一种眼控开关装置及工作方法与流程

1.本发明涉及人智能穿戴技术领域，尤其涉及一种眼控开关装置及工作方法。


背景技术：

2.目前现有的电器或电子产品大多都需要开关，通常是采用各种手动开关如按键、旋钮、拨杆或触摸等方式，也有遥控开关或感应开关，随着科技的发展，又有了根据图像识别人体动作的开关，有一种可监测人的眼球或瞳孔转动来控制屏幕上鼠标箭头移动和点击的装置，但这种装置不仅体积较大、结构复杂昂贵，而且在使用时要在人眼的前方，需远离人眼不能遮挡视线，这对于目前轻便贴身的可穿戴的电子装备就不适用，例如一种戴在面部的用于光子嫩肤的面罩，内层是若干个多色led灯珠，为了防止强烈的光线刺伤眼睛，都要戴上一个特制的眼罩或墨镜将眼睛遮住，而这样一来眼皮及眼眶周围的皮肤就不能被照射到，无法达到光子嫩肤的效果。如果摘掉眼罩或墨镜，那就需要闭上眼睛使用，使用者就无法看书看报看手机看电视，更无法行动，极不方便。
3.目前没有一种眼控开关，近距离监控人眼的闭合与睁开，又同时不妨碍视线，就可以随心所欲的控制面罩内的灯光，闭眼时灯亮，睁眼时灯灭，就可以一边做事一边保健嫩肤，两不耽误。特别是在焊接、光源测试等很多工作场合都有瞬时强光的情况，需要频繁戴上摘下墨镜或防护面罩，很不方便，无意中误触电源开关又会刺伤眼睛。如果闭上眼睛开电源，不仅要腾出一只手，而且很危险。如果有一个眼控开关，就无需做任何手部动作，只需闭眼即可。类似场景还有卧床的病人、老者，因受伤或手术不能动的病人，需要有一个眼控开关就可以非常方便的呼叫医生或护士等等，满足通过近距离监控人眼的闭合与睁开，并且控制开关的需求。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种眼控开关装置及工作方法，利用图像识别技术，近距离用摄像头实时识别人眼的睁开与闭合状态，并可根据其持续时间、间隔及次数，通过设定的程序输出控制信号，用于开启或停止电器或电子器件驱动电源。
5.为解决上述问题，本发明提供了一种眼控开关装置及工作方法，所述眼控开关装置包括驱动电路、摄像头、补光光源、图像采集模块、图像识别模块、信号输出模块程序、控制软件和电源；所述摄像头与补光光源位于所述眼控开关装置的外壳的前方；
6.所述驱动电路连接驱动所述摄像头、图像采集模块和图像识别模块，同时也维持软件的运行和信号输出；
7.所述图像采集模块用于摄像头拍摄的视频图像的实时采集；
8.所述图像识别模块识别采集的人眼图像上的眼睛睁开和闭合状态，并将开启信号或关闭信号实时输出到控制软件；
9.所述控制软件根据眼睛睁开或闭合的状态、所述开启信号或所述关闭信号时长、间隔和次数，输出程序控制信号，用于控制所述眼控开关。
10.进一步方案为，所述眼控装置固定安装于眼镜框或面罩上，位于人眼侧面，距离人眼1～10cm。
11.1、进一步方案为，所述摄像头的镜头的前方设有窄带滤光片，其带通波长与vcsel激光波长相同。
12.进一步方案为，所述补光光源为红外波段激光vcsel光源，用眼部照明。
13.进一步方案为，所述红外波段激光vcsel光源采用波长从800～2000nm，光功率为0.1～50mw。
14.进一步方案为，所述摄像头为黑白图像，像素数为480x640，拍摄速率为25～240帧/秒的摄像头。
15.进一步方案为，所述电源为电池，或者连接外部稳压电源供电，电池上还设有开关装置。
16.进一步方案为，所述信号的输出通过导线、蓝牙或wifi连接。
17.进一步方案为，所述一种眼控开关装置的工作方法包括以下步骤：
18.s01、开启眼控开关装置的电源；
19.s02、初次使用时，采集闭眼图像，并存入所述图像识别模块中；
20.s03、程序开始工作时，摄像头实时传输图像给图像采集模块；
21.s04、然后，图像识别模块将实时图像与预存的人的闭眼图像对比；
22.s05、当图像识别模块识别到人闭眼图像时，发出眼睛关闭信号；
23.s06、图像识别模块输出眼睛关闭信号到控制软件，控制软件的程序计算眼睛闭合的持续时间是否超过0.4秒；
24.s07、如果人眼睛闭合超过0.4秒，控制软件程序输出开启信号，开启led灯驱动电源，闪光1秒；
25.s08、当led灯闪光次数超过了设定次数，程序停止；
