基于智能家居的婴幼儿监护系统及监护方法技术方案

本发明专利技术公开了基于智能家居的婴幼儿监护系统，包括信号采集模块，中央控制器，通讯模块以及远程终端；信号采集模块与中央控制器电性连接，中央控制器还连接有扬声器和声光报警器；中央控制器通过通讯模块与远程终端相连；信号采集模块包括可见光摄像头、麦克风传感器、温湿度传感器、气体传感器、红外阵列传感器；可见光摄像头、麦克风传感器、温湿度传感器、气体传感器、红外阵列传感器分别通过WIFI模块与中央控制器电性连接。本发明专利技术还公开了基于智能家居的婴幼儿监护方法，使用可见光摄像头进行监护，具有非接触性。婴儿监护系统设计的监护内容较为全面且成本低同时容易设置，非专业人士也可以使用,具有广泛的市场应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
基于智能家居的婴幼儿监护系统及监护方法


[0001]本专利技术属于婴儿监护系统
，具体涉及基于智能家居的婴幼儿监 护系统。

技术介绍

[0002]当前快节奏的社会，婴幼儿看护是父母及家人最关心和焦虑的问题，高 额的保姆费用及特别是保姆看护婴幼儿爆出的各种问题更加深了这种焦虑。 婴幼儿每天睡眠时间长，如果有智能看护系统能及时把婴幼儿睡眠状态，婴 幼儿脱离安全区域即将跌落，体温异常，环境温湿度异常，啼哭，体姿异常 等异常情况第一时间报告给父母或看护者，那么看护者可节约大量的精力和 时间同时减少父母及家人对婴儿安全的焦虑。
[0003][0004]婴儿数量的增加，给婴儿监护人带来照顾压力。婴儿无行为能力，抵抗 力弱，一旦遇见突发情况，极易发生危险，这就要求家庭需对婴儿进行安全 监护，降低其遇到危险的可能。婴儿需要监护人时刻在身边照顾，但监护人 也有可能产生疏忽，给婴儿带来风险。婴儿阶段作为人生中第一个阶段也是 最重要最脆弱地阶段，往往会被科技公司忽视。随着中国社会家庭结构的变 迁，婴儿监护问题逐渐成为家庭和社会关心地问题。研制婴儿家庭监护系统， 能在一定程度上解决婴儿家庭监护问题。
[0005]睡眠是由中枢神经系统控制的自然现象。睡眠觉醒模式作为新生儿时期 神经生理组织的重要指标，在预测认知疾病和大脑成熟度方面具有深远意义， 因而在对婴幼儿进行监护时对睡眠看护显得至关重要。婴儿猝死综合症是 指一岁以下的婴儿莫名其妙地死亡。婴儿的睡眠姿势是导致婴儿猝死综合症 的最重要的外部因素之一。对婴儿睡眠时的实施监护对于预防婴儿猝死综合 征具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供基于智能家居的婴幼儿监护系统，解决了现有婴 幼儿家庭监护存在的一系列安全风险的问题。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，基于智能家居的婴幼儿监护系统，包括信 号采集模块，中央控制器，通讯模块以及远程终端；信号采集模块与中央控 制器电性连接，中央控制器还连接有扬声器和声光报警器；中央控制器通过 通讯模块与远程终端相连；
[0008]信号采集模块包括可见光摄像头、麦克风传感器、温湿度传感器、气体 传感器、红外阵列传感器；可见光摄像头、麦克风传感器、温湿度传感器、 气体传感器、红外阵列传感器分别通过WIFI模块与中央控制器电性连接；
[0009]中央控制器还设置有存储模块，用于存储信息采集模块采集的信息。
[0010]本专利技术的特点还在于，
[0011]中央控制器包括计算板卡，计算板卡分别与可见光摄像头、麦克风传感 器、温湿度传感器、气体传感器、红外阵列传感器电性连接；计算板卡是一 个由GPU驱动的微型嵌入式设备，计算板卡可使用HDMI端口支持视频和 音频输出，并且具有以太网端口。
