CN104539996B - 基于观众状态检测的电视遥控设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于观众状态检测的电视遥控设备，所述电视遥控设备挂在观众和电视之间的房顶上，包括红外遥控开关、图像采集器、图像处理器和AT89C51单片机，所述红外遥控开关用于控制电视的打开和关闭，所述图像采集器用于采集观众面部图像，所述图像处理器与所述图像采集器连接，对所述观众面部图像进行图像处理，所述单片机与所述红外遥控开关和所述图像处理器分别连接，基于所述图像处理结果控制所述红外遥控开关。通过本发明，能够在判断电视机处于运行状态时，根据观众是否进行睡眠状态确定是否自动关闭电视机，从而在节约能源的同时给予观众一个安静的睡眠环境。

Description

基于观众状态检测的电视遥控设备

技术领域

本发明涉及电子监控领域，尤其涉及一种基于观众状态检测的电视遥控设备。

背景技术

在观众观看电视机的过程中，如果观众因为过于疲劳或者电视节目过于乏味，都可能较快地进入睡眠状态，而这时电视机并不能够自动关闭，电视机仍保持原来的较大音量和预先设定的亮度运行，因而，观众此时的睡眠是不稳定的，容易被电视机的声音和亮度干扰，导致其睡眠无法维持，同时，电视机的播放也是无效播放，对能源是一种浪费。

现有技术中，为了解决观众睡着但电视机仍正常运行导致电视机浪费电力以及观众睡眠被持续打扰的技术问题，在电视机内部设置定时关机功能，当观众预料自己在未来的某一时间后会进入睡眠状态时，观众可以将电视机设置成定时关机状态，设定的时间可以在几个预设固定值之间选择，这样，当电视机在运行观众所选的预设时间之后，电视机会自行关机，给观众一个安静的睡眠环境。

然而，定时关机的这一解决手段存在以下弊端：(1)电视机在设置定时关机后，不管观众是否真的进入睡眠状态，都会强行关机，这样给虽然到了关机时间但未睡着的观众带来重新开机的麻烦；(2)定时关机只能设置几个有限的预设时间，其关机控制功能实时性太差。

因此，需要一种新的电视遥控设备，能够实时检测观众状态，基于观众状态检测结果和电视当前开关状态确定是否立即自动关机，其实时性较强，控制逻辑更为合理。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于观众状态检测的电视遥控设备，通过电视机周围环境的音量和电视机画面存在的检测，判断电视机的当前运行状态，通过有针对性的高效图像检测技术确定观众是否进入睡眠状态，并根据电视机的运行状态和观众当前状态判断是否需要自动关机，从而在节约能源的同时保护观众的睡眠不受干扰。

根据本发明的一方面，提供了一种基于观众状态检测的电视遥控设备，所述电视遥控设备挂在观众和电视之间的房顶上，包括红外遥控开关、图像采集器、图像处理器和AT89C51单片机，所述红外遥控开关用于控制电视的打开和关闭，所述图像采集器用于采集观众面部图像，所述图像处理器与所述图像采集器连接，对所述观众面部图像进行图像处理，所述单片机与所述红外遥控开关和所述图像处理器分别连接，基于所述图像处理结果控制所述红外遥控开关。

