一种基于深度学习的盲人理疗仪系统设计方法

摘要

本发明提供了一种基于深度学习的盲人理疗仪系统设计方法。包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括摄像头、PC机、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器和语音模块，软件部分包括功能模块和驱动程序，功能模块还包括选择模块、理疗模块、图像采集模块、手势识别模块、信息传输模块、信息记录模块、语音播报模块，选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括热疗模块、电疗模块、负压模块。本发明通过对手势识别的采集和手势识别，自动选择理疗模式和自动调节理疗参数，实现一种无需人工调节的智能理疗功能，解决了盲人在理疗过程中需要他人陪护的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种基于深度学习的盲人理疗仪系统设计方法。

背景技术

我国曾在上世纪80年代进行过视力残疾状况调查 结果显示，我国有视力残疾患者近1300万，其中盲约550万,低视力约750万 。世界卫生组织估计全世界有盲人4000万到4500万，低视力是盲人的3倍，约1.4亿人。2018年，黄英，王晓兰针对盲人行走时无法了解到前方是否有障碍物所带来不便的问题，开发了一种基于单片机控制及超声波探测的盲人避障装置，此装置带有语音及振动提示功能，以及LED提示灯。该装置可以放在拐杖上,便于行走携带，有实用意义。2020年，胡鸿， 李正安，通过KANO模型用户需求分析,确定盲人线上线下购物服务的需求功能。构建适合盲人使用的线上购物服务APP。设计辅助盲人购物和提升购物体验的语音产品，解决了盲人购物难和体验差的问题。2020年，牛艺杰以盲人为本,通过发现盲人对独立行走、自由活动的渴望,对美好自然环境的渴望,提出适合盲人的“无陪伴”外环境理念。这是一个以盲人为本的室外公共休闲活动空间，通过学科之间的渗透，实现盲人的“无陪伴”外环境设计，构建一个适合盲人参与的美好外环境,满足他们在局部空间中独立自由的活动需求，拓展了盲人的生活间，促进盲人与自然环境的交流。张毅 ，李敏等人（中国专利 2012-02-01 CN102339379A手势识别方法及基于手势识别控制的智能轮椅人机系统）采用Camshift跟踪算法与Kalman滤波算法相结合的方法对人手进行跟踪,并分离出手势,结合Hu矩与支持向量机(SVM)对手势进行识别，可以快速、准确的识别手势命令,安全的控制智能轮椅的目的,能帮助老年人和残疾人提高活动范围和生活质量。王瑞锦，秦志光等人（中国专利 2015-05-06 CN104598017A服务于盲人的交互式手势识别系统）提出了一种移动设备上的交互式手势识别系统,其特征在于,只需获得手机上的加速传感器信息,使用位移模型筛选原始传感器样本,获得细粒度的数据，然后利用一种快速高效的GRIB手势识别算法去实现匹配过程，可以在移动设备上快速运行,给使用者带来更好的交互式体验。GRIB手势识别系统为用户高效、用户友好、安全的交互方式,为残疾使用者,特别是盲人,带来诸多的便利。

综上所述，手势识别用于人机交互已成为人机交互技术重要的研究内容，虽然目前市场上针对盲人的智能产品较多，但仍然没有针对于盲人在理疗过程中需要他人陪护的问题所研发的智能化理疗设备。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于深度学习的盲人理疗仪系统设计方法。

本发明技术方案如下所述：

一种基于深度学习的盲人理疗仪系统设计方法，包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括摄像头、PC机、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器和语音模块，所述软件部分包括驱动程序，所述软件部分还包括功能模块，所述功能模块包括功能选择模式、图像采集模块、手势识别模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块、语音播报模块。

所述功能选择模式包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，模式间通过手势识别或触摸按钮进行切换。

所述图像采集模块是所述摄像头将采集回的人体手势图片信息传输给所述PC机上的所述手势识别模块进行手势识别。

所述信息传输模块，是所述手势识别模块通过串口将识别后的数据传输给所述STM32F103ZET6处理器，由所述STM32F103ZET6处理器将理疗参数进行无线传输给理疗者的移动端。

