CN112883913A - 一种儿童刷牙训练教导***和方法及电动牙刷 - Google Patents

一种儿童刷牙训练教导***和方法及电动牙刷 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种儿童刷牙训练教导***和方法及电动牙刷，该***包括电动牙刷，用于供给儿童握持刷牙，同时内置的多轴传感器向服务器实时传送感应信号；视频播放设备，用于播放引导儿童正确刷牙动作的动画和显示错误刷牙提示；图像采集单元，用于实时采集儿童刷牙图像，并将图像传送至处理单元；存储单元，用于存储正确刷牙动作的动画和用来判断正确刷牙动作标准的正确刷牙动作图像；处理单元，用于将接收到的刷牙动作图像与正确刷牙动作图像进行比对，同时根据比对结果和接收到的多轴传感器的感应信号，判断刷牙动作是否正确，并向视频播放设备发送错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画，有效提高儿童的刷牙兴趣和正确刷牙学习效率。

Description

一种儿童刷牙训练教导***和方法及电动牙刷
技术领域
本发明属于刷牙教导技术领域，具体涉及一种儿童刷牙训练教导***和方法及电动牙刷。
背景技术
随着生活水平的提高，人们越来越重视口腔健康，特别是牙齿健康，为此大家都会养成早晚刷牙的良好习惯。但是，申请人发现：目前要让儿童主动刷牙是一件非常困难的事情，要让儿童撑握正确的刷牙动作更是一件难上加难的事情，更何况很多家长根本不知道正确的刷牙动作，然而目前市面上也没有一种能够让儿童主动刷牙训练、有效教导儿童正确刷牙学的设备和方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种通过动画的形式引导、教导儿童进行刷牙训练，有效提高儿童的刷牙兴趣和正确刷牙学习效率，且判断儿童刷牙动作正确率高的儿童刷牙训练教导***，以及该儿童刷牙训练教导***的教导方法和用于该儿童刷牙训练教导***的电动牙刷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种儿童刷牙训练教导***，包括有：
电动牙刷，用于供给儿童握持刷牙，同时内置的多轴传感器向服务器实时传送感应信号；
视频播放设备，用于播放引导儿童正确刷牙动作的动画和显示错误刷牙提示；
图像采集单元，用于实时采集儿童刷牙图像，并将图像传送至处理单元；
存储单元，用于存储正确刷牙动作的动画和用来判断正确刷牙动作标准的正确刷牙动作图像；
处理单元，用于将接收到的刷牙动作图像与正确刷牙动作图像进行比对，同时根据比对结果和接收到的多轴传感器的感应信号，判断儿童的刷牙动作是否正确，并在判断为不正确时向视频播放设备发送错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画。
进一步地，所述视频播放设备是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器，所述图像采集单元是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器设有的摄像头，所述摄像头设置在智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的前侧表面，与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的显示屏位于同一侧；该***还包括服务器，所述存储单元和处理单元是所述服务器的存储器和处理器，所述电动牙刷与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器通过互联网与服务器通信连接。
进一步地，所述电动牙刷具有蓝牙模块或无线WiFi模块，相应地，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器具有匹配的蓝牙模块或无线WiFi模块，所述电动牙刷通过所述蓝牙模块或无线WiFi模块与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接。
进一步地，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器具有通讯模块或另一无线WiFi模块，并通过通讯模块或另一无线WiFi模块经互联网与服务器通信连接。
