[发明专利]一种智能手机使用的眼睛疲劳检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到智能手机操作系统的应用层技术，和人脸识别、人眼识别等图像处理技术。

技术背景

智能手机的易用性、可玩性(娱乐、社交、多媒体视频等功能)，给人们带来了很多便利，极大丰富了大家的生活，让大家对智能手机产生了非常严重的依赖。据GOOGLE和IPSOS联合推出的对中国市场智能手机情况调查报告称，中国城市智能手机的普及从2012年的33％上升至47％。其中大约有70％的用户每天都会使用智能手机访问互联网，智能手机已经成为了他们生活不可分离的重要部分，而且大部分人在晚上也有使用智能手机的习惯。不可避免地，智能手机的过度使用给用户的身心健康带来了重大的影响，其中数字眼疲劳问题就是一个非常值得重视的问题。数字眼疲劳就是长时间在数字屏幕前产生不适。一些典型的症状包括眼干、眼睛发红甚至眼睛发炎，视力模糊，更为严重的可以造成后背、颈部和肩膀疼痛等问题。而智能手机的普及无疑成为了其中最为主要的幕后凶手。智能手机除了造成眼睛聚焦系统疲劳之外，它释放出的高能量可见光是会给视力健康带来长期影响的。研究显示，过度暴露在高能量可见光下会危害视网膜，引发年龄相关性黄斑变性与白内障等眼部疾病的可能性会增加，随后会变得更加严重。而且大部分人并未意识到使用智能手机等电子设备带来的这些消极影响。所以设计一种可以检测用户在使用智能手机过程中的视觉疲劳问题并作提醒或者强制性介入是非常有必要的。

虽然市场上已经出现了一些可以在一定程度上保护眼睛的光学眼睛，但这都没有从根本上解决使用电子设备的眼疲劳问题，反而很容易纵容了用户过程使用这些电子设置，在保护好眼睛的前提下过长时间使用这些设备还是是导致其他方面的身心问题，影响正常的工作生活。同时这些有效果的设备都是比较昂贵的，也是接触式的，并不使用于大部分人。为了避免这些问题同时又能很好地解决数字眼疲劳问题，本发明提出了一种基于智能手机设置的眼疲劳检测和预防的解决方法。这是一种通过手机摄像设备非接触性地采集用户人脸图像，并利用现在智能手机比较强大的计算能力来处理图像检测人眼的疲劳状态，最后也借助智能手机的交互设备(如显示屏、扩音器等设备)和手机操作系统的控制接口来达到反馈结果的目的。整个过程不依赖于其它硬件设备，很好地达到了控制成本的目的，只需要在软件的设计实现上优化处理就能达到比较理想的效果。

在使用电子设备的眼疲劳检测和预防并没有得到较多的关注，有少量发明人使用检测人眼到数字屏幕距离的方法提醒用户使用设备保持合适的距离，无法检测到用户使用电子设备的疲劳程度，不能恰当地为用户的疲劳提出预防依据，这也是没有很多解决预防眼疲劳的这个问题。

为了实时了解用户眼睛使用的情况，我们通过分析采集到视频序列帧，能够得到用户实时的用眼疲劳程度，根据其疲劳程度使用不同的干预手段。这样可以很有效地防止过度用眼而导致的不良影响。

发明内容

为了提高大家在智能手机等移动智能电子设备试使用过程的护眼意识，以及有效保护眼睛过度疲劳而导致的身心健康问题，本发明提出了一种能有效监测用户用眼状态和干预过度用眼的方法。

为了实现上述目的，我们基于现在使用最为普遍的智能手机设备作为硬件平台，而不依赖于其它复杂昂贵的第三方硬件。

优选地，我们选用较为适当的视频图像采样频率，既可以实现比较理想的检测效果，在一定精度范围内反应眼睛疲劳程度，又可以很好地减轻对智能手机其它运行任务的影响，保持智能设备的可用性。

在人眼定位之前，对处理图像作必要的预处理，可以较好地提高人眼定位的效率和正确率。包括肤色分割和人脸定位，其中在人脸定位后使用了支持向量机SVM对定位的人脸进行验证，有效剔除非定位错位区域，同时还可以缩小定位的精确区域。鉴于智能手机用户使用习惯和阅读姿势的差别，还需要对人脸区域进行必要的矫正，达到输出正脸图像的目的。

优选的，使用一种全局扫描并验证的策略，即采用级联结构来组织分类器，采用Adaboost算法学习分类器。这种算法很好地排除了特征点定位误差的影响，分类性能有大幅提高，并且速度并没有明显下降，基本达到实时。该算法的存储量很小，大约2M左右，无论在鲁棒性、正确率和速度方面都达到了很好的性能。

人眼定位的常用投影方法有快速和高效的特征，但是在各种复杂环境中没有较好地精确度。本发明使用了尺度不变梯度积分投影算法(SGIPF)用来作为人脸图像中人眼区域分割，得到了较精确的包含人双眼的的最小矩形，即使在低质量图像的输入情况下。