所述理疗模块包括，热疗模块、电疗模块、负压模块，通过对超声波频率的高低，低频脉冲电压的幅值，负压真空泵电压大小的控制，来进行理疗。

所述信息记录模块，是所述STM32F103ZET6处理器通过将理疗者使用理疗仪时理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）、理疗参数（热疗模式下超声波频率的高低、电疗模式下低频脉冲电压的幅值、负压模式下负压真空泵电压的数值）信息上传到服务器端在数据库中进行记录。

所述语音播报模块，是在理疗仪系统工作时，实时进行语音播报。

所述的手势识别模块与所述功能选择模式和所述理疗模块进行数据交互。

所述数据交互是通过所述手势识别模块，将识别后的结果通过串口传输给所述STM32F103ZET6处理器，来选择理疗模式和控制所述热疗探头、电疗探头和负压探头的理疗参数；理疗者可随时通过移动端查看自己的理疗记录。

根据上述方法的本发明，其有益效果在于：

本发明根据人的手势可自动选择理疗模式和自动调节理疗参数，自行满足理疗。

本发明结合热疗、电疗、负压为一体，功能多样，智能操作，为盲人日常理疗带来极大便利。

本发明可自动保存理疗数据，记录理疗者使用理疗仪时理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）、理疗参数（热疗模式下超声波频率的高低、电疗模式下低频脉冲电压的幅值、负压模式下负压真空泵电压的数值）信息，便于理疗后理疗者清楚地分析了解自己的健康状况。

附图说明

下面结合附图和实例方式对本发明进行进一步描述；

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明事件处理流程示意图；

图3为本发明执行流程结构示意图；

图4为本发明热疗探头原理示意图；

图5为本发明电疗探头原理示意图；

图6为本发明负压探头原理示意图；

图7为本发明调节器内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1所示，本发明提供了一种基于深度学习的盲人理疗仪系统设计方法。由硬件设计和软件设计两部分组成。硬件部分包括USB摄像头、PC机、热疗探头（超声波原理）、电疗探头（低频脉冲原理）、负压探头（拔罐原理）以及STM32F103ZET6处理器和语音模块。软件部分包括驱动代码和功能模块，功能模块包括功能选择模式、图像采集模块、手势识别模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块、语音播报模块，功能选择模式包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括，热疗模块、电疗模块、负压模块。

本发明实现的功能包括：热疗功能、电疗功能、负压功能、图像采集、手势识别、数据交互、模式选择、理疗仪参数调节和参数信息记录。

如图2所示，PC机通过摄像头检测到手势信息时，进行手势图像采集，将手势图像采集定义为一次处理事件，一次事件处理后进行手势识别，将手势识别定义为一次触发事件，通过实时不断的传输来的一次触发事件结果选择理疗模式以及在单一模式（例如：电疗模式）下进行理疗参数调节，同时将理疗模式（例如：电疗模式）和实时调节的理疗参数进行采样记录，并将实时调节的理疗参数和实时记录的理疗参数和理疗模式定义为二次处理事件。

1、选择模块

模块采用手势识别触摸按键的形式实现热疗模式、电疗模式、负压模式之间的切换。例如，自动模式下：当识别到手势1时为热疗模式，当识别到手势2时为电疗模式，当识别到手势3时为负压模式；手动模式下：按键按一下是热疗模式，按键连续按两下是电疗模式，按键连续按三下是负压模式；模式选择后，通过按键按一下选择手动模式和按键按两下选择自动模式。

2、图像采集模块

模块通过PC机上的手势识别模块调用USB摄像头实时地捕捉摄像覆盖范围内盲人的手势图像信息。

3、手势识别模块

在PC机上手势识别模块由图像处理子系统和表情预测子系统组成，图像处理子系统将图像采集模块采集回来的图像信息，在PC机上进行预处理，手势预测子系统通过采用训练好的手势识别模型进行对图像中的手势进行数字识别。