进一步地，所述视频播放设备是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器，所述图像采集单元是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器设有的摄像头，所述摄像头设置在智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的前侧表面，与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的显示屏位于同一侧；所述存储单元和处理单元是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的存储器和处理器，所述电动牙刷与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接。
进一步地，所述电动牙刷具有蓝牙模块或无线WiFi模块，相应地，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器具有匹配的蓝牙模块或无线WiFi模块，所述电动牙刷通过所述蓝牙模块或无线WiFi模块与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接。
进一步地，所述多轴传感器是三轴以上的传感器，优选为六轴以上的传感器。
本发明还提供了一种儿童刷牙训练教导方法，通过播放正确刷牙动作的动画来引导、教育儿童正确刷牙，同时以实时采集的儿童刷牙动作图像为主，和以实时接收电动牙刷内的多轴传感器传送过来的信号为辅，来判断儿童刷牙动作的正确性，并在判断为不正确时发出错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画，达到儿童刷牙的训练和教导目的。
进一步地，该儿童刷牙训练教导方法具体包括以下步骤：
a1.播放正确刷牙动作的动画；
a2.获取儿童的实时刷牙动作图像，和获取电动牙刷的多轴传感器输出的实时信号；
a3.以获取实时刷牙动作图像与标准的正确刷牙动作图像进行比对结果为主，以多轴传感器输出的实时信号为辅，判断儿童的实时刷牙动作是否正确；
a4.若不正确，发送错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画；
a5.若正确，继续循环执行步骤a2-a5，直至刷牙结束。
进一步地，所述“实时刷牙动作图像与标准的正确刷牙动作图像进行比对”具体为：首先对获取实时刷牙动作图像进行动作区块分割，分割算法是利用抽像函数对去噪结果进行块状分解并提取细节系数,然后对细节系数计算包络线,并根据包络线计算每个动作的发生区间，接着分别对每个获取实时刷牙动作图像的动作块状提取特征并利用模型分类,识别每个动作；最后与特征库因子进行实时对比，作出相应判断。
进一步地，所述“以多轴传感器输出的实时信号为辅，判断儿童的实时刷牙动作是否正确”，是指将多轴传感器实时输出的位移信息与刷牙运动位置模型库因子进行校对判断。
进一步地，该儿童刷牙训练教导方法还包括：在播放正确刷牙动作的动画之前，进行环境识别，具体为：检测实时刷牙动作图像的图像采集单元是否连接，光线是否达到要求，是否采集到儿童脸部图像，是否手持电动牙刷。
一种电动牙刷，包括有手柄部，所述手柄部的内部具有多轴传感器和无线通讯模块，所述多轴传感器和无线通讯模块均与手柄部的内部具有的电源电连接，所述多轴传感器的信号输出端与无线通讯模块连接，所述多轴传感器经所述无线通讯模块将感应信号实时传送给服务器；具体可以为：所述多轴传感器经所述无线通讯模块(如：通讯模块或无线WiFi模块)直接将感应信号实时传送给服务器，或者所述多轴传感器经所述无线通讯模块(蓝牙模块或无线WiFi模块)连接将感应信号实时传送给视频播放设备后，再由视频播放设备传送给服务器。
本发明主要具有以下有益效果：
本发明通过采用上述技术方案，即可通过动画的形式引导、教导儿童进行刷牙训练，有效提高儿童的刷牙兴趣和正确刷牙学习效率，而且通过以实时采集的儿童刷牙动作图像为主和以实时接收电动牙刷内的多轴传感器传送过来的信号为辅，大大提高儿童刷牙动作正确性的判断正确率，达到训练和教导儿童正确刷牙的目的。
附图说明
图1是本发明所述的一种儿童刷牙训练教导***的结构原理示意图；
图2是本发明所述的一种儿童刷牙训练教导方法的流程示意图；
图3是本发明所述的一种儿童刷牙训练教导***实施例的结构示意图；
