一种智能防瞌睡及报警系统技术方案

本发明专利技术提出了一种智能防瞌睡及报警系统，其包括人员检测模块、瞌睡检测模块、报警模块及控制模块；其中，人员检测模块包括热成像相机，瞌睡检测模块包括可见光相机，报警模块包括便携式显示设备以显示教室内座位的信息和闪烁提示处于瞌睡状态的人对应的座位.控制模块包括用于对教室内座位进行标记的座位标记单元，用于根据热成像图像识别有人就座的座位的就座识别单元，用于根据就座识别单元的输出结果规划可见光相机的扫描路径的扫描路径规划单元，用于调整可见光相机参数的相机参数设置单元，用于根据可见光图像判断座位上的人是否处于瞌睡状态的瞌睡状态判断单元，以及显示及报警单元。

【技术实现步骤摘要】
一种智能防瞌睡及报警系统
本专利技术涉及多媒体领域，更具体地涉及一种尤其适合用于教学场合的智能防瞌睡及报警系统。
技术介绍
教学过程中，学生打瞌睡的现象对于教学工作的正常进行有着非常不好的影响，而且教师在授课中往往由于精神集中于教学内容，难以分出精力来发现或者管理打瞌睡的学生。随着多媒体技术的发展，现有技术中已经出现了一些防止瞌睡的技术。例如，CN104207478B号中国专利技术专利中公开了一种防瞌睡矫正坐姿课桌椅，CN206380932U号中国技术专利中公开了一种教学用防瞌睡座椅，CN106579777A号中国专利技术专利申请中公开了一种防瞌睡防近视的桌椅，CN108391963A号中国专利技术专利申请中公开了一种智能式防瞌睡装置，这些现有技术中都提出了不同的防止教学瞌睡现象的技术方案。但是，在这些已有的技术方案中，都是对桌椅装置进行特别设计，其结构复杂，尤其是在实际应用中，要求购置特殊的桌椅，成本巨大且维护困难，导致其实际上难以被应用于实际场合当中，尤其是在CN108391963A公开的方案中，需要在每个桌椅中设置视频装置，这会造成巨大的购置和维护成本。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出了一种智能防瞌睡及报警系统，其包括人员检测模块、瞌睡检测模块、报警模块及控制模块，其中：所述人员检测模块包括热成像相机，用于生成教室内的热成像图像；所述瞌睡检测模块包括可见光相机，用于对所述教室内的有人就座的座位进行扫描成像；所述报警模块包括便携式显示设备，用于显示所述教室内的座位的信息，并闪烁提示处于瞌睡状态的人对应的座位；并且所述控制模块包括用于对所述教室内的座位进行标记或编码的座位标记单元，用于根据所述热成像图像识别有人就座的所述座位的就座识别单元，用于根据所述就座识别单元的输出结果规划所述可见光相机的扫描路径的扫描路径规划单元，用于调整所述可见光相机的参数的相机参数设置单元，用于根据所述可见光图像判断所述座位上的人是否处于瞌睡状态的瞌睡状态判断单元，以及显示及报警单元。进一步地，所述热成像相机被设置成允许其成像范围覆盖所述教室内的所有座位，且所述座位标记单元被设置成在所述热成像图像上对各个座位对应的区域进行标记或编码。进一步地，所述就座识别单元被设置成根据所述热成像图像确定存在人体热成像的区域，从而识别有人就座的所述座位并存储其标记或编码。进一步地，所述瞌睡检测模块还包括分别用于控制所述可见光相机的水平和垂直运动的两个伺服电机，且被设置成使所述可见光相机能够对所述教室内的所有座位进行扫描成像。进一步地，所述扫描路径规划单元被设置成通过计算使Lscan＝CS1S1XS1S1+…+CS1SmXS1Sm+CS2S1XS2S1+…+CSmSmXSmSm最小的各个系数XSiSj的取值来确定扫描路径，其中：所述Lscan是扫描有人就座的m个座位所需经历的总路径长度；所述Si用于表示所述m个座位的标记或编码；所述CSiSj是从Si对应的座位到Sj对应的座位需经历的扫描路径长度；所述系数XSiSj的取值为0或1，其中，当扫描路径包括从Si对应的座位到Sj对应的座位的路径时XSiSj＝1，否则XSiSj＝0，并且XSiS1+XSiS2+……+XSiSm＝1，XS1Sj+XS2Sj+…+XSmSj＝1，i＝1、2、…、m，且j＝1、2、…、m。