4、信息传输模块

如图3所示，手势识别模块与理疗模块之间的信息传输基于串行通信协议。当理疗仪上电后，手势识别模块通过采集回摄像头探照范围内的图像信息，进行手势检测，当检测到手势图像时，手势识别模块将采集回的图像进行预处理，来实现手势数字的识别，将识别后的结果（数字1、数字2、数字3）通过串行数据线进行传输给STM32F103ZET6处理器进行模式选择，数字1用来选择热疗模式，数字2用来选择电疗模式，数字3用来选择负压模式，模式选择后开始理疗，此时，手势识别模块检测到手势数字4和手势数字5时，通过串行数据线进行传输给STM32F103ZET6处理器进行参数调节，当接收到手势数字4时，理疗参数进行加1，当接收到手势数字5时，理疗参数进行减1（例如：热疗模式下，当检测到手势数字4时，温度上升，当检测到手势数字5时，温度下降），同时STM32F103ZET6处理器对理疗参数进行实时采样，将采集的理疗参数信息经过GSM数据传输模块上传到服务器终端，在数据库中进行保存，盲人监护人员可随时通过移动端来查看盲人的理疗记录，进而了解盲人的身体情况。

5、理疗模块

理疗模块分为，热疗模块、电疗模块、负压模块。通过盲人的手势数字识别来调节理疗参数（脉冲电压幅值、频率的高低、负压的数值）。

热疗模块，采用超声波加热的方式通过热疗探头进行热疗。如图4所示，热疗探头内部原理图，热疗探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出的电压，由超声波输出装置中超声波发生器将电压转换成与超声波换能器相匹配的高频电信号，驱动超声波换能器工作，进而输发出0.8MHZ至3.3MHZ频率范围内的超声波，直接让热疗探头接触理疗部位，从而使超声波覆盖范围内的大量分子无规则运动的剧烈程度增加，温度升高，实现热疗的效果。例如：在0.8MHZ至3.3MHZ超声波频率使用范围内，手动模式下是人通过调节器调节1电压的大小，实现超声波频率的调节；自动模式下是根据据盲人的手势数字信息来调节超声波频率的高低。

电疗模块，采用低频脉冲的方式通过电疗探头进行理疗。如图5所示，电疗探头内部原理图，电疗探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出1000HZ以下的低频脉冲电流，经导线传导给电疗探头上的电极片，使电极片与人体电疗部位相接触，实现电疗效果。例如：在1000HZ以下低频脉冲使用范围内，手动模式下是人通过调节器2调节低频脉冲电流的幅值以达到理疗者的需求，自动模式下是根据盲人的手势数字信息来调节低频脉冲电流的幅值。

负压模块，采用吸力的方式通过负压探头进行理疗，如图6所示负压探头内部原理图。负压探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出12V的电压到负压探头上的负压真空泵使其产生-10kPa到-40kPa范围内的压力。例如，在负压大小-10kPa到-40kPa范围内，手动模式下是人通过调节器3调节电压的大小，进而实现负压的数值的改变；自动模式下是根据盲人的手势数字信息来自动调节负压的数值。

如图7所示，调节器内部结构示意图。通过手动开关选择手动调节档和自动调节档。当人把手动开关打到手动调节档时，即手动调节（调节滑动变阻器改变电压的大小）；当人把开关打到自动调节档时，即自动调节（根据手势数字信息进行调节）。

6、信息记录模块

无论手动模式下还是自动模式下，理疗系统实时记录盲人使用理疗仪时的理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）和理疗参数信息（频率的高低、脉冲电流的幅值、负压的数值），通过GSM上传到服务器终端，在数据库中进行保存，便于理疗者通过移动端随时查看自己的理疗记录。

7、语音播报模块

例如：热疗模式下：当理疗系统上电后，语音播报模块进行语音播报：“理疗系统开启”，当模式选择后，语音播报模块进行语音播报“热疗模式”，当理疗系统进行理疗时检测到手势数字4时，语音播报模块进行语音播报：“当前温度xx度，温度正在上升”，当理疗系统进行理疗时检测到手势数字5时，语音播报模块进行语音播报：“当前温度xx度，温度正在下降”。