更具体地，在所述基于观众状态检测的电视遥控设备中，还包括：音量检测器，包括电容式传声单元、前端放大单元、衰减单元、后端放大单元和频率计权网络，所述电容式传声单元将声音转换成电信号，所述电信号再由所述前端放大单元变换阻抗，使所述电容式传声单元与所述衰减单元匹配，所述后端放大单元将所述前端放大单元的输出信号加到所述频率计权网络，由所述频率计权网络对输出信号进行频率计权，所述频率计权网络的输出再经所述衰减单元及所述后端放大单元进行衰减和放大处理后，处理结果作为音量值输出；画面检测器，包括CMOS图像传感单元、微控制单元和输出单元，所述CMOS图像传感单元拍摄电视屏幕以获得电视图像，所述微控制单元根据所述电视图像的内容判定是否存在电视画面，所述输出单元将是否存在电视画面的判定结果输出；用户输入按键，用于根据用户的操作，输入眼睑上限灰度阈值、眼睑下限灰度阈值、眼睑闭合度阈值、闭合时间阈值、预设音量阈值和预设手机号码，所述眼睑上限灰度阈值和所述眼睑下限灰度阈值用于将图像中的眼睑和背景分离，所述眼睑闭合度阈值为一个百分比阈值，用于判定观众是否进入睡眠状态，所述预设手机号码为电视拥有者的手机号码；存储器，与所述用户输入按键连接，接收并存储所述眼睑上限灰度阈值、所述眼睑下限灰度阈值、所述眼睑闭合度阈值、所述闭合时间阈值、所述预设音量阈值和所述预设手机号码；所述图像采集器以1920×1080的分辨率采集所述观众面部图像；所述图像处理器与所述图像采集器和所述存储器分别连接，包括中值滤波单元、灰度化处理单元、眼睑分割单元和眼睑闭合度确定单元，所述中值滤波单元与所述图像采集器连接，基于3像素×3像素的滤波窗口对所述观众面部图像执行中值滤波，以输出滤波图像，所述灰度化处理单元与所述中值滤波单元连接，对所述滤波图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像，所述眼睑分割单元与所述灰度化处理单元和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述眼睑上限灰度阈值和所述眼睑下限灰度阈值之间的像素识别并组成眼睑子图案，所述眼睑闭合度确定单元与所述存储器、所述眼睑分割单元和所述计时器分别连接，检测眼睑子图案中的眼睑闭合度，并累计眼睑闭合度大于等于所述眼睑闭合度阈值的时间以作为闭合累计时间输出；所述单片机与所述红外遥控开关、所述音量检测器、所述画面检测器、所述存储器和所述眼睑闭合度确定单元分别连接，在所述音量检测器输出的音量值小于等于所述预设音量阈值且所述画面检测器判定不存在电视画面时，发出电视关闭信号，当所述音量检测器输出的音量值大于所述预设音量阈值或所述画面检测器判定存在电视画面时，发出电视运行信号，并进入观众状态检测模式；无线通信接口，与所述单片机和所述存储器分别连接，用于将电视关闭信号、电视运行信号或观众睡眠信号实时发送给预设手机号码的移动终端；其中，所述单片机在所述观众状态检测模式中，当接收到的闭合累计时间小于所述闭合时间阈值，输出观众清醒信号，当接收到的闭合累计时间大于等于所述闭合时间阈值，输出观众睡眠信号，并控制所述红外遥控开关关闭电视；所述中值滤波单元、所述灰度化处理单元、所述眼睑分割单元和所述眼睑闭合度确定单元分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述图像采集器、所述图像处理器、所述存储器和所述单片机被集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述基于观众状态检测的电视遥控设备中，还包括：电源，用于为所述电视遥控设备的各个电子设备提供必要的供电。

更具体地，在所述基于观众状态检测的电视遥控设备中，替换分别采用不同的FPGA芯片的实现形式，将所述中值滤波单元、所述灰度化处理单元、所述眼睑分割单元和所述眼睑闭合度确定单元集成在一块FPGA芯片中。

更具体地，在所述基于观众状态检测的电视遥控设备中，所述无线通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口或4G移动通信接口中的一种。

更具体地，在所述基于观众状态检测的电视遥控设备中，所述画面检测器的输出单元为RS-232串行通讯接口。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于观众状态检测的电视遥控设备的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于观众状态检测的电视遥控设备的实施方案进行详细说明。