进一步地，所述相机参数设置单元被设置成：计算所述可见光相机输出的图像的亮度直方图，将所述亮度直方图分成9个区域，且基于所述亮度直方图计算参量A，其中Xi是所述亮度直方图的区域i中灰度值的总和；当所述参量A不等于3.7时，判断所述可见光相机的曝光时间和增益是否处于预设范围内；如果所述曝光时间和所述增益均在所述预设范围内，则利用比例积分控制器调节所述可见光相机的gamma值；如果只有所述增益在所述预设范围内，则利用所述比例积分控制器调节所述可见光相机的所述曝光时间；如果所述曝光时间和所述增益均不在所述预设范围内，则利用所述比例积分控制器调节所述可见光相机的所述增益；并且利用所述新的gamma值、曝光时间和/或增益对所述可见光相机进行重新设置，直至使所述参量A为3.7。进一步地，所述相机参数设置单元被设置成：计算所述可见光相机输出的图像的亮度直方图,将所述亮度直方图分成9个区域，且基于所述直方图计算参量A，其中Xi是所述直方图的区域i中灰度值的总和；当所述参量A大于3且小于4时，在YUV颜色空间内计算所述图像的饱和度直方图且基于所述饱和度直方图计算所述参量A，同时还计算所述图像的白色区域的U和V的平均值和所述图像的黑色区域的R/G/B的平均值；将基于所述饱和度直方图计算的所述参量A、所述U/V的平均值以及所述R/G/B的平均值与预设阈值进行比较，如果基于所述饱和度直方图计算的所述参量A不等于3.7，则利用比例积分控制器调节所述可见光相机的饱和度；如果所述R/G/B的平均值中存在非零值，则利用所述比例积分控制器调节所述可见光相机的亮度值；并且利用所述新的饱和度和/或亮度值对所述可见光相机进行重新设置，直至使所述参量A为3.7。进一步地，所述瞌睡状态判断单元被设置成：从所述可见光图像中确定桌面区域和人的头部区域，并判断所述头部区域和所述桌面区域之间的最小高度差是否小于预设阈值；当所述最小高度差小于所述预设阈值时，在所述头部区域中检测眼睛部分的存在；并且，所述瞌睡状态判断单元还被设置成根据所述座位与所述可见光相机之间的距离计算对应所述座位的高度补偿因子H，用于计算所述最小高度差。进一步地，所述瞌睡状态判断单元被设置成：从所述可见光图像中提取眼睛部分图像，并对所述眼睛部分图像进行归一化处理以及频率回归和线性回归计算；根据经频率回归和线性回归计算的所述眼睛部分图像计算参数其中，yl和yu分别代表眼睛上眼皮和下眼皮的中间位置，xr和xl分别代表眼睛右眼角和左眼角的位置；连续记录所述座位上的所述参数OPEN，建立其变化曲线，并根据所述参数OPEN的当前值与其变化曲线上的最大值之间的比值判断所述座位上的人是否处于瞌睡状态。进一步地，所述显示及报警单元被设置成：使所述便携式显示设备的显示屏上以区块的方式显示所述教室内的所有座位及其标记或编码，并以高亮形式显示有人就座的所述座位；且当所述瞌睡状态判断单元判断所述座位上的人处于瞌睡状态时，向所述便携式显示设备输出指令使所述显示屏上显示的所述座位闪烁。具体实施方式在下文中，将详细描述本专利技术的示例性实施例。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本专利技术的精神给本专利技术所属领域的技术人员。因此，本专利技术不限于本文公开的实施例。本专利技术的防瞌睡及报警系统包括人员检测模块、瞌睡检测模块、报警模块及控制模块。人员检测模块包括热成像相机。根据本专利技术，热成像相机被安装在教室内的预设位置上，其中，该预设位置能够允许相机成像范围覆盖教室内的所有座位。作为示例，该预设位置可以是黑板中央的上方。