[0012]中央控制器还包括AI虚拟围栏模块，AI虚拟围栏模块采用电子围栏技 术通过对婴儿监护区域进行用户图行界面的框定进行婴儿监护，AI虚拟围 栏模块内预置有警示区域；AI虚拟围栏模块与可见光摄像头相连，AI虚拟 围栏模块通过WIFI模块分别连接扬声器和声光报警器；可见光摄像头用于 获取目标区域视频监控图像，AI虚拟围栏模块用于判断视频监控图像中预 置的警示区域的边界线与当前时刻的婴儿活动范围是否重合，若重合则通过 扬声器和声光报警器发出报警提示。
[0013]红外阵列传感器用于采集婴儿体温；可见光摄像头用于采集婴儿的面部 表情；麦克风用于采集婴儿哭声；扬声器用于通过远程终端及WIFI模块向 婴儿传达音频信息。
[0014]中央控制器中还搭载有信息处理模块，信息处理模块能够对麦克风采集 的婴儿哭声检测分析、对红外阵列传感器采集的体温以及可将光摄像头采集 的面部表情进行分析判断获得婴儿的呼吸心率；当体温、呼吸心率异常时声 光报警器报警提示。
[0015]温湿度传感器用于采集环境温湿度、型号为DHT11；气体传感器用于进 行室内温湿度监测、型号为MQ
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2。
[0016]本专利技术所采用的第二种技术方案是，基于智能家居的婴幼儿监护方法， 具体操作步骤如下：
[0017]步骤1、将可见光摄像头、麦克风传感器、红外阵列传感器以及温湿度 传感器进行装置连接置于距离婴儿1m左右的地方进行信号采集；
[0018]步骤2、通过可见光摄像头采集婴儿视频信息，包括婴儿脸部信息；使 用麦克风传感器采集婴儿声音信息；使用红外阵列传感器收集婴儿体温信息； 使用温湿度传感器采集婴儿周围环境参数；
[0019]步骤3、将采集到的音频信息、体温信息及环境参数等信息传送至中央 控制器，中央控制器通过算法处理计算得到婴儿的呼吸心率、表情、姿态、 哭声、体温、温湿度状况；
[0020]步骤4、中央控制器将信号采集模块传输过来的婴儿监护信息保存至存 储模块方便后续本地监控录像及回放；
[0021]步骤5、中央控制器将采集的婴儿信息经过处理后，当识别异常时通过 通讯模块向手机终端发出报警或预警信息，提醒监护人注意。
[0022]本专利技术的特点还在于，
[0023]采用可见光摄像头对婴儿脸部信息进行检测包括睡姿检测和呼吸心率 检测；
[0024]使用可见光摄像头进行睡姿检测具体步骤如下：
[0025]将可将光摄像头置于婴儿上方，获取婴儿脸部图像，将检测到的图像信 息传输至中央控制器通过睡姿检测算法进行睡姿异常检测；
[0026]首先对脸部图像信息进行特征提取；其次进行婴儿面部特征进行识别， 当检测不到眼部关节点时说明婴儿出现面朝下状态，当可以检测到1个眼部 关节点时表明婴儿为侧卧状态，当可以检测到2个眼部关节点时表明婴儿为 正面朝上睡姿；若检测不到眼部关节点则通过声光报警器进行报警；
[0027]使用可见光摄像头进行婴儿呼吸、心率检测具体步骤如下：
[0028]对于婴儿的呼吸、心率的检测，主要是基于光电容积脉搏波描记法见光 摄像头采集的婴儿PPG信号中包含与呼吸同频率的信号，PPG信号由于心脏 的周期性波动引起外周血管内血容量周期性变化而呈现周期性，通过分析 PPG信号可以得到心率信息。
[0029]具体操作步骤如下：
[0030]步骤3.1、选取婴儿面部作为感兴趣区域，视频拍摄的分辨率为 720p*1080p,帧率要求大于60FPS；
[0031]步骤3.2、对获取的婴儿人脸视频进行检测和追踪：利用自适应增强算 法AdaBoost对人脸进行监测，首先采用双线性差值法将人脸视频中选出的 多张人脸归一化到20*20像素大小的图片，再从这些归一化后的图片里提取 只包含人脸部分的特征矩形，然后利用积分图计算特征矩形的特征值；最后 利用AdaBoost训练器训练只包含人脸部分的特征矩形，减少噪声；