图4是本发明所述的一种儿童刷牙训练教导***实施例的教导方法的工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1中所示，本发明所述的一种儿童刷牙训练教导***，包括有电动牙刷1、视频播放设备2、图像采集单元3、存储单元4和处理单元5。其中，所述电动牙刷1用于供给儿童握持刷牙，同时内置的多轴传感器向服务器实时传送感应信号；所述视频播放设备2用于播放引导儿童正确刷牙动作的动画和显示错误刷牙提示；所述图像采集单元3用于实时采集儿童刷牙图像，并将图像传送至处理单元5；所述存储单元4用于存储正确刷牙动作的动画和用来判断正确刷牙动作标准的正确刷牙动作图像(即美国牙科协会发布的：巴氏(BASS)刷牙法最为标准刷牙动作的图像)；所述处理单元5用于将接收到的刷牙动作图像与正确刷牙动作图像进行比对，同时根据比对结果和接收到的多轴传感器的感应信号，判断儿童的刷牙动作是否正确，并在判断为不正确时向视频播放设备2发送错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画；所述多轴传感器是三轴以上的传感器，优选为六轴以上的传感器。
本发明还提供了一种儿童刷牙训练教导方法，通过播放正确刷牙动作的动画来引导、教育儿童正确刷牙，同时以实时采集的儿童刷牙动作图像为主，和以实时接收电动牙刷内的多轴传感器传送过来的信号为辅，来判断儿童刷牙动作的正确性，并在判断为不正确时发出错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画，达到儿童刷牙的训练和教导目的。
如图2所示，所述儿童刷牙训练教导方法具体包括以下步骤：
步骤S100.播放正确刷牙动作的动画。
步骤S200.获取儿童的实时刷牙动作图像，和获取电动牙刷的多轴传感器输出的实时信号。
步骤S300.以获取实时刷牙动作图像与标准的正确刷牙动作图像进行比对结果为主，以多轴传感器输出的实时信号为辅，判断儿童的实时刷牙动作是否正确；
图像比对的过程其关键，分别是预处理采集到的动作块状分割、特征提取和选择、动作跟踪以及动作识别算法，不管是动作检测，或者动作跟踪、识别、特征提取和选择是关键：动作本身具有丰富的形态变化，运动轨迹以及复杂的纹理特征，选取合理的特征对于动作的识别至关重要；当然动作特征有：轮廓、边缘、图像矩、图像特征向量以及区域直方图特征等等；其中，动作检测(动作分割)，主要受到复杂背景、场景环境、遮挡、场景光源的亮度变化、外部反射等影响。
正因为此原因，实时刷牙动作图像与标准的正确刷牙动作图像进行比对的具体为：首先对获取实时刷牙动作图像进行动作区块分割，分割算法是利用抽像函数对去噪结果进行块状分解并提取细节系数,然后对细节系数计算包络线,并根据包络线计算每个动作的发生区间，接着分别对每个获取实时刷牙动作图像的动作块状提取特征并利用模型分类(该模型分类特指提取特征后的分类器，或者理解一种分类的方法论，如常见的SVM、决策树、Knn等分类器),识别每个动作；最后与特征库因子(该特征库因子是指标准刷牙动作的图像中包含的特征的关键元素)进行实时对比(即将实时采集到刷牙动作图像中的特征的关键元素与特征库因子进行对比)，作出相应判断。这种方法我们定义为TGHAR，是在业界基础的概率神经网络的控制图模式识别的一种行业应用。
所述以多轴传感器输出的实时信号为辅，判断儿童的实时刷牙动作是否正确，是指将多轴传感器实时输出的位移信息与刷牙运动位置模型库因子(该刷牙运动位置模型库因子是指运用先进的机器学习算法建立相对成熟度高的刷牙运动位置模型库)进行校对判断，具体为：首先运用先进的机器学习算法建立相对成熟度高的刷牙运动位置模型库；在实践的刷牙过程中，以近距离无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)或wifi实时输出过程多轴传感器的位移信息，最后运用此信息与刷牙运动位置模型库因子进行校对判断。
例如：电动牙刷的动力驱动***手柄部载以多轴传感器，通过网络通讯方式(蓝牙或wifi)实时，输出位移参数；在静止的状态下，传感器一定会在一个方向重力的作用，因此有一个轴的数据是1g(即9.8米/秒的二次)；在实际的应用中，我们并不使用跟9.8相关的计算方法，而是以1g作为标准加速度单位，或者使用1/1000g，即mg。当牙刷静止时，z轴正方向会检测出1g，X、Y轴为0.如果调转位置(换到另一边刷牙，作刷牙动作时)，那总会有一个轴会检测出1g，其他轴为0，在实际的测值中，可能并不是0，而是有细微数值；再通过大量机器学习算法，结合多轴传感器的输出数值匹配刷牙运动的规则，做出儿童的实时刷牙动作的判断。
步骤S400.若不正确，发送错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画；具体为：先暂停训练显示错误动画几秒后，自动返回错误动作位置重新训练，返回错误动作位置演示此处牙齿的正确刷牙动作动画时，优选重复演示多次(比如：重复演示2次，同一正确刷牙动作重复演示2次)。
步骤S500.若正确，继续循环执行步骤S200-S500，直至刷牙结束。