电视机是由费罗·法恩斯沃斯、维拉蒂米尔·斯福罗金和贝尔德三人各自独立发明的，但是三人发明的电视是有区别的。

贝尔德(他全名是约翰·洛吉·贝尔德)的电视是机械扫描电视，费罗·法恩斯沃斯和维拉蒂米尔·斯福罗金的电视是电子电视。人们通常把1925年10月2日苏格兰人约翰·洛吉·贝尔德(John Logie Baird)在伦敦的一次实验中“扫描”出木偶的图像看作是电视诞生的标志，他被称做“电视之父”。但是，这种看法是有争议的；因为，也是在那一年，俄罗斯人维拉蒂米尔·斯福罗金(Vladimir Zworykin)(他在西屋公司(Westinghouse)向他的老板展示了他的电视***)和1927年费罗·法恩斯沃斯两人也分别发明了电视。尽管时间相同，但约翰·洛吉·贝尔德(JohnLogie Baird)与维拉蒂米尔·斯福罗金(Vladimir Zworykin)和费罗·法恩斯沃斯的电视***是有很大差别的。史上将约翰·洛吉·贝尔德(JohnLogie Baird)的电视***称做机械式电视，而维拉蒂米尔·斯福罗金和费罗·法恩斯沃斯的电视***则被称为电子式电视。这种差别主要是因为传输和接收原理的不同。

到1928年，美国的RCA电视台率先播出第一套电视片《FelixTheCat》，从此，电视机开始改变了人类的生活、信息传播和思维方式。人类开始步入了电视时代。从黑白到彩色、从模拟到数字、从球面到平面。

随着电视节目的日趋丰富、电视播放时段的24小时覆盖以及电视画面的日趋清晰，电视吸引了更多人花更多的时间进行收看，然而长期观看电视还是会给人们带来一定的危害：身体上，长期保持一个观看姿势，对脊椎和颈椎带来一定影响，更直观的是，长期观看电视对眼睛的损伤极大；心理上，长期观看电视会给人们带来一些心理问题。

而且，由于电视节目过于冗长或者观众过于疲劳，观众可能在观看电视过程中不由自主进入睡眠状态，这时继续保持电视的运行不仅浪费电力能源，而且影响观众的睡眠质量，现有技术中的定时关机技术虽然在一定程度上解决了这个问题，但是实时性不高、控制逻辑不够合理，仍会给观众带来一定的困扰。

本发明搭建了一种基于观众状态检测的电视遥控设备，能够替代定时关机的方式，基于观众是否进入睡眠状态以及电视是否运行的检测结果，确定是否执行自动关机，从而提高关机控制的实时性和合理性，减少能源开支，避免观众睡眠被持续打扰。

图1为根据本发明实施方案示出的基于观众状态检测的电视遥控设备的结构方框图，所述电视遥控设备挂在观众和电视之间的房顶上，所述电视遥控设备包括：红外遥控开关1、图像采集器2、图像处理器3、AT89C51单片机4、音量检测器5、画面检测器6和电源7，所述AT89C51单片机4与所述红外遥控开关1、所述图像采集器2、所述图像处理器3、所述音量检测器5、所述画面检测器6和所述电源7分别连接。

其中，所述红外遥控开关1用于控制电视的打开和关闭，所述图像采集器2用于采集观众面部图像，所述图像处理器3用于对所述观众面部图像进行图像处理，所述AT89C51单片机4基于所述图像处理结果控制所述红外遥控开关，所述电源7用于为所述电视遥控设备的各个电子设备提供必要的供电。

接着，继续对本发明的基于观众状态检测的电视遥控设备的具体结构进行进一步的说明。

所述音量检测器5包括电容式传声单元、前端放大单元、衰减单元、后端放大单元和频率计权网络，所述电容式传声单元将声音转换成电信号，所述电信号再由所述前端放大单元变换阻抗，使所述电容式传声单元与所述衰减单元匹配，所述后端放大单元将所述前端放大单元的输出信号加到所述频率计权网络，由所述频率计权网络对输出信号进行频率计权，所述频率计权网络的输出再经所述衰减单元及所述后端放大单元进行衰减和放大处理后，处理结果作为音量值输出。

所述画面检测器6包括CMOS图像传感单元、微控制单元和输出单元，所述CMOS图像传感单元拍摄电视屏幕以获得电视图像，所述微控制单元根据所述电视图像的内容判定是否存在电视画面，所述输出单元将是否存在电视画面的判定结果输出。

所述电视遥控设备还包括：用户输入按键，用于根据用户的操作，输入眼睑上限灰度阈值、眼睑下限灰度阈值、眼睑闭合度阈值、闭合时间阈值、预设音量阈值和预设手机号码，所述眼睑上限灰度阈值和所述眼睑下限灰度阈值用于将图像中的眼睑和背景分离，所述眼睑闭合度阈值为一个百分比阈值，用于判定观众是否进入睡眠状态，所述预设手机号码为电视拥有者的手机号码。

