专利名称：一种控制数字电视的观看距离和权限的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制数字电视的观看距离和权限的装置，具体来说，涉及一种人机信息交互技术，即通过红外扫描装置感知并识别不同的用户，从而根据事先设定的参数来提醒用户观看的距离和节目是否合适。
背景技术：
随着数字家庭的发展和推广，数字电视的功能越来越强大，节目内容极大丰富，在人们生活中占据越来越重要的位置，因此数字电视对人的眼睛的伤害就不容忽视了，特别是对青少年，很多青少年因不注意观看距离和时间而导致视力下降。同时随着节目的丰富，一些成人节目、游戏节目和恐怖节目等等都是对青少年不益的，因此设置节目观看权限也迫在眉睫。节目观看权限就是指对用户观看的节目内容，观看的时段以及观看的时间长度等等一系列条件的界定，通俗来讲就是指限制特定用户能看什么节目和频道，不能看什么节目和频道，以及用户能在什么时间看，能看多久等等。
中国的王磊于2005年9月14日公开的专利200410008817.X提出的方案可以进行人机距离信息交互，但是也有不足之处，其中没有考虑到一些具体情况，比如，用户仅仅从电视机跟前走过，电视机也会照搬在屏幕上输出“距离太近，注意保护眼睛”一类的不当的提示信息，还要发出声音警报。还有就是不同年龄段的用户对观看距离的要求也应该不同，对待成年人和老年人不应该和青少年一样。
通常的节目观看权限是通过对节目上锁或者对遥控器上锁来设置的，但是每次都要输入密码，且通常都是同一个密码，这样不仅麻烦，而且易被破解，并不安全。同时也不能防止有权限的用户在观看时其他用户偷看。针对观看时段和观看时间长度的限制通过设置自动关机是无效的，用户再次打开即可，并没有起到作用。现在的技术都不能达到对用户观看权限的即时的和自动的识别。
发明内容
针对以上情况的不足，本发明提出了一种控制数字电视的观看距离和权限的装置，使得人与数字电视之间的距离交互更准确，更人性化，而且不需要输入密码就能够自动判断用户对节目的观看权限，使得控制用户对节目的观看权限实现自动化，有效防止青少年偷看不宜健康的节目，在不合适的时间看电视以及看过多的电视节目。
一种控制数字电视的观看距离和权限的装置包括红外扫描装置、摄像装置、距离和身高计算模块、缓存、匹配模块、处理器、控制模块、数据库、数据库读写模块、计时模块。
所述红外扫描装置用于发射红外线，感知用户的出现。其中该扫描装置的感应区是以电视屏幕为中心，以距屏幕的距离为半径的电视机前一定半径内的一个扇型区域。
所述摄像装置用于摄取用户面部图像。
所述距离和身高计算模块用于测量位于装置前的人物的身高和距离电视的距离。
所述缓存用于存储距离和身高计算模块和摄像装置取得的信息。其中存储信息具体包括用户距屏幕的距离半径、位置坐标、身高和用户的面部图像。
所述匹配模块通过比较数据库和缓存中的信息确定用户身份。其中匹配算法包括最大互相关算法、基于图割的图像匹配算法和基于模板抽样的快速图像匹配算法。
所述处理器用于协调各模块工作，对到达的条件进行分析和判断。
所述控制模块用于接收由处理器发来的指令，控制视频和音频输出设备做出相关反应。
所述数据库用于存放系统信息。系统信息包括用户体态特征信息表和节目观看权限表。
所述数据库读写模块用于对数据库中记录进行读写。
所述控制数字电视的观看距离和权限的装置的控制过程为1)当用户走进红外线感知区域时，红外线扫描装置扫描感应区内的所有用户；2)由距离和身高计算模块分别算得每个用户的身高、距屏幕的距离和所在的坐标，把这些信息存入缓存，以便对每个用户逐个处理；3)处理器针对每个用户通知计时模块开始记录其在当前位置坐标停留的时间，如果坐标变动就重新从零计时。设在当前位置停留时间为t’，衡量用户是否在看电视的停留时间为t。如果t’＞t，说明该用户在看电视，则由处理器通知摄像装置对该用户的面部摄像，把面部图像存入缓存，转到步骤4)。否则，用户可能仅仅是路过，摄像装置不做出反应；
