智能眼镜及利用其监测运动、预防近视、矫正坐姿的方法

摘要

本发明公开了一种智能眼镜及利用智能眼镜监测运动、预防近视、矫正坐姿的方法，其中智能眼镜包括眼镜架，以及设置在眼镜架内的惯性传感器、数据处理模块、报警显示模块和电源模块；所述惯性传感器、报警显示模块和电源模块均与数据处理模块电连接；所述惯性传感器采用加速度计或者角速度传感器，或者由加速度计或者角速度传感器的单、双、三轴组合的惯性测量单元或者航姿参考系统。本发明结构简单，功能全面，延展性能好，通过对使用者的头部两个方向的姿势、用眼距离和用眼时间，各种用光条件等影响视力的多种因素做出功能全面的精确检测，保证使用者在各种条件下健康用眼。

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能眼镜及利用智能眼镜监测运动、预防近视、矫正坐姿的方法。

背景技术

视力矫正用眼镜是世界上使用最多的携带式医疗器械了。除了远视眼，世界平均近 视眼的发病率为22%，我国近视眼的发病率为35%，仅次于日本，是近视眼患病率最高 的国家之一。据权威部门统计显示，1999年我国青少年近视眼的发病率约为小学生20%～ 30%，初中生40%～50%，高中生50%～60%，大学生70%，大学毕业生达到76%左右，到 目前为止，我国已成为世界上近视眼人数最多的国家。目前青少年升学压力大，各种学 习培训多，而且电视、电脑、手持智能设备的普及和推广等，使得近视眼的患病率逐年 升高，并有向低龄化、高度数发展的趋势。

除了近视眼镜和远视眼镜，眼镜还有太阳镜、装饰眼镜、运动眼镜等，眼镜的大量 随身携带使得在其基础上设计智能功能成为了一种方兴未艾的发展趋势。美国谷歌公 司、微软公司等为代表的高科技公司纷纷发展自己的智能眼镜。已有的智能眼镜，如谷 歌发布“Project Glass”，集智能手机、GPS、相机于一身，在用户眼前展现实时信息， 而且能够拍照上传、查询天气路况、运动监测等；温哥华Recon Instruments公司制作 了专业运动太阳眼镜“Recon Jet”，有处理器、显示屏、显卡、通信设备、GPS、高清 摄像头、加速器、陀螺仪、测高仪、磁强仪和温度计、红外线探测仪、麦克风、扬声器 能够对运动员多个运动指标进行监测；还有微软的增强现实智能眼镜等。但是这些智能 眼镜不但价格昂贵，功能复杂，而且外型远非传统眼镜的设计，要么不能安装镜片，要 么就是一体式固定镜片不能替换，无法矫正视力，不能取代使用者的视力矫正用眼镜； 它们均不能预防近视和矫正坐姿，长期使用还可能影响视力。

青少年近视眼的发生有明确的外因——长时间近距离用眼，故减少视力负荷的不良 影响是预防工作的关键。首先，应该养成良好的用眼习惯，减少眼疲劳，比如看书﹑写 字﹑看电视、玩电脑等连续用眼时间不要超过1小时，一般用眼45分钟到1小时，要 休息10分钟；其次，要保持正确的读写姿势，正确的坐姿应是上身挺直，收腹，下颌 微收，眼镜距离书本或电子产品的距离至少要达到30cm以上，也可有效地减轻眼疲劳， 另外不良坐立姿态也是驼背、腰疼等疾病的重要影响因素；第三，要有良好的照明，光 线不要过暗或过强，背景和前景光照对比差过大的条件下阅读，写字时手部阴影不宜遮 挡文字等。

目前已有的很多近视预防和坐姿矫正的仪器和相关文献方案的缺点在于：首先，大 多数这类方案需要使用者携带一个额外的设备或仪器，在不同的学习环境随时随地带 上，不像眼镜这么自然和方便；其次，这些方案的功能虽然增加了，但覆盖并不全面， 而且均不具备录像、照相、录音、运动监测、辅助灯光照明、功能应用扩展等方便学习 和生活的辅助功能；最后，它们大多只说明了可实施的原理方法或电路结构与工作流程， 缺乏完整设备方案。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种结构简单，功能全面，延展性能好的 智能眼镜。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：一种智能眼镜，包括眼镜架， 以及设置在眼镜架内的惯性传感器、数据处理模块、报警显示模块和电源模块；所述惯 性传感器、报警显示模块和电源模块均与数据处理模块电连接；所述惯性传感器采用加 速度计或者角速度传感器，或者由加速度计或者角速度传感器的单、双、三轴组合的惯 性测量单元或者航姿参考系统。