所述电视遥控设备还包括：存储器，与所述用户输入按键连接，接收并存储所述眼睑上限灰度阈值、所述眼睑下限灰度阈值、所述眼睑闭合度阈值、所述闭合时间阈值、所述预设音量阈值和所述预设手机号码。

所述图像采集器2以1920×1080的分辨率采集所述观众面部图像。所述图像处理器3与所述图像采集器2和所述存储器分别连接，所述图像处理器3包括中值滤波单元、灰度化处理单元、眼睑分割单元和眼睑闭合度确定单元，所述中值滤波单元与所述图像采集器2连接，基于3像素×3像素的滤波窗口对所述观众面部图像执行中值滤波，以输出滤波图像，所述灰度化处理单元与所述中值滤波单元连接，对所述滤波图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像。

所述眼睑分割单元与所述灰度化处理单元和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述眼睑上限灰度阈值和所述眼睑下限灰度阈值之间的像素识别并组成眼睑子图案，所述眼睑闭合度确定单元与所述存储器、所述眼睑分割单元和所述计时器分别连接，检测眼睑子图案中的眼睑闭合度，并累计眼睑闭合度大于等于所述眼睑闭合度阈值的时间以作为闭合累计时间输出。

所述单片机4与所述红外遥控开关1、所述音量检测器5、所述画面检测器6、所述存储器和所述眼睑闭合度确定单元分别连接，在所述音量检测器5输出的音量值小于等于所述预设音量阈值且所述画面检测器6判定不存在电视画面时，发出电视关闭信号，当所述音量检测器5输出的音量值大于所述预设音量阈值或所述画面检测器6判定存在电视画面时，发出电视运行信号，并进入观众状态检测模式。

所述电视遥控设备还包括：无线通信接口，与所述单片机4和所述存储器分别连接，用于将电视关闭信号、电视运行信号或观众睡眠信号实时发送给预设手机号码的移动终端。

其中，所述单片机4在所述观众状态检测模式中，当接收到的闭合累计时间小于所述闭合时间阈值，输出观众清醒信号，当接收到的闭合累计时间大于等于所述闭合时间阈值，输出观众睡眠信号，并控制所述红外遥控开关1关闭电视；所述中值滤波单元、所述灰度化处理单元、所述眼睑分割单元和所述眼睑闭合度确定单元分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述图像采集器2、所述图像处理器3、所述存储器和所述单片机4被集成在一块集成电路板上。

其中，在所述电视遥控设备中，替换分别采用不同的FPGA芯片的实现形式，可以将所述中值滤波单元、所述灰度化处理单元、所述眼睑分割单元和所述眼睑闭合度确定单元集成在一块FPGA芯片中，所述无线通信接口可选为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口或4G移动通信接口中的一种，所述画面检测器的输出单元可选为RS-232串行通讯接口。

另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，他解决了定制电路的不足，也克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的***结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。CPLD和FPGA另外一个区别是大多数的FPGA含有高层次的内置模块(比如加法器和乘法器)和内置的记忆体。因此一个有关的重要区别是很多新的FPGA支持完全的或者部分的***内重新配置。允许他们的设计随着***升级或者动态重新配置而改变。一些FPGA可以让设备的一部分重新编辑而其他部分继续正常运行。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。

现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。

采用本发明的基于观众状态检测的电视遥控设备，针对现有电视控制方式实时性不高、控制逻辑不合理的技术问题，采用音量检测技术和电视画面检测技术判断电视是否运行，采用有针对性的图像检测技术确定观众是否进入睡眠状态，并利用红外线控制技术自动关闭电视，整个控制过程实时性高、控制及时合理，一方面，能够降低能耗，另一方面，能够保障观众尽快进入无干扰的睡眠环境。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种基于观众状态检测的电视遥控设备，所述电视遥控设备挂在观众和电视之间的房顶上，其特征在于，所述电视遥控设备包括红外遥控开关、图像采集器、图像处理器和AT89C51单片机，所述红外遥控开关用于控制电视的打开和关闭，所述图像采集器用于采集观众面部图像，所述图像处理器与所述图像采集器连接，对所述观众面部图像进行图像处理，所述单片机与所述红外遥控开关和所述图像处理器分别连接，基于所述图像处理结果控制所述红外遥控开关；