4)处理器驱动数据库读写模块开始遍历数据库中表1的所有用户的记录，由匹配模块把所有记录逐个与该用户的身高和正面的面部图像相匹配，如果找到达到规定的匹配率的记录，则确定该用户身份，转到步骤5)。否则，就该用户无权观看电视，转到步骤9)；5)读取数据库中表2的该用户的记录，先读取“是否受限”表项，如果该用户不受限，则该用户可以跳过所有限制条件的检验，全权使用该数字电视，否则转到步骤6)；6)获取现时播放的节目和当前系统时间，如果与该用户在数据库中表2的“不允许观看的频道”或“不允许的观看时段”表项的内容相冲突，说明该用户不能在该时间看电视或者不能看此节目，则转到步骤9)；否则转到步骤7)；7)从缓存中取出该用户距电视机的距离，如果与该用户在数据库中表2的“最佳观看距离范围”表项的内容相冲突，则说明这个距离会伤害到用户的视力，转到步骤8)；否则，转到步骤9)；8)处理器驱动计时模块开始记录该用户看电视的时间长度，如果在某个时间达到了数据库中表2对该用户的“允许观看的时间长度”的限制，说明该用户已经看得太久了，则转到步骤9)；否则，电视正常播放。记录用户看电视的时间长度的操作只要该用户在最佳观看距离范围内，就持续计时，如果中途该用户离开此范围超过一定时间，则自动中断计时，否则累积计时；9)处理器发出相应的控制指令给控制模块，控制模块控制显示屏显示相应的警告提示信息，同时控制音频设备输出相应的警告语音提示，甚至可以控制电源自动切断而关机。警告几次或各异常条件去除后，分析处理模块会发出恢复指令给控制模块，去除相关的显示提示信息和语音提示，恢复正常播放。
本发明的效果如下1)通过增加对用户在不合适的观看距离内停留的时间的考察，判断用户是在看电视还是仅仅路过，从而使得人机距离信息交互更准确，避免了过多的错误提示信息。
2)通过增加对用户体态特征信息的扫描来识别不同的用户，判断其对应的最佳的观看距离范围，使得人机距离信息交互更加准确，体现人性化。
3)通过建立用户权限和用户体态特征信息相对应的数据库，利用红外扫描读取用户体态特征信息去查数据库，从而实现了对用户节目观看权限的控制的自动化，避免了每次都输密码和密码泄漏的麻烦，还可以防止正在观看时被没有此权限的用户偷看，也可以约束观看的时间。
图1为用户与数字电视距离信息交互的流程图；图2为自动控制用户的节目观看权限的流程图；图3为控制数字电视的观看距离和权限的装置的示意图；图4为控制数字电视的观看距离和权限的流程图；图5为建立用户的节目观看权限的数据库的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本装置进行进一步介绍。
1、发明思想如图1所示为用户与数字电视距离信息交互的流程图，依据常理，如果用户是在看电视节目通常会停留在一个位置一段时间，如果仅仅是从电视机前走过通常不会停留在一个位置太久，所以可以依据用户的位置移动与否和停留时间来判断用户是否在看电视。设置一个时间段t用于衡量用户是否在看电视，如果用户在某个位置停留时间超过这个时间段t，则说明用户在看电视，否则仅仅是路过。设立一个数据库，其中保存有用户的特征信息以及相应的最佳观看距离范围等。通过红外线扫描读取电视机前的用户的身高以及距离电视屏幕的距离和位置坐标，当用户开始看电视时通过摄像装置获取用户正面的面部图像，然后根据数据库中事先存储用户身高和面部图像以及各参数来判断该用户是谁，以及是否在其最佳观看距离范围内，如果在就不必做出反应，如果不在则进一步考察该用户在某位置停留的时间t’。如果t’＞t则说明用户在看电视，该装置就会发警报信息给电视机，电视在屏幕上增加输出提示信息“×××(人名)离屏幕太近了，注意保护视力，请离屏幕远一些”，同时也可以发送信息到音频设备发出语音警报；如果t’＜＝t则说明用户仅仅是路过，无需做出反应。