所述报警显示模块包括声音单元和/或振动单元和/或发光单元和/或电极刺激单元 和/或电致变色单元。

所述报警显示模块包括液晶显示屏或者投影屏或者发光管或者发光管组合。

所述电源模块包括可利用有线数据传输模块的标准接口或无线充电模块进行充电 的可充电的标准电池或非标电池，或者包括可替换的标准电池。

一种智能眼镜，还包括设置在眼镜架1内、并与数据处理模块电连接的内置大容量 存储器和/或外置存储器接口。

一种智能眼镜，还包括设置在眼镜架1内、并与数据处理模块电连接的摄像模块和 距离传感器。

所述摄像模块采用摄像头。

一种智能眼镜，还包括设置在眼镜架1内、并与数据处理模块电连接的麦克风。

一种智能眼镜，还包括能够与其它带有相同通讯接口和协议的设备进行数据交互和 传递的通信模块；所述通信模块设置在眼镜架1内、并与数据处理模块电连接；所述通 信模块采用有线和/或无线通信方式。

所述惯性传感器、数据处理模块、报警显示模块、摄像模块、麦克风和通信模块均 采用采用低功耗或超低功耗技术的芯片。

一种智能眼镜，还包括设置在眼镜架1上、并与数据处理模块电连接的操作按钮或 开关；所述操作按钮或开关为按键式结构或者旋转盘式结构或者触摸式结构。

一种智能眼镜，还包括与数据处理模块电连接的用于开关机的行程开关或位置开 关；所述行程开关或位置开关安装在眼镜的镜脚与镜框连接处，当镜脚折叠合上的时候 自动关机，镜脚张开后自动开机。

一种智能眼镜，还包括设置在眼镜架上、并与电源模块电连接的辅助照明灯。

所述眼镜架采用防水、防尘和防震结构。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种利用智能眼镜监测运动、预防近视、 矫正坐姿的方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是：一种利用智能眼镜监测运动、 预防近视、矫正坐姿的方法，包括：

①、惯性传感器对使用者运动数据、姿态数据进行测量，并根据系统状况或设定值 利用报警显示模块进行数据和状态显示及超限报警；

②、摄像模块定时或按设定的时间序列采集图像，数据处理模块对摄像模块采集到 的图像进行识别和处理，当图像计算结果表征出使用者眼前的光照条件超过有损于视力 的设定值时，报警显示模块启动近视预防报警提示；

③、摄像模块定时或按设定的时间序列采集图像，数据处理模块对摄像模块采集到 的图像进行识别和处理，同时进行用眼计时，当图像计算结果表征出使用者连续近距离 视物且用眼计时超过设定时间，容易造成用眼疲劳时，报警显示模块启动近视预防报警 提示；

④、距离传感器测量其与目标物体之间的距离小于设定值且超过设定的持续时间 后，报警显示模块启动近视预防报警提示；

⑤、惯性传感器对使用者头部左右歪斜角度和俯仰角度进行检测，当任何一个角度 超过它们允许的设定值时，报警显示模块启动坐立姿势超限报警提示；

⑥、惯性传感器检测到使用者处于运动活跃状态时，近视预防和坐立姿势超限不报 警；当使用者处于连续运动活跃状态时，记录的用眼计时归零；当检测到使用者处于运 动非活跃状态时，报警显示模块启动近视预防和坐立姿势超限报警功能；

⑦、惯性传感器检测到使用者处于运动非活跃状态时，数据处理模块利用计时功能， 在使用者持续达到报警使用条件并超过设定时间时，报警显示模块启动近视预防和坐立 姿势超限报警功能。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：（1）本发明能够对使用者的 头部两个方向的姿势、用眼距离和用眼时间，各种用光条件等影响视力的多种因素做出 功能全面的精确检测，保证使用者在各种条件下健康用眼。