本发明所述的儿童刷牙训练教导***和方法通过动画的形式引导、教导儿童进行刷牙训练，有效提高儿童的刷牙兴趣和正确刷牙学习效率，而且通过以实时采集的儿童刷牙动作图像为主和以实时接收电动牙刷内的多轴传感器传送过来的信号为辅，大大提高儿童刷牙动作正确性的判断正确率，达到训练和教导儿童正确刷牙的目的。
本发明所述的儿童刷牙训练教导方法还包括：在播放正确刷牙动作的动画之前，进行环境识别，具体为：检测实时刷牙动作图像的图像采集单元是否连接，光线是否达到要求，是否采集到儿童脸部图像，是否手持电动牙刷。这样，即可确保儿童刷牙训练教导的正常运行。
如图3所示的实施例，本发明所述的一种儿童刷牙训练教导***中的视频播放设备2可以是智能手机，所述图像采集单元3可以是智能手机设有的摄像头，所述摄像头设置在智能手机的前侧表面，与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的显示屏位于同一侧；该***还包括服务器(阿里云的服务器)，所述存储单元4和处理单元5是所述服务器的存储器(动作特征库和mysql)和处理器，所述电动牙刷1与智能手机无线连接，所述智能手机通过互联网与服务器通信连接，具体为：所述电动牙刷1具有蓝牙模块或无线WiFi模块，相应地，所述智能手机具有匹配的蓝牙模块或无线WiFi模块，所述电动牙刷通过所述蓝牙模块或无线WiFi模块与智能手机无线连接，所述智能手机具有通讯模块或另一无线WiFi模块，并通过通讯模块或另一无线WiFi模块经互联网与服务器通信连接。
而且，所述存储单元和处理单元是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的存储器和处理器，所述电动牙刷与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接，具体为：所述电动牙刷具有蓝牙模块或无线WiFi模块，相应地，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器具有匹配的蓝牙模块或无线WiFi模块，所述电动牙刷通过所述蓝牙模块或无线WiFi模块与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接。
如图4所示的实施例，本发明所述的儿童刷牙训练教导***的训练教导方法，首先电动牙刷开机，将MAC和ID上传至阿里云的服务器进行识别和验证，然后进行环境识别验证后，开始刷牙训练(跟随播放的动画开始训练)，判断儿童刷牙动作是否正确，最后在刷牙结束后奖励动画、计算得分和排名、鼓励动画，进一步提高儿童刷牙训练的积极性。
当然，本发明所述的视频播放设备2也可以是平板电脑或便携式视频播放器，所述图像采集单元3可以是平板电脑或便携式视频播放器设有的摄像头，并设置在平板电脑或便携式视频播放器的前侧表面，与平板电脑或便携式视频播放器的显示屏位于同一侧；所述电动牙刷与平板电脑或便携式视频播放器无线连接，所述平板电脑或便携式视频播放器通过互联网与服务器通信连接。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种儿童刷牙训练教导***，其特征在于，包括有：
电动牙刷，用于供给儿童握持刷牙，同时内置的多轴传感器向服务器实时传送感应信号；
视频播放设备，用于播放引导儿童正确刷牙动作的动画和显示错误刷牙提示；
图像采集单元，用于实时采集儿童刷牙图像，并将图像传送至处理单元；
存储单元，用于存储正确刷牙动作的动画和用来判断正确刷牙动作标准的正确刷牙动作图像；
处理单元，用于将接收到的刷牙动作图像与正确刷牙动作图像进行比对，同时根据比对结果和接收到的多轴传感器的感应信号，判断儿童的刷牙动作是否正确，并在判断为不正确时向视频播放设备发送错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述视频播放设备是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器，所述图像采集单元是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器设有的摄像头，所述摄像头设置在智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的前侧表面，与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的显示屏位于同一侧；该***还包括服务器，所述存储单元和处理单元是所述服务器的存储器和处理器，所述电动牙刷与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器通过互联网与服务器通信连接。