专利名称：一种用于控制用户眼睛与电子设备屏幕之间距离的方法
技术领域：
本发明属于模式识别技术领域，具体涉及一种利用计算机视觉图像处理的方式控 制用户眼睛与电子设备屏幕之间距离的方法。
背景技术：
目前，控制用户与电子设备之间距离的方法基本都是基于某些特殊的装置来完成 的，比如红外线感应装置、超声波传感器等，这些技术在一定程度上增加了电子设备的硬件 系统的复杂性，其成本也会有所提高。本发明针对那些新型的带有成像设备的电子设备提 出了一种利用图像处理的方式控制用户眼睛和电子设备屏幕之间距离的方法，该方法相比 其他技术而言，不会增加电子设备的硬件成本。另一方面，计算机视觉领域中，自Paul Viola和Michael Jones在2001提出了一 种利用haar矩形特征作为弱分类器判据，采用CascadeAdaBoosting进行人脸检测的方法 (参阅文献Paul Viola and Michael Jones. Rapid Object Detection using a Boosted Cascade of Simple Features. IEEE CVPR，2001.)之后，该方法便得到了广泛的应用。本发 明的人脸检测采用的就是该方法。
发明内容
本发明提供了一种利用计算机视觉图像处理的方式控制用户眼睛和电子设备屏 幕之间距离的方法。首先检测由电子设备屏幕一面中的成像设备捕获的人脸信息，检测到 人脸信息之后，再进行瞳孔定位和瞳距计算，最后通过利用瞳距与系统预设的参考瞳距之 间的关系实现对用户眼睛与电子设备屏幕之间距离的控制(本发明中的瞳距和参考瞳距 都是指在成像设备所成图像的图像坐标系下的瞳孔间的距离，而并非通常意义下人的真实 瞳距)，若距离太近则给出相应的提示信息，示意用户进行调节。实现本发明的目的所采用的具体技术方案为一种用于控制用户眼睛与电子设备屏幕距离的方法，通过计算用户的瞳距，并与 参考瞳距的比较实现对用户眼睛与电子设备屏幕距离的控制，具体步骤如下(1)人脸检测，即通过电子设备屏幕上的成像设备捕获的图像检测出用户的人脸 fn息；(2)瞳孔定位，具体过程为首先，根据上述检测出的人脸信息估计用户眼睛区域，并计算虹膜半径；其次，以上述估计的眼睛区域的中心为椭圆中心，确定一个椭圆区域，其短轴为虹 膜半径，长轴为2-4倍的虹膜半径；最后，定位瞳孔，即采用宽度为虹膜直径的正方形窗口在上述椭圆所确定的区域 内进行遍历，并分别统计该正方形窗口覆盖区域内的像素值之和，像素值之和最小的正方 形区域即确定为虹膜区域所在位置，确定出的虹膜区域中心点即为瞳孔的中心点；(3)瞳距计算
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由上述确定的瞳孔的中心点计算出用户的瞳距；(4)距离控制将上述计算出的瞳距与预设的参考瞳距进行比较，若计算出的瞳距大于参考瞳距 超过一定值，则提示用户增大其眼睛与电子设备屏幕之间的距离，其中所述参考瞳距根据 用户与电子设备屏幕之间设定的参考距离确定。作为本发明的进一步改进，所述的步骤(1)中的人脸信息为用户正面面对电子设 备屏幕的人脸信息。作为本发明的进一步改进，所述一定值根据电子设备类别可以不同。作为本发明的进一步改进，所述的电子设备为电视机、电脑、游戏机或学习机。利用本发明精确地实现了瞳孔定位和利用人脸及瞳距信息控制用户眼睛和电子 设备屏幕之间距离，可以起到保护用户视力的功效，同时该项技术不会增加电子设备的硬 件成本。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作详细描述。本发明实施例的实施流程包括人脸检 测，瞳孔定位和距离控制三个步骤。1人脸检测本实施例采用Paul Viola和Michael Jones提出的方法检测由电子设备中的成 像设备捕获的人脸信息(备注本实施例要求人脸必须正面面对电子设备屏幕且人脸没有 倾斜)。若同时检测到了多个人脸存在，那么将最靠近该图像中间位置的人脸信息用于后续 距离控制。2瞳孔定位本实施例提出的瞳孔定位方法包括了如下几个步骤(1)初步确定人眼的大概位置众所周知，人脸部的各个器官，相对于人脸而言，它们之间的相对位置基本是不变 的，换句话说，人脸上的各个器官在脸上的位置基本也是不变的。