（2）本发明采用眼镜的形式，方便且不易忘记携带，视力正常的使用者可不安装 镜片使用。

（3）本发明的眼镜架可以安装不同镜片成为视力矫正镜、太阳镜、偏振镜等，不 用额外携带，并且功能针对性强，价格便宜。

（4）本发明的惯性传感器其能够进行运动监测，指导使用者科学锻炼与健身，指 导正确的坐立姿势。

（5）本发明的能够有效的预防阅读、学习和电子游戏娱乐时因为坐立姿势不正确、 用光条件较差、近距离用眼时间过长而造成近视、驼背问题，长期使用可帮助形成良好 习惯并矫正视力。

（6）本发明通过麦克风和通信模块，可以让使用者在日常生活、学习和工作中通 过本发明快速方便地实现摄像、照相、录音功能来进行视频、相片和声音记录，并与电 脑、智能手机等进行人机交互、文件数据转存。

（7）本发明的辅助照明灯在需要时可以开灯增加亮度进行辅助照明。

（8）本发明可以利用第三方的应用程序发展出更多的功能，具有良好的延展性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本 发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的实施例1的结构示意图。

图2为本发明的实施例1的正视图。

图3问本发明的实施例1的眼镜架的左镜脚的内部结构示意图。

图4为本发明的实施例1的电气结构原理图。

附图中的标号为：

眼镜架1、前框架101、镜片102、左镜脚103、右镜脚104、鼻托105；

惯性传感器2、三轴加速度计201；

数据处理模块3、主控板301、微处理器302、内存303；

报警显示模块4、三色发光二极管401、微型振动马达402；

电源模块5、电源板501、充电与电源管理芯片502、电池503

内置大容量存储器和/或外置存储器接口6、闪存601；

摄像模块7；

距离传感器8、红外距离传感器801；

麦克风9；

操作按钮或开关10、第一按钮1001、第二按钮1002、第三按钮1003、第四按钮1004、 第五按钮1005；

行程开关或位置开关11；

辅助照明灯12、发光二极管1201；

通信模块13、蓝牙模块1301、MICRO USB接口1302。

具体实施方式

（实施例1）

见图1至图4，本实施例的智能眼镜，包括眼镜架1、惯性传感器2、数据处理模块 3、报警显示模块4、电源模块5、内置大容量存储器和/或外置存储器接口6、摄像模块 7、距离传感器8、麦克风9、操作按钮或开关10、行程开关或位置开关11、辅助照明 灯12和通信模块13。

眼镜架1采用半框式的防水、防尘和防震结构，主要由前框架101、左镜脚103、 右镜脚104、鼻托架105连接构成，方便安装和替换镜片102。眼镜架1可以安装不同 类型的镜片102。惯性传感器2、数据处理模块3、报警显示模块4、电源模块5、内置 大容量存储器和/或外置存储器接口6、摄像模块7、距离传感器8、麦克风9和通信模 块13均设置在眼镜架1内。操作按钮或开关10、行程开关或位置开关11、辅助照明灯 12均设置在眼镜架1上。惯性传感器2、报警显示模块4、电源模块5、内置大容量存 储器和/或外置存储器接口6、摄像模块7、距离传感器8、麦克风9、操作按钮或开关 10、行程开关或位置开关11和通信模块13均与数据处理模块3电连接。辅助照明灯12 与电源模块5电连接。惯性传感器2采用加速度计或者角速度传感器，或者由加速度计 或者角速度传感器的单、双、三轴组合的惯性测量单元或者航姿参考系统。

报警显示模块4可以包括声音单元和/或振动单元和/或发光单元和/或电极刺激单 元和/或电致变色单元，其报警方式可根据数据处理模块的信号和指令，产生声音、振 动、发光、电极刺激或电致变色等不同形式的或不同形式组合的报警提示。报警显示模 块4也可以包括液晶显示屏或者投影屏或者发光管或者发光管组合，使用液晶显示屏或 投影屏时进行显示时，可以显示日期、时间、电池用量信息、数据存储量、数据通讯状 态、报警和系统状态等信息；使用发光管或发光管组合进行显示时，可以通过发光管或 发光管组合的颜色、闪烁次数、不同发光管的亮与熄来显示电池用量信息、数据存储量、 数据通讯状态、报警和系统状态等信息。

电源模块5包括可利用有线数据传输模块的标准接口或无线充电模块进行充电的可 充电的标准电池或非标电池，或者包括可替换的标准电池。摄像模块7采用摄像头。操 作按钮或开关10为按键式结构或者旋转盘式结构或者触摸式结构。行程开关或位置开 关11用于开关机。行程开关或位置开关11安装在眼镜的镜脚与镜框连接处，当镜脚折 叠合上的时候自动关机，镜脚张开后自动开机。辅助照明灯12在需要时可以开灯增加 亮度进行辅助照明。通信模块13能够与其它带有相同通讯接口和协议的设备进行数据 交互和传递。通信模块13采用有线和/或无线通信方式。