在本专利技术中，由于热成像相机被固定安装于预设位置上，教室内各个座位在其拍摄图像上对应的区域是已知的，因此，控制模块可以包括座位标记单元，其用于在热成像相机拍摄的教室图像上对各个座位对应的区域进行标记或者编码，例如在教室图像上标记出区域1、区域2、区域3、…、区域n以对应于教室内的n个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能防瞌睡及报警系统，其包括人员检测模块、瞌睡检测模块、报警模块及控制模块，其中：所述人员检测模块包括热成像相机，用于生成教室内的热成像图像；所述瞌睡检测模块包括可见光相机，用于对所述教室内的有人就座的座位进行扫描成像；所述报警模块包括便携式显示设备，用于显示所述教室内的座位的信息，并闪烁提示处于瞌睡状态的人对应的座位；并且所述控制模块包括用于对所述教室内的座位进行标记或编码的座位标记单元，用于根据所述热成像图像识别有人就座的所述座位的就座识别单元，用于根据所述就座识别单元的输出结果规划所述可见光相机的扫描路径的扫描路径规划单元，用于调整所述可见光相机的参数的相机参数设置单元，用于根据所述可见光图像判断所述座位上的人是否处于瞌睡状态的瞌睡状态判断单元，以及显示及报警单元。

【技术特征摘要】
1.一种智能防瞌睡及报警系统，其包括人员检测模块、瞌睡检测模块、报警模块及控制模块，其中：所述人员检测模块包括热成像相机，用于生成教室内的热成像图像；所述瞌睡检测模块包括可见光相机，用于对所述教室内的有人就座的座位进行扫描成像；所述报警模块包括便携式显示设备，用于显示所述教室内的座位的信息，并闪烁提示处于瞌睡状态的人对应的座位；并且所述控制模块包括用于对所述教室内的座位进行标记或编码的座位标记单元，用于根据所述热成像图像识别有人就座的所述座位的就座识别单元，用于根据所述就座识别单元的输出结果规划所述可见光相机的扫描路径的扫描路径规划单元，用于调整所述可见光相机的参数的相机参数设置单元，用于根据所述可见光图像判断所述座位上的人是否处于瞌睡状态的瞌睡状态判断单元，以及显示及报警单元。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述热成像相机被设置成允许其成像范围覆盖所述教室内的所有座位，且所述座位标记单元被设置成在所述热成像图像上对各个座位对应的区域进行标记或编码。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述就座识别单元被设置成根据所述热成像图像确定存在人体热成像的区域，从而识别有人就座的所述座位并存储其标记或编码。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述瞌睡检测模块还包括分别用于控制所述可见光相机的水平和垂直运动的两个伺服电机，且被设置成使所述可见光相机能够对所述教室内的所有座位进行扫描成像。5.如权利要求1所述的系统，所述扫描路径规划单元被设置成通过计算使Lscan＝CS1S1XS1S1+…+CS1SmXS1Sm+CS2S1XS2S1+…+CSmsmXsmSm最小的各个系数XSiSj的取值来确定扫描路径，其中：所述Lscan是扫描有人就座的m个座位所需经历的总路径长度；所述Si用于表示所述m个座位的标记或编码；所述CSiSj是从Si对应的座位到Sj对应的座位需经历的扫描路径长度；所述系数XSiSj的取值为0或1，其中，当扫描路径包括从Si对应的座位到Sj对应的座位的路径时XSiSj＝1，否则XSiSj＝0，并且XSiS1+XSis2+…+Xsism＝1，XS1Sj+XS2Sj+…+Xsmsj＝1，i＝1、2、…、m，且j＝1、2、…、m。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述相机参数设置单元被设置成：计算所述可见光相机输出的图像的亮度直方图，将所述亮度直方图分成9个区域，且基于所述亮度直方图计算参量A，其中Xi是所述亮度直方图的区域i中灰度值的总和；当所述参量A不等于3.7时，判断所述可见光相机的曝光时间和增益是否处于预设范围内；如果所述曝光时间和所述增益均在所述预设范围内，则利用比例积分控制器调节所述可见光相机的gamm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶琳娜，
申请(专利权)人：宁波大红鹰学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33