利用这一先验知识，本实 施例预先估计出人眼在脸部区域中位置、尺度，以及虹膜半径与眼睛的宽度、高度的比例 等，据此在得到人脸信息之后，可以快速的在人脸区域中粗略的定位出眼睛所在的位置以 及虹膜的尺度。(2)剔除眉毛的影响在上述步骤中得到的眼睛区域内通常可能包含了眉毛信息，仅从成像设备捕获的 图像中来看，眉毛、虹膜及瞳孔具有某些共同特征，比如它们的颜色都非常暗，近乎于黑 色，眉毛的介入势必会影响到瞳孔的定位操作，因此需要消除眉毛带来的影响。本实施例采 用了如下简单的方法根据人眼的形状是椭圆，本实施例确定一个以第(1)步中确定的眼睛区域的中心 为中心的椭圆，其短轴为虹膜半径，长轴为2-4倍的虹膜半径，认为由这个椭圆所确定的图 像区域中只包括人眼信息。(3)定位瞳孔要定位瞳孔，实际上只需确定虹膜区域即可，因为虹膜的中心即为瞳孔的中心。从灰度图像的角度来看，人眼的虹膜区域的颜色值是非常暗的，本实施采用一个宽度为虹膜 直径的正方形窗口在上述椭圆所确定的图像区域内进行顺次滑动遍历，并分别统计该正方 形窗口覆盖区域内的像素值之和(若正方形窗口中包括了椭圆之外的像素点，则无论其像 素值为多少都记为255)，像素值之和最小的正方形区域即认为是虹膜区域所在位置，而虹 膜区域中心点即为瞳孔的中心点，两个瞳孔之间的距离称为瞳距。3距离控制根据瞳距控制用户眼睛和电子设备屏幕之间的距离的策略如下不同的电子设备往往有一个参考使用距离(在该距离之内使用则不利于人的视 力)，本实施例根据该参考距离预设了一个参考瞳距(通过实验获得)。当步骤2计算得到 的瞳距大于参考瞳距超过一定值，则认为用户眼睛距离电子设备屏幕太近，发出提示信息， 要求用户增大其眼睛与电子设备屏幕之间的距离，从而达到保护视力的目的。比如电视机，通常要求用户眼睛在距离电视机屏幕3m之外观赏(即参考距离为 3m)，而学习机一般要求用户眼睛在距离学习机屏幕30cm左右使用(即参考距离为30cm)， 则可以预先分别针对电视机和学习机进行实验，根据其参考距离确定一个参考瞳距，再使 用上述距离控制策略即可。
权利要求
一种用于控制用户眼睛与电子设备屏幕距离的方法，通过计算用户的瞳距，并与参考瞳距的比较实现对用户眼睛与电子设备屏幕距离的控制，具体步骤如下(1)人脸检测，即通过电子设备屏幕上的成像设备捕获的图像检测出用户的人脸信息；(2)瞳孔定位，具体过程为首先，根据上述检测出的人脸信息估计用户眼睛区域，并计算虹膜半径；其次，以上述估计的眼睛区域的中心为椭圆中心，确定一个椭圆区域，其短轴为虹膜半径，长轴为2 4倍的虹膜半径；最后，定位瞳孔，即采用宽度为虹膜直径的正方形窗口在上述椭圆所确定的区域内进行遍历，并分别统计该正方形窗口覆盖区域内的像素值之和，像素值之和最小的正方形区域即确定为虹膜区域所在位置，确定出的虹膜区域中心点即为瞳孔的中心点；(3)瞳距计算由上述确定的瞳孔的中心点计算出用户的瞳距；(4)距离控制将上述计算出的瞳距与预设的参考瞳距进行比较，若计算出的瞳距大于参考瞳距超过一定值，则提示用户增大其眼睛与电子设备屏幕之间的距离，其中所述参考瞳距根据用户与电子设备屏幕之间设定的参考距离确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的人脸信息为用户正面 面对电子设备屏幕的人脸信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一定值根据电子设备类别可以不同。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述的电子设备为电视机、电脑、 游戏机或学习机。
全文摘要
本发明提供了一种利用计算机视觉图像处理的方式控制用户与电子设备屏幕之间距离的方法。该方法包括人脸检测、瞳孔定位、瞳距计算和距离控制几个步骤。当判定用户与电子设备屏幕之间的距离太近时，即发出提示信息，要求用户调整自身眼睛和电子设备屏幕间的距离。利用该项技术不仅不会增加电子设备的硬件成本，而且还能达到保护用户视力的功效。
文档编号G05B19/04GK101893858SQ201010227048
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者刘乐元, 桑农, 王强, 程志利, 阳丰俊, 高常鑫, 黄朝露 申请人:华中科技大学