[0032]步骤3.3、对步骤3.2的人脸检测跟踪算法处理后的视频帧进行ROI和 RGB区域选择：选择信噪比较高的额头区域作为感兴趣区域，选择具有较好 时频波形图并且信噪比较高的绿色通道；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于智能家居的婴幼儿监护系统，其特征在于，包括信号采集模块，中央控制器，通讯模块以及远程终端；所述信号采集模块与中央控制器电性连接，所述中央控制器还连接有扬声器和声光报警器；所述中央控制器通过通讯模块与远程终端相连；所述信号采集模块包括可见光摄像头、麦克风传感器、温湿度传感器、气体传感器、红外阵列传感器；所述可见光摄像头、麦克风传感器、温湿度传感器、气体传感器、红外阵列传感器分别通过WIFI模块与中央控制器电性连接；所述中央控制器还设置有存储模块，用于存储信息采集模块采集的信息。2.根据权利要求1所述的基于智能家居的婴幼儿监护系统，其特征在于，所述中央控制器包括计算板卡，所述计算板卡分别与可见光摄像头、麦克风传感器、温湿度传感器、气体传感器、红外阵列传感器电性连接；所述计算板卡是一个由GPU驱动的微型嵌入式设备，所述计算板卡可使用HDMI端口支持视频和音频输出，并且具有以太网端口。3.根据权利要求1所述的基于智能家居的婴幼儿监护系统，其特征在于，所述中央控制器还包括AI虚拟围栏模块，所述AI虚拟围栏模块采用电子围栏技术通过对婴儿监护区域进行用户图行界面的框定进行婴儿监护，所述AI虚拟围栏模块内预置有警示区域；所述AI虚拟围栏模块与可见光摄像头相连，所述AI虚拟围栏模块通过WIFI模块分别连接扬声器和声光报警器；所述可见光摄像头用于获取目标区域视频监控图像，所述AI虚拟围栏模块用于判断视频监控图像中预置的警示区域的边界线与当前时刻的婴儿活动范围是否重合，若重合则通过扬声器和声光报警器发出报警提示。4.根据权利要求1所述的基于智能家居的婴幼儿监护系统，其特征在于，所述红外阵列传感器用于采集婴儿体温；所述可见光摄像头用于采集婴儿的面部表情；所述麦克风用于采集婴儿哭声；所述扬声器用于通过远程终端及WIFI模块向婴儿传达音频信息。5.根据权利要求1所述的基于智能家居的婴幼儿监护系统，其特征在于，所述中央控制器中还搭载有信息处理模块，所述信息处理模块能够对麦克风采集的婴儿哭声检测分析、对红外阵列传感器采集的体温以及可将光摄像头采集的面部表情进行分析判断获得婴儿的呼吸心率；当体温、呼吸心率异常时声光报警器报警提示。6.据权利要求1所述的基于智能家居的婴幼儿监护系统，其特征在于，所述温湿度传感器用于采集环境温湿度、型号为DHT11；所述气体传感器用于进行室内温湿度监测、型号为MQ
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2。7.基于智能家居的婴幼儿监护方法，其特征在于，具体操作步骤如下：步骤1、将可见光摄像头、麦克风传感器、红外阵列传感器以及温湿度传感器进行装置连接置于距离婴儿1m左右的地方进行信号采集；步骤2、通过可见光摄像头采集婴儿视频信息，包括婴儿人脸信息；使用麦克风传感器采集婴儿声音信息；使用红外阵列传感器收集婴儿体温信息；使用温湿度传感器采集婴儿周围环境参数；步骤3、将采集到的音频信息、体温信息及环境参数信息传送至中央控制器，中央控制器通过算法处理计算得到婴儿的呼吸心率、表情、姿态、哭声、体温、温湿度状况；步骤4、中央控制器将信号采集模块传输过来的婴儿监护信息保存至存储模块方便后续本地监控录像及回放；步骤5、中央控制器将采集的婴儿信息经过处理后，当识别异常时通过通讯模块向手机
终端发出报警或预警信息，提醒监护人注意。8.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李牧，柯熙政，李倩，杨恒，贾楠，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：