理器、用眼数据存储器、校准特征点存储器、人脸识别处理器和总线接口模块。
具体的，物理测距处理器负责根据摄像头传来的视频计算用户与摄像头的物理距离距离或者收集从距离传感器传来的物理距离；人脸识别处理器负责处理从摄像头传来的视频信息，辨识出人脸特征的像素坐标；用眼数据存储器负责存储用户的用眼记录；校准特征点存储器负责保存用户在特定物理距离下面部特征点的像素坐标；视力保护监控器负责根据物理测距处理器传来的摄像头与用户之间的物理距离信息、人脸识别处理器传来的人脸特征像素坐标信息和用眼数据存储器保存的用眼数据记录，判断用户用眼的状态、姿势、时长，当用户处于不健康用眼状态时发出报警指令。
为了支持本发明所述的视力保护功能，本芯片需包括但不限于如下功能的指令集：重置芯片、初始化、启动视力保护、关闭视力保护、设置模式、存储校准距离和校准图像、读取校准距离和校准图像、存储用眼数据、读取用眼数据、读取当前用眼距离、读取当前用眼时间、读取当前在水平面用眼角度偏移、读取当前在竖直面用眼角度偏移、报警用眼距离过近、报警用眼距离过远、报警用眼时间过长、报警水平方向用眼偏移异常、报警垂直方向用眼偏移异常。
本发明所述芯片既可以作为独立芯片存在于手机、平板、个人电脑、电视、电子游戏机和摄像头中，也可以作为作为子系统成为摄像头处理器芯片、手机芯片、cpu、gpu、主板芯片、通信芯片的一部分。
附图说明
图1为本发明公开的视力保护芯片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为视力保护芯片结构示意图。该芯片包括视力保护监控器、用眼数据存储器、人脸识别处理器、校准特征点存储器、物理测距处理器和总线接口等模块。该芯片通过总线与cpu、摄像头、距离传感器（可选）通信，实现视力保护功能。
总线接口负责与系统系统设备通信，包括接受和发送cpu指令、接受摄像头传来的图像数据，接受距离传感器数据。
人脸识别处理器处理从总线接口传来的图像数据，进行人脸识别，标识出当前用户人脸特征点在像素坐标系中的坐标。
物理测距处理器负责接收从总线传来的物理距离信息、从人脸识别处理器传来的用户面部特征点像素坐标信息。若物理距离信息一直存在，则输出物理距离信息。若物理距离信息不存在，则按照比例法，根据当前的用户面部特征点像素信息通校准特征点存储器里保存的校准状态物理距离和校准状态用户面部特征点像素信息计算而得。
校准特征点存储器负责保存一个或多个用户在校准状态时，用户与摄像头之间的物理距离和对应的面部特征点像素坐标。
用眼数据存储器保存一段时间内用户的用眼记录，包括时间戳、用眼距离、用眼姿势等。
视力保护监控器根据用户的面部特征点坐标计算出用户的用眼姿势，判断用户是否存在水平方向的偏转‘垂直方向的偏转，根据用眼物理距离判断是否存在用眼距离过近或者过远、根据用眼记录判断用户是否连续用眼时间过长。