具体地：本实施例的惯性传感器2采用MEMS（Micro Electromechanical System， 即微电子机械系统）技术的三轴加速度计201，数据处理模块3包括主控板301、微处 理器302和内存303，报警显示模块4采用三色发光二极管401和微型振动马达402， 内置大容量存储器和/或外置存储器接口6采用大容量的闪存601作为内置存储器，距 离传感器8采用红外距离传感器801，操作按钮或开关10包括第一按钮1001、第二按 钮1002、第三按钮1003、第四按钮1004和第五按钮1005，行程开关或位置开关11采 用微动位置开关，辅助照明灯12采用大功率高亮度的发光二极管1201，通信模块13 采用蓝牙模块1301和MICRO USB接口1302两种方式。电源模块5包括电源板501、充 电与电源管理芯片502和电池503。

红外距离传感器801，摄像模块7和发光二极管1201及它们的电路安装于前框架 101中间的鼻托架105上方，麦克风9及其电路安装于前框架101最右边，均嵌入前框 架101中，仅露出感应部位。三色发光二极管401嵌入前框架101右边内侧，仅露出发 光部位。数据处理模块3和电源模块5设置于左镜脚103内部；主控板301上主要安装 和焊接有微处理器302、内存303、闪存601、蓝牙模块1301、三轴加速度计201，微型 振动马达402和操作按钮或开关10的按钮座；MICRO USB接口1302位于左镜脚103的 尾端下部，接口上有防尘防水罩；电池503位于左镜脚103内部尾端。

在使用者运动锻炼时，所述惯性传感器2可用于监测运动，包括测量和记录使用者 的运动状态、运动时间、运动频率、里程数、计步、卡路里消耗等数据。

本实施例的智能眼镜的工作过程和原理为：使用者开始使用时，张开两个镜脚，右 镜脚104与前框架101连接处的微动位置开关打开，电路供电，系统开机初始化，三色 发光二极管401的三色灯交替闪烁3秒，表示上电初始化成功，系统功能准备就绪；上 电初始化失败，表明装置故障，三色发光二极管401的红色灯闪烁。

使用者按下第一按钮1001一次，系统启动照相功能，摄像模块7工作，拍照1次， 照相完成后三色发光二极管401的绿灯闪烁2次后熄灭；使用者按下第一按钮1001不 放超过3秒钟，启动摄像功能，摄像模块7和麦克风9工作，开始摄像，三色发光二极 管401的绿灯每秒闪烁2次，直至使用者再按下第一按钮1001，三色发光二极管401 的绿灯熄灭，黄灯闪烁2秒，停止摄像功能。

使用者按下第二按钮1002，启动视力保护和坐立姿势纠正功能，三色发光二极管 401的绿灯闪烁1秒，三轴加速度计201、红外距离传感器801、摄像模块7进入工作状 态，对使用者姿态、用光条件、用眼距离和近距离用眼时间进行检测，一旦超过的系统 的各项设定值，微型振动马达402开始振动提示，同时三色发光二极管401的红灯对应 不同的报警类型进行不同的闪烁：姿态报警每秒闪烁2次，用光条件报警每秒闪烁6次， 用眼距离报警每秒闪烁15次，近距离用眼时间报警则长亮；一旦使用者进入或恢复正 常条件，报警停止。使用者再次按下第二按钮1002，三色发光二极管401的黄灯闪烁2 秒后熄灭，停止视力保护和坐立姿势纠正功能。

使用者按下第三按钮1003，启动运动监测功能，三色发光二极管401的绿灯闪烁2 秒后熄灭，三轴加速度计201进入工作状态，系统对使用者运动数据进行测量和记录： 运动状态、运动时间、运动频率、里程数、计步、卡路里消耗等数据。使用者再按下第 二按钮1002，三色发光二极管401的黄灯闪烁2秒后熄灭，停止运动监测功能。

使用者按下第四按钮1004，启动录音功能，麦克风9进入工作状态，开始录音，三 色发光二极管401的绿灯每秒闪烁1次，直至使用者再按下第二按钮1002，三色发光二 极管401的黄灯闪烁2秒后熄灭，停止录音功能。