26.s09、当led灯闪光次数未超过了设定次数，同时延时5秒钟，期间无论眼睛是否闭合，都不输出开启信号；
27.s10、延时5秒后，程序继续开始持续接收图像识别模块的识别结果。
28.本发明的有益效果是：本眼控开关装置由电源、驱动电路、摄像头、补光光源、图像采集模块、图像识别模块、程序控制软件、信号输出模块等几部分组成，利用图像识别技术，近距离用摄像头实时识别人眼的睁开与闭合状态，并可根据其持续时间、间隔及次数，通过设定的程序输出控制信号，用于开启或停止电器或电子器件驱动电源，具有以下优点；
29.1、通过摄像头拍摄连续图像实时识别人眼的睁开图像与闭眼图像，输出控制信号给外部电器或电子器件眼控开关，达到控制开关的目的，充分利用了图像采集与识别的高速度和即时性，极为灵敏的反映时间；
30.2、采用了近距离侧面监测人眼的方式，不影响视线，同时采用低功率发散的红外vcsel激光光源从侧面照亮人的眼部，既不会伤到人眼，也不会被人眼感觉到；
31.3、本装置使用时安装在眼镜框或面罩上，距离人眼几厘米处的侧面、上面或下面，即可保证能清晰完整监测人眼的开闭状态，又不会遮挡视线。
32.以上眼控开关装置及工作方法，这种简易方便、体积小、成本低的眼控开关在很多领域具有广泛的用途。
附图说明
33.图1为本发明的眼控开关装置的工作方法原理步骤图；
34.图2为本发明的眼控开关装置的结构示意图；
35.图3为本发明的眼控开关装置安装示意图；
36.图4为本发明实施例的从摄像头视角拍摄的人睁眼图像与闭眼图像的示意图。
37.附图标记
38.1、摄像头；2、补光光源；3、信号；4、外壳；5、电源线；6、电池；7、眼控开关；8、眼镜框或面罩；9、头部；a、闭眼图像；b、睁眼图像。
具体实施方式
39.为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
40.如图1至图4所示，本发明的具体实施例，提供一种眼控开关装置及工作方法，眼控开关装置包括驱动电路、摄像头1、补光光源2、图像采集模块、图像识别模块、信号输出模块程序、控制软件和电源；摄像头1与补光光源2位于眼控开关装置的外壳4的前方；
41.驱动电路连接驱动摄像头1、图像采集模块和图像识别模块，同时也维持软件的运行和信号3输出；
42.图像采集模块用于摄像头1拍摄的视频图像的实时采集；
43.图像识别模块识别采集的人眼图像上的眼睛睁开和闭合状态，并将开启信号3或关闭信号3实时输出到控制软件；
44.控制软件根据眼睛睁开或闭合的状态、开启信号3或关闭信号3时长、间隔和次数，输出程序控制信号3，用于控制眼控开关7。
45.进一步地，眼控装置固定安装于眼镜框或面罩8上，位于人眼侧面，距离人眼1～10cm。
46.进一步地，摄像头1的镜头的前方设有940nm窄带滤光片。
47.进一步地，补光光源2为红外波段激光vcsel光源，用眼部照明。
48.进一步地，红外波段激光vcsel光源采用波长为940nm，光功率为5mw。
49.进一步地，摄像头1为黑白图像，像素数为480x640，拍摄速率为30帧/秒的高速摄像头1。
50.进一步地，电源为电池6，或者连接外部稳压电源供电，电池6上还设有开关装置。
51.进一步地，信号3的输出通过导线、蓝牙或wifi连接。
52.进一步地，一种眼控开关装置的工作方法包括以下步骤：
53.s01、开启眼控开关装置的电源；
54.s02、初次使用时，采集闭眼图像a，并存入图像识别模块中；
55.s03、程序开始工作时，摄像头1实时传输图像给图像采集模块；
56.s04、然后，图像识别模块将实时图像与预存的人的闭眼图像a对比；
57.s05、当图像识别模块识别到人闭眼图像a时，发出眼睛关闭信号3；
58.s06、图像识别模块输出眼睛关闭信号3到控制软件，控制软件的程序计算眼睛闭合的持续时间是否超过0.4秒；
59.s07、如果人眼睛闭合超过0.4秒，控制软件程序输出开启信号3，开启led灯驱动电源，闪光1秒；
60.s08、当led灯闪光次数超过了设定次数100次，程序停止；
61.s09、当led灯闪光次数未超过了设定次数，同时延时5秒钟，期间无论眼睛是否闭合，都不输出开启信号3；
