[发明专利]一种基于计算机视觉技术的手机用眼姿势保护方法

说明书

技术领域

本说明书涉及的技术领域为视力保护、移动应用、软件应用、计算机视觉、人脸识别。

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，大大降低人生存能力。

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。

不健康使用手机是造成视力不良的首要原因。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。

目前市场上的手机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后台服务的形式，而不是独立应用的方式，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。

发明内容

为了帮助手机用户健康用眼，我公司开发了一款名为眼宝的手机应用产品，其android版下载地址见图5二维码。本发明详细披露了眼宝这款产品中所采用的关键技术。

本发明采用摄像头对人脸的关键点进行图像处理，从而判断用户使用手机的距离和朝向。由于每个用户的脸型和身体特征不一样，为了精确测量距离和姿势，需要每个用户在初次在新手机上使用本服务时进行校准。校准需要在给定的物理距离，在该手机摄像头的像素坐标系中，记录面部特征点之间的距离，建立比例关系。在该手机用户的后续使用过程中，根据面部特征点之间距离的变化，按照比例法，计算出用户和手机屏幕之间的物理距离，以及用户使用手机的姿势。

具体的校准方法为。