其特征在于，所述电视遥控设备还包括：

音量检测器，包括电容式传声单元、前端放大单元、衰减单元、后端放大单元和频率计权网络，所述电容式传声单元将声音转换成电信号，所述电信号再由所述前端放大单元变换阻抗，使所述电容式传声单元与所述衰减单元匹配，所述后端放大单元将所述前端放大单元的输出信号加到所述频率计权网络，由所述频率计权网络对输出信号进行频率计权，所述频率计权网络的输出再经所述衰减单元及所述后端放大单元进行衰减和放大处理后，处理结果作为音量值输出；

画面检测器，包括CMOS图像传感单元、微控制单元和输出单元，所述CMOS图像传感单元拍摄电视屏幕以获得电视图像，所述微控制单元根据所述电视图像的内容判定是否存在电视画面，所述输出单元将是否存在电视画面的判定结果输出；

用户输入按键，用于根据用户的操作，输入眼睑上限灰度阈值、眼睑下限灰度阈值、眼睑闭合度阈值、闭合时间阈值、预设音量阈值和预设手机号码，所述眼睑上限灰度阈值和所述眼睑下限灰度阈值用于将图像中的眼睑和背景分离，所述眼睑闭合度阈值为一个百分比阈值，用于判定观众是否进入睡眠状态，所述预设手机号码为电视拥有者的手机号码；

存储器，与所述用户输入按键连接，接收并存储所述眼睑上限灰度阈值、所述眼睑下限灰度阈值、所述眼睑闭合度阈值、所述闭合时间阈值、所述预设音量阈值和所述预设手机号码；

所述图像采集器以1920×1080的分辨率采集所述观众面部图像；

所述图像处理器与所述图像采集器和所述存储器分别连接，包括中值滤波单元、灰度化处理单元、眼睑分割单元和眼睑闭合度确定单元，所述中值滤波单元与所述图像采集器连接，基于3像素×3像素的滤波窗口对所述观众面部图像执行中值滤波，以输出滤波图像，所述灰度化处理单元与所述中值滤波单元连接，对所述滤波图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像，所述眼睑分割单元与所述灰度化处理单元和所述存储器分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述眼睑上限灰度阈值和所述眼睑下限灰度阈值之间的像素识别并组成眼睑子图案，所述眼睑闭合度确定单元与所述存储器、所述眼睑分割单元和所述计时器分别连接，检测眼睑子图案中的眼睑闭合度，并累计眼睑闭合度大于等于所述眼睑闭合度阈值的时间以作为闭合累计时间输出；

所述单片机与所述红外遥控开关、所述音量检测器、所述画面检测器、所述存储器和所述眼睑闭合度确定单元分别连接，在所述音量检测器输出的音量值小于等于所述预设音量阈值且所述画面检测器判定不存在电视画面时，发出电视关闭信号，当所述音量检测器输出的音量值大于所述预设音量阈值或所述画面检测器判定存在电视画面时，发出电视运行信号，并进入观众状态检测模式；

无线通信接口，与所述单片机和所述存储器分别连接，用于将电视关闭信号、电视运行信号或观众睡眠信号实时发送给预设手机号码的移动终端；

其中，所述单片机在所述观众状态检测模式中，当接收到的闭合累计时间小于所述闭合时间阈值，输出观众清醒信号，当接收到的闭合累计时间大于等于所述闭合时间阈值，输出观众睡眠信号，并控制所述红外遥控开关关闭电视；

其中，所述中值滤波单元、所述灰度化处理单元、所述眼睑分割单元和所述眼睑闭合度确定单元分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述图像采集器、所述图像处理器、所述存储器和所述单片机被集成在一块集成电路板上；

电源，用于为所述电视遥控设备的各个电子设备提供必要的供电。