62.s10、延时5秒后，程序继续开始持续接收图像识别模块的识别结果。
63.如图1所示，工作流程图就详细叙述整个装置的工作过程，在本实例中，人眼闭合时启动开关，输出电源开启信号3使外部的一组led灯的驱动电源脉冲驱动led灯工作1秒钟时间。为了避免人眼正常眨眼时也驱动led灯，在装置的程序上给与了识别。根据医学和实验测量，人眨眼的时间约为0.3～0.4秒，其中完全闭合的时间为0.15～0.2秒，为此，此实例中在程序上设定了人眼闭合时间超过0.4秒才会输出开启信号3，这就避免了正常眨眼时间过短，在睁开时会被led灯的强光刺到，也就是说在使用时人为有意识加长闭眼的时间，等到led灯闪光过后再睁开。程序上设定了每次开启后要等5秒之后才能再通过闭眼驱动眼控开关7，以避免led灯不停的闪光，使用者无法睁眼。同时程序记录闪光次数，当闪光达到设定的次数时，程序停止工作。
64.在本实例中，眼控开关装置还带有语音提示，告知初次使用者拍摄闭眼的图像以及闪光开始前和结束后的语音提醒。
65.如图2所示，是本实施例整个眼控开关装置的结构示意图，其结构组成为：
66.1、整个装置的主要部分在一个外壳4内，外壳4为塑料或金属材料，电池6从外部给整个装置供电；
67.2、外壳4内包括驱动电路、图像采集模块、图像识别模块、程序控制软件和信号输出模块；
68.3、外壳4前表面的两个开孔内分别装有摄像头1和红外波段激光vcsel光源，其中摄像头1用于实时连续拍摄人眼图像，红外波段激光vcsel光源用于给眼部的照明；
69.4、红外波段激光vcsel光源采用940nm波长，光功率为5mw，因为是在侧面照射眼部，功率极低，而且vcsel光源是发散的，光斑为圆形或方形，覆盖整个眼部，不是一道直射光束，不会对眼睛的视网膜造成损害，人眼也感觉不到；
70.5、摄像头1为黑白图像，像素数为480x640，拍摄速率为30帧/秒，也可根据需要采用240帧/秒的高速摄像头1；
71.6、在摄像头1镜头的前面有940nm窄带滤光片，用于通过vcsel光线在眼部的反射光，同时过滤掉了外部其它波长光线的干扰，无论白天或夜晚有无照明，都可以稳定清晰地拍摄眼部图像；
72.7、图像采集模块采集实时眼睛图像，图像识别模块识别人眼是睁开还是闭合状态，并将状态参数输给控制程序模块；
73.8、程序控制模块按照预设的程序，将开或关的信号3通过输出导线连接外部电器或电子器件，以控制它们的开关；
74.9、外部电池6通过电源线5给整个装置供电。
75.如图3所示，为眼控开关装置在眼镜框或面罩8上的安装示意图，眼控开关7安装在人头部9的人眼侧面的眼镜框上或面罩的壳体上，电池6安装在人脸的另一侧眼镜框上或面
罩壳体上或其它位置，通过眼镜架或面罩上预铺设的导线给整个装置供电，电池6上设有开关装置。
76.如图4所示，为从摄像头1视角拍摄到的人眼睁眼图像b与闭眼图像a的示意图，由于近距离拍摄，人眼占据了图像的主要部分，所以可以清晰分辨出眼睛开闭状态。
77.进一步地，本发明的另一实施例具体如下：
78.1)睁眼时输出开启信号3，闭眼时输出关闭信号3；
79.2)在长时间睁眼或闭眼时连续输出开启关闭信号3，使得眼控开关7有规律的脉冲式工作；
80.3)监测使用者连续快速眨眼次数，比如连续快速眨眼三次，输出开启信号3或关闭信号3，这样可以方便使用者呼叫医护人员或开关仪器或电视等；
81.4)电池6可以采用充电电池6，并附有充电电路、充电插孔和低电量显示；
82.5)红外波段激光vcsel光源也可以选择其它波长，比如850nm、1040nm或1440nm等，摄像头1上的窄带通滤光片也要相应采用相同的波长以匹配；
83.6)摄像头1可以采用彩色的，尽可能采用微型的和高灵敏的，以减小整个装置的体积，降低所需的vcsel激光光源的功率；
84.7)信号3输出方式通过导线，可以通过蓝牙、wifi等各种方式传递给外部电器和电子器件。
85.本发明的有益效果是：本眼控开关装置由电源、驱动电路、摄像头1、补光光源2、图像采集模块、图像识别模块、程序控制软件、信号输出模块等几部分组成，利用图像识别技术，近距离用摄像头1实时识别人眼的睁开与闭合状态，并可根据其持续时间、间隔及次数，通过设定的程序输出控制信号3，用于开启或停止电器或电子器件驱动电源，具有以下优点；