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述电动牙刷具有蓝牙模块或无线WiFi模块，相应地，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器具有匹配的蓝牙模块或无线WiFi模块，所述电动牙刷通过所述蓝牙模块或无线WiFi模块与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器具有通讯模块或另一无线WiFi模块，并通过通讯模块或另一无线WiFi模块经互联网与服务器通信连接。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述视频播放设备是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器，所述图像采集单元是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器设有的摄像头，所述摄像头设置在智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的前侧表面，与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的显示屏位于同一侧；所述存储单元和处理单元是智能手机或平板电脑或便携式视频播放器的存储器和处理器，所述电动牙刷与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述电动牙刷具有蓝牙模块或无线WiFi模块，相应地，所述智能手机或平板电脑或便携式视频播放器具有匹配的蓝牙模块或无线WiFi模块，所述电动牙刷通过所述蓝牙模块或无线WiFi模块与智能手机或平板电脑或便携式视频播放器无线连接。
7.根据权利要求1至6中任一所述的***，其特征在于，所述多轴传感器是三轴以上的传感器，优选为六轴以上的传感器。
8.一种儿童刷牙训练教导方法，其特征在于，通过播放正确刷牙动作的动画来引导、教育儿童正确刷牙，同时以实时采集的儿童刷牙动作图像为主，和以实时接收电动牙刷内的多轴传感器传送过来的信号为辅，来判断儿童刷牙动作的正确性，并在判断为不正确时发出错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画，达到儿童刷牙的训练和教导目的。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a1.播放正确刷牙动作的动画；
a2.获取儿童的实时刷牙动作图像，和获取电动牙刷的多轴传感器输出的实时信号；
a3.以获取实时刷牙动作图像与标准的正确刷牙动作图像进行比对结果为主，以多轴传感器输出的实时信号为辅，判断儿童的实时刷牙动作是否正确；
a4.若不正确，发送错误刷牙提示和演示此处牙齿的正确刷牙动作动画；
a5.若正确，继续循环执行步骤a2-a5，直至刷牙结束。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述“实时刷牙动作图像与标准的正确刷牙动作图像进行比对”具体为：首先对获取实时刷牙动作图像进行动作区块分割，分割算法是利用抽像函数对去噪结果进行块状分解并提取细节系数,然后对细节系数计算包络线,并根据包络线计算每个动作的发生区间，接着分别对每个获取实时刷牙动作图像的动作块状提取特征并利用模型分类,识别每个动作；最后与特征库因子进行实时对比，作出相应判断。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述“以多轴传感器输出的实时信号为辅，判断儿童的实时刷牙动作是否正确”，是指将多轴传感器实时输出的位移信息与刷牙运动位置模型库因子进行校对判断。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：在播放正确刷牙动作的动画之前，进行环境识别，具体为：检测实时刷牙动作图像的图像采集单元是否连接，光线是否达到要求，是否采集到儿童脸部图像，是否手持电动牙刷。
13.一种电动牙刷，其特征在于，包括有手柄部，所述手柄部的内部具有多轴传感器和无线通讯模块，所述多轴传感器和无线通讯模块均与手柄部的内部具有的电源电连接，所述多轴传感器的信号输出端与无线通讯模块连接，所述多轴传感器经所述无线通讯模块将感应信号实时传送给服务器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114387295A (zh) * 2021-12-25 2022-04-22 广州星际悦动股份有限公司 运动轨迹生成方法、装置、电动牙刷及存储介质

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