使用者按下第五按钮1005，启动辅助照明灯功能，发光二极管1201发光，直至使 用者再按下第五按钮1005，发光二极管1201熄灭。

蓝牙模块1301在有其它带蓝牙设备要求连接时，建立无线通讯通道，与其它蓝牙 设备进行数据通信；MICRO USB接口1302在其它带USB端口设备与它通过USB端口或 USB连接线端口连接后，建立有线通讯通道，与其它设备进行数据通信。数据通信的内 容包括装置设置参数和状态数据，运动监测数据，视力保护和坐立姿势参数和数据，照 片、音频和视频文件等。通讯通道建立后，三色发光二极管401的绿灯长亮；数据传输 过程中，绿灯闪烁，使用者指定的数据传输完成后，黄灯闪烁2秒；通讯通道断开后， 绿灯熄灭。

电池503采用锂电池供电，MICRO USB接口1302同时也是电池503的充电接口，可 以通过MICRO USB接口充电器或设备进行充电。当微处理器302监测到电池电压低于3. 3V时，三色发光二极管401的红灯和黄灯交替闪烁，提示用户需要充电；在充电过程中， 红灯和黄灯保持长亮，通知使用者正在充电中；当电池充满后红灯和黄灯熄灭。

如果闪存接近满存储量的95%时，三色发光二极管401的红灯和绿灯交替闪烁，提 示用户需要转移数据，清除部分存储内容。

利用本实施例的智能眼镜监测运动、预防近视、矫正坐姿的方法，包括：

①、惯性传感器2对使用者运动数据、姿态数据进行测量，并根据系统状况或设定 值利用报警显示模块4进行数据和状态显示及超限报警。

②、摄像模块7定时或按设定的时间序列采集图像，数据处理模块3对摄像模块7 采集到的图像进行识别和处理，当图像计算结果表征出使用者眼前的光照条件超过有损 于视力的设定值时，报警显示模块4启动近视预防报警提示。

③、摄像模块7定时或按设定的时间序列采集图像，数据处理模块3对摄像模块7 采集到的图像进行识别和处理，同时进行用眼计时，当图像计算结果表征出使用者连续 近距离视物且用眼计时超过设定时间，容易造成用眼疲劳时，报警显示模块4启动近视 预防报警提示。

④、距离传感器8测量其与目标物体之间的距离小于设定值且超过设定的持续时间 后，报警显示模块4启动近视预防报警提示。

⑤、惯性传感器2对使用者头部左右歪斜角度和俯仰角度进行检测，当任何一个角 度超过它们允许的设定值时，报警显示模块4启动坐立姿势超限报警提示。

⑥、惯性传感器2检测到使用者处于运动活跃状态时，近视预防和坐立姿势超限不 报警。当使用者处于连续运动活跃状态时，记录的用眼计时归零。当检测到使用者处于 运动非活跃状态时，报警显示模块4启动近视预防和坐立姿势超限报警功能。

⑦、惯性传感器2检测到使用者处于运动非活跃状态时，数据处理模块3利用计时 功能，在使用者持续达到报警使用条件并超过设定时间时，报警显示模块4启动近视预 防和坐立姿势超限报警功能。

（实施例2）

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：惯性传感器2、数据处理模块3、 报警显示模块4、摄像模块7、麦克风9和通信模块13均采用采用低功耗或超低功耗技 术的芯片。

（实施例3）

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：摄像模块7包括采用光亮度检测传 感器。电池503采用小容量电池。微处理器302采用廉价微处理器。

本实施例的智能眼镜仅保留光亮度检测、用眼距离和用眼时间检测、坐立姿势和运 动监测、超限报警基本功能的低成本实现形式。

（实施例4）

本实施例的智能眼镜，包括眼镜架1，以及设置在眼镜架1内的惯性传感器2、数 据处理模块3、报警显示模块4和电源模块5。

惯性传感器2、报警显示模块4和电源模块5均与数据处理模块3电连接。惯性传 感器2采用加速度计或者角速度传感器，或者由加速度计或者角速度传感器的单、双、 三轴组合的惯性测量单元或者航姿参考系统。

本实施例的智能眼镜通过惯性传感器2对使用者运动数据、姿态数据进行测量，并 根据系统状况或设定值利用报警显示模块4进行数据和状态显示及超限报警，实现运动 监测功能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。