如图2所示为自动控制用户的节目观看权限的流程图，节目观看权限就是指对用户观看的节目内容，观看的时段以及观看的时间长度等等一系列条件的界定，通俗来讲就是指限制特定用户能看什么节目和频道，不能看什么节目和频道，以及用户能在什么时间看，能看多久等等。通过一次红外扫描读取用户身高和正面的面部图像并存储在数据库，同时设置其对应的观看节目的权限。电视打开时通过红外线扫描读取电视机前的用户的身高以及距离电视屏幕的距离和位置坐标，当用户开始看电视时通过摄像装置获取用户正面的面部图像，然后根据数据库中事先存储用户身高和面部图像以及各参数来判断该用户是谁，然后通过读取数据库得出他们各自的节目观看权限。如果是不能识别的陌生人看电视，则该装置就会屏蔽电视屏幕或关机。一旦发现现时播放的节目、频道和播放时段不适合某个用户，该装置就发送警报信息给电视机，电视机及时屏蔽该节目(比如显示蓝屏)并通过屏幕显示提示信息“该节目不适合×××(人名)观看，请注意心灵健康”或者“该时段不适合×××(人名)看电视”，或者通过音频设备输出语音提示。如果一切正常就开始记录每个用户观看的时间长度，若到了某人的时间限制，就发送警报信息，屏幕显示“×××(人名)看电视时间太长了，休息一下”，或者通过音频输出语音提示。
2、模块说明如图3所示一种控制数字电视的观看距离和权限的装置包括红外扫描装置、摄像装置、距离和身高计算模块、缓存、匹配模块、处理器、控制模块、数据库、数据库读写模块、计时模块。
1)红外扫描装置红外扫描用于发射红外线，感知用户的出现。它根据具体的电视型号来安装，建立以电视屏幕为中心，以距屏幕的距离为半径的极坐标，则设置电视机前一定半径内的扇型区域为感应区，通过在发射源处设置屏蔽，控制红外线只能照射到此区域，当用户走进该区域时即刻被红外扫描装置感知。
2)摄像装置摄像装置用于摄取用户面部图像。因为面部反光最强，所以通过反射光强度很容易识别面部。由计时模块判断如果用户是在看电视，则摄像装置启动摄取其正面或近似正面的面部图像，因为用户看电视时，面对屏幕的通常都是面部正面或近似正面。
3)距离和身高计算模块距离和身高计算模块通过测量红外线发射光与反射光的相位差算得该用户距屏幕的距离半径，由发射光的角度进一步决定用户的极坐标位置，由头部(最高点)和脚部(最低点)分别反射回来的反射光角度算得用户身高。一个家庭中不过五六个成员，根据身高就可以极大程度上区分各成员，所以身高是一个重要参数。因为用户可能坐下或蹲下，所以可多测几次，取其最大身高(站立时的身高)为正确身高。把距离半径、位置坐标和身高存入缓存。
4)缓存缓存用于存储由距离和身高计算模块传来的用户距屏幕的距离半径、位置坐标和身高，以及摄像装置扫描的用户的面部图像。
5)匹配模块匹配模块由数据库读写模块读出数据库中保存的各用户的面部图像和身高，一个个与缓存中传来的该用户的面部图像和身高做匹配，图像匹配可以采用多种算法实现，比如最大互相关算法，基于图割的图像匹配算法，基于模板抽样的快速图像匹配算法等等。如果找到达到规定的匹配率的记录，则确定该用户身份。如果没有找到达到规定的匹配率的记录，则否认该用户。
6)处理器处理器用于协调各模块工作，对到达的条件进行分析和判断，比如判断时间和距离等等有没有超过规定值。
7)控制模块控制模块接收由处理器发来的指令，控制视频和音频输出设备做出相关反应。
8)数据库如图5所示，数据库包括两张表，表1用户体态特征信息表；表2节目观看权限表。最初的参数设置需要家庭中所有用户在电视机前一次扫描，装置获取各自身高和面部图像并记录在表1，用户根据实际情况填写表2，信息保存后设置密码锁定。
9)数据库读写模块数据库读写模块由处理器驱动去对数据库中记录进行读写。
10)计时模块计时模块由处理器驱动它记录时间。
3、装置的控制流程如图4所示为控制数字电视的观看距离和权限流程图。
权利要求
1.一种控制数字电视的观看距离和权限的装置，其特征在于该装置包括红外扫描装置、摄像装置、距离和身高计算模块、缓存、匹配模块、处理器、控制模块、数据库、数据库读写模块、计时模块红外扫描装置用于发射红外线，感知用户的出现；摄像装置用于摄取用户面部图像；距离和身高计算模块用于测量位于装置前的人的身高和距离电视的距离，以及人所处的坐标位置；缓存用于存储距离和身高计算模块和摄像装置取得的信息；匹配模块通过比较数据库和缓存中的信息确定用户身份；处理器用于协调各模块工作，对到达的条件进行分析和判断；控制模块用于接收由处理器发来的指令，控制视频和音频输出设备做出相关反应；数据库用于存放识别用户所需的特征信息和用户的权限设置信息；数据库读写模块用于对数据库中记录进行读写。
