智能眼部护理系统

吴向星++胡文磊++李雯雯++林旭珠++莫怡灿

摘要：针对目前市场上基于图像识别的人机交互设备在使用过程中普遍存在的问题，如人脸识别准确率低、算法执行效率低，功能简单且分散等，本文提出一种智能信息化设备的实现方法。该设备以STM32单片机为管理核心，组建以wifi通信协议为主的无线传感网络，使用多种信息化，智能化如语音控制、体感测试、智能定位算法、数据采集等手段达到精准、使用舒适的目的。

关键词：定位算法；stm32；体感测试

中图分类号：TM301 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0066-01

随着计算机科学技术的发展和人们日益增长的需求刺激，近年来，基于图像识别的人机交互技术走进了人们的生活。为了适应人们逐渐转变的眼部护理习惯，适应物联网迅速发展下的商品要求，研发高智能化、精准便携、使用舒适的眼部护理产品，对实现改变人们的护眼习惯、智能便捷的护理眼睛具有重要意义。

1 系统总体框架

本系统由眼部按摩器模块、Kinect体感测视力模块、云服务系统模块、APP显示模块、放松娱乐模块组成。本系统通过“智能控制中心”对整个眼部护理系统进行控制，该“智能控制中心”由STM32主控模块和APP显示模块构成。在本系统中，“智能控制中心”主要负责连接互联网，收集其他模块信息和发送控制指令。为了使系统更加贴近用户需求，本系统采用了wifi协议进行通讯。由于该协议的特性，当部分模块损坏时，系统的其他功能不会受影响。另外，系统还设有检查模块能否正常工作的功能，主要由“智能控制中心”发送检查指令给其他模块，其他模块接收指令后进行回应。若“智能控制中心”没收到回应，则表明该模块处于非正常状态，相应信息将会直接显示在用户的APP上。

2 项目基本功能及流程

2.1 主控芯片的选取

本系统采用ST公司生产的STM32F103xx芯片作为主控芯片。该芯片以Cortex-M3为内核，提供开发所需的低成本的平台、缩减的管脚数、降低的系统功耗，卓越的计算性能和先进的中断系统响应，是一款高性能的32位芯片[1]。该芯片丰富的外设配置，可用于本系统硬件电路的搭建以及实现相应的控制功能，能够满足本系统设计所需。

2.2 电源模块的设计

本系统的各个模块需要不同的供电电压，主要由常见的LM7812和LM7805三端稳压芯片构成的电路提供。具体为，使用变压器及相关电路，将220V交流电进行降压。降压电路输出端接整流滤波电路，使交流电变为平直的直流电。此时输出的直流电经过LM7812模块、LM7805模块后，即可给各模块提供合适的电压。

2.3 眼睛的精定位

眼睛的定位是在人脸区域检测出来的结果上进行的。主要分为眼睛区域的定位以及眼睛的精确定位。眼睛区域的定位可根据人脸的“三庭五眼”和眼睛灰度较小的特点实现。根据人臉结构具有“三庭五眼”的特点，可把人脸从发际线到下颏三等分；从左到右分为五等分，其中长度约为人眼长度。根据人脸眼部灰度比其他部位小的特点，可通过基于积分图的计算，寻找满足条件的两个区域，这两个区域即包含眼睛的区域。其中，这两个区域必须满足灰度接近，且灰度小于中间区域的条件。

得到包含眼睛的区域后，还需要进行眼睛的精确定位，该操作实际是对虹膜进行定位。虹膜定位需要确定虹膜的边界，即虹膜与巩膜的边界，虹膜与瞳孔的边界，是虹膜信息提取的关键步骤。具体为，使图像中虹膜的边界像素点的灰度尽可能趋向一致，但不能消除边界的灰度差异，从而利用在确定边界时，将虹膜和巩膜之间、虹膜和瞳孔之间的模糊边带剔除[2]。

2.4 Kinect体感测视力

Kinect是微软公布的XBOX360体感周边外设，具有3D体感摄影、即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能。Kinect可以捕捉三维空间中运动轨迹、辨识人脸，辨认声音和接受命令。并且可以设计程序去识别、记忆、分析处理这些动作，同时还有一个传感器负责探测力度和深度、四个麦克风负责采集声音，形成一个综合的控制系统[3]。

Kinect基础源程序是开源的，非常适合开发者的二次开发。本项目设计将使用kinect作为采集人体基本信息和实时动作的硬件平台。测视力分为裸眼测试和矫正测试（带上眼镜），APP逐个显示视力表“E”，Kinect获取肢体动作，识别是否正确，数据发至云端，测试结束后，发回测试结果。APP显示结果和提出的建议（用眼建议、视力变化、是否需要更换眼镜等），Kinect采集人体的基本信息和实时动作，根据用户的习惯通过视力表来测试视力，增加测试数据的可靠性。同时，语音播报，将各项数据存到云端，通过APP可查询，可统计多次视力测试结果，生成报表或图表。

2.5 提醒

根据用户按摩时间、测视力时间，智能提醒用户按摩或测视力。能定期提醒用户做眼保健操，播放眼保健操视频，将时间和次数等数据存到云端，通过APP可查询，可统计多次数据，生成报表或图表。

2.6 放松娱乐

为了增加生活的趣味性，并且达到放松的目的，应用平台增加了基于Kinect的体感小游戏，用户可以在按摩完眼部后适当地放松。此外，还可以播放让人舒适的轻音乐，护眼的图片以及播报保护眼睛爱护眼睛的小知识，在放松娱乐的过程中，也不忘养护眼睛、增进知识。为了更加符合眼睛的医疗保健，还可以增加眼控的小游戏，通过游戏锻炼眼睛，让疲劳的眼睛“动”起来。

3 结语

经过试验验证该项目切实可行，该系统不但可以有效的对用户的眼部进行按摩，测试视力，还可以将每次测试的数据以报表的形式反馈到用户的手机，用户下载一款APP就能查看自己的眼部健康情况，极大地改善了用户对眼部护理的方式。

本项目开发受到2017年“攀登计划”广东省大学生科技创新培育专项资金资助，在此项目全体成员表示衷心的感谢。

参考文献

[1]钟科.基于STM32的温度测量系统.微处理机，2015，（2）：64-66.

[2]郭永彩，徐梅宣，高潮.一种快速虹膜定位算法[J].光电工程，2005，07：33-37.

[3]石曼银.Kinect技术与工作原理的研究[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2013，03：83-86.