86.1、通过摄像头1拍摄连续图像实时识别人眼的睁开与闭合，输出控制信号给外部电器或电子器件，达到控制开关的目的，充分利用了图像采集与识别的高速度和即时性，极为灵敏的反映时间；
87.2、采用了近距离侧面监测人眼的方式，不影响视线，同时采用低功率发散的红外vcsel激光光源从侧面照亮人的眼部，既不会伤到人眼，也不会被人眼感觉到；
88.3、本装置使用时安放在距离人眼几厘米处的侧面、上面或下面，即可保证能清晰完整监测人眼的开闭状态，又不会遮挡视线。
89.以上眼控开关装置及工作方法，简易方便、体积小、成本低的眼控开关7在很多领域具有广泛的用途。
90.以上所述仅为本专利优选实施方式，并非限制本专利范围，凡是利用说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均属于本专利保护范围。

技术特征：
1.一种眼控开关装置，其特征在于，所述眼控开关装置包括驱动电路、摄像头、补光光源、图像采集模块、图像识别模块、信号输出模块程序、控制软件和电源；所述摄像头与补光光源位于所述眼控开关装置的外壳的前方；所述驱动电路连接驱动所述摄像头、图像采集模块和图像识别模块，同时也维持软件的运行和信号输出；所述图像采集模块用于摄像头拍摄的视频图像的实时采集；所述图像识别模块识别采集的人眼图像上的眼睛睁开和闭合状态，并将开启信号或关闭信号实时输出到控制软件；所述控制软件根据眼睛睁开或闭合的状态、所述开启信号或所述关闭信号时长、间隔和次数，输出程序控制信号，用于控制所述眼控开关。2.如权利要求1所述的眼控开关装置，其特征在于，所述眼控装置固定安装于眼镜框或面罩上，位于人眼侧面，距离人眼1～10cm。3.如权利要求1所述的眼控开关装置及工作方法，其特征在于，所述摄像头的镜头的前方设有窄带滤光片，其带通波长与vcsel激光波长相同。4.如权利要求1所述的眼控开关装置，其特征在于，所述补光光源为红外波段激光vcsel光源，用眼部照明。5.如权利要求4所述的眼控开关装置，其特征在于，所述红外波段激光vcsel光源采用波长从800～2000nm，光功率为0.1～50mw。6.如权利要求1所述的眼控开关装置，其特征在于，所述摄像头为黑白图像，像素数为480x640，拍摄速率为25～240帧/秒的摄像头。7.如权利要求1所述的眼控开关装置，其特征在于，所述电源为电池，或者连接外部稳压电源，所述电池上还设有开关装置。8.如权利要求1所述的眼控开关装置，其特征在于，所述信号的输出通过导线、蓝牙或wifi连接。9.一种眼控开关装置的工作方法，其特征在于，所述一种眼控开关装置的工作方法包括以下步骤：s01、开启眼控开关装置的电源；s02、初次使用时，采集睁眼和闭眼图像，并存入所述图像识别模块中；s03、程序开始工作时，摄像头实时传输图像给图像采集模块；s04、然后，图像识别模块将实时图像与预存的人的闭眼图像对比；s05、当图像识别模块识别到人闭眼图像时，发出眼睛关闭信号；s06、图像识别模块输出眼睛关闭信号到控制软件，控制软件的程序计算眼睛闭合的持续时间是否超过0.4秒；s07、如果人眼睛闭合超过0.4秒，控制软件程序输出开启信号，开启led灯驱动电源，闪光1秒；s08、当led灯闪光次数超过了设定次数，程序停止；s09、当led灯闪光次数未超过了设定次数，同时延时5秒钟，期间无论眼睛是否闭合，都不输出开启信号；s10、延时5秒后，程序继续开始持续接收图像识别模块的识别结果。

技术总结
本发明提供一种眼控开关装置及工作方法，眼控开关装置包括驱动电路、摄像头、补光光源、图像采集模块、图像识别模块、信号输出模块程序、控制软件和电源；摄像头与补光光源位于眼控开关装置的外壳的前方；利用图像识别技术，近距离用摄像头实时识别人眼的睁开与闭合状态，并可根据其持续时间、间隔及次数，通过设定的程序输出控制信号，用于开启或停止电器或电子器件驱动电源。子器件驱动电源。子器件驱动电源。


技术研发人员：董翊
受保护的技术使用者：深圳市芯石器智能科技有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/8/5