2.根据权利要求1所述的控制数字电视的观看距离和权限的装置，其特征在于所述红外扫描装置的感应区为以电视屏幕为中心，以距屏幕的距离为半径的电视机前一定半径内的扇型区域。
3.根据权利要求1所述的控制数字电视的观看距离和权限的装置，其特征在于所述缓存存储的信息包括距离和身高计算模块传来的用户距屏幕的距离半径、位置坐标和身高，以及摄像装置扫描的用户的面部图像。
4.根据权利要求1所述的控制数字电视的观看距离和权限的装置，其特征在于所述匹配模块匹配算法包括最大互相关算法、基于图割的图像匹配算法和基于模板抽样的快速图像匹配算法。
5.根据权利要求1所述的控制数字电视的观看距离和权限的装置，其特征在于所述数据库信息包括用户体态特征信息表和节目观看权限表。
6.根据权利要求1所述的控制数字电视的观看距离和权限的装置，其特征在于所述装置的控制过程为1)当用户走进红外线感知区域时，红外线扫描装置扫描感应区内的所有用户；2)由距离和身高计算模块分别算得每个用户的身高、距屏幕的距离和所在的坐标，把这些信息存入缓存，以便对每个用户逐个处理；3)处理器针对每个用户通知计时模块开始记录其在当前位置坐标停留的时间，如果坐标变动就重新从零计时，设在当前位置停留时间为t’，衡量用户是否在看电视的停留时间为t，如果t’＞t，说明该用户在看电视，则由处理器通知摄像装置对该用户的面部摄像，把面部图像存入缓存，转到步骤4)，否则，用户可能仅仅是路过，摄像装置不做出反应；4)处理器驱动数据库读写模块开始遍历数据库中表1的所有用户的记录，由匹配模块把所有记录逐个与该用户的身高和正面的面部图像相匹配，如果找到达到规定的匹配率的记录，则确定该用户身份，转到步骤5)，否则，就该用户无权观看电视，转到步骤9)；5)读取数据库中表2的该用户的记录，先读取“是否受限”表项，如果该用户不受限，则该用户可以跳过所有限制条件的检验，全权使用该数字电视，否则转到步骤6)；6)获取现时播放的节目和当前系统时间，如果与该用户在数据库中表2的“不允许观看的频道”或“不允许的观看时段”表项的内容相冲突，说明该用户不能在该时间看电视或者不能看此节目，则转到步骤9)；否则转到步骤7)；7)从缓存中取出该用户距电视机的距离，如果与该用户在数据库中表2的“最佳观看距离范围”表项的内容相冲突，则说明这个距离会伤害到用户的视力，转到步骤8)，否则，转到步骤9)；8)处理器驱动计时模块开始记录该用户看电视的时间长度，如果在某个时间达到了数据库中表2对该用户的“允许观看的时间长度”的限制，说明该用户已经看得太久了，则转到步骤9)，否则，电视正常播放，记录用户看电视的时间长度的操作只要该用户在最佳观看距离范围内，就持续计时，如果中途该用户离开此范围超过一定时间，则自动中断计时，否则累积计时；9)处理器发出相应的控制指令给控制模块，控制模块控制显示屏显示相应的警告提示信息，同时控制音频设备输出相应的警告语音提示，甚至可以控制电源自动切断而关机。警告几次或各异常条件去除后，分析处理模块会发出恢复指令给控制模块，去除相关的显示提示信息和语音提示，恢复正常播放。
全文摘要
本发明公开了一种控制数字电视的观看距离和权限的装置，该装置通过红外扫描装置感知并识别不同的用户，从而根据事先设定的参数来提醒用户观看的距离和节目是否合适，属于人机信息交互技术领域。该装置包括红外扫描装置、摄像装置、距离和身高计算模块、缓存、匹配模块、处理器、控制模块、数据库、数据库读写模块、计时模块。利用此发明使得人机距离信息交互更加准确，体现人性化，实现了对用户节目观看权限的控制的自动化，避免了每次都输密码和密码泄漏的麻烦，还可以防止正在观看时被没有此权限的用户偷看，也可以约束观看的时间。
文档编号G06K9/00GK1917564SQ200610037179
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者毛正华, 罗笑南 申请人:中山大学