[0001] 本发明涉及健康服务技术领域，更具体地说，本发明涉及一种人工智能辅助的智能健康监测与服务系统。

[0002] 如公开号为CN107622645A的中国发明专利公开了一种视力保护智能设备，用于在学习阅读以及写作业时辅助视力保护，包括：光环境传感器，距离传感器，中央处理器，显示提示模块，操作按钮，通信模块，供电模块；所述光环境传感器测量被阅读对象所在位置的照度、色温以及频闪参数并通过中央处理器判断是否满足健康指标，不满足给出提示；所述距离传感器测量被阅读对象到人眼的距离并通过中央处理器判断是否低于最小距离要求，低于给出提示；基于所述照度和距离测量结果计算用户累计阅读量并判断是否超过门限，超过时给出提示，可以检测光环境健康，并协助提示用户保持正确的坐姿，避免长时间观看电子屏幕，从而预防近视，保护视力。

[0003] 以上专利均存在本背景技术提出的问题：现有视力保护智能设备难以实现在使用距离传感器测距矫正用眼习惯时，仅能够根据测距结果判断用户阅读距离是否合格，值得注意的是若使用者不是正对着距离传感器，视力保护仪将难以准确矫正，但使用者不可能始终保持同一姿势，从而导致矫正存在偏差，为了解决上述问题，现提供一种技术方案。

[0015] 下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的技术方案仅仅是本发明一部分，而不是全部。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。

[0016] 图1示出了本发明实施例一提供的一种人工智能辅助的智能健康监测与服务系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中的一种人工智能辅助的智能健康监测与服务系统，包括视力保护仪、智能视力识别管理模块以及视力矫正调整模块，视力保护仪与智能视力识别管理模块相连接，智能视力识别管理模块与视力矫正调整模块相连接；视力保护仪用于通过超声波测量用户面部图像与视力保护仪之间的距离；
智能视力识别管理模块用于获取对视力检测产生影响的参数；
视力矫正分析与调整模块用于分析通过视力保护仪进行视力检测时需要进行的校正。

[0017] 智能视力识别管理模块包括云端数据处理中心、摄像头、第一检测单元、第二检测单元以及第三参数获取单元；摄像头与第一检测单元、第二检测单元分别相连接，第一检测单元、第二检测单元、第三参数获取单元分别与云端数据处理中心相连接；云端数据处理中心用于存储第一检测单元、第二检测单元以及第三参数获取单元获取的参数；
摄像头用于实时捕捉用户面部图像，并获取用户标准面部图像；
第一检测单元用于提取用户标准面部图像，并对用户标准面部图像进行分割，分割为若干脸部关键区域，在每个脸部关键区域内设置关键点，确定标准眼部区域以及标准眼部区域内关键点的位置参数；再提取用户面部图像，并对用户面部图像进行分割，分割为若干脸部关键区域，在每个脸部关键区域内设置关键点，确定眼部区域以及眼部区域内关键点的位置参数；
第二检测单元用于获取用户阅读时间内的头部特征变化值；头部特征变化值即通过获取用户在阅读时间内各时刻的头部移动速度变化值，头部移动速度变化值通过用户在阅读时间内各时刻的眼部区域内关键点的位置参数的变化获取，具体获取的计算公式为：
;
式中： 为i时刻时的头部特征变化值， 为i+1时刻眼部区域内关键点h
的位置坐标， 为i时刻眼部区域内关键点h的位置坐标， 为时刻i+1与时刻i之间的时间间隔。

[0018] 第三参数获取单元用于通过视力保护仪进行超声波测距，获取用户标准面部图像内各关键点与视力保护仪之间的第一测距长度范围参数，并获取用户阅读时间内各时刻的面部关键点与视力保护仪之间的第二测距长度范围参数。

[0019] 摄像头能够实时捕捉用户的面部图像，并立即获取用户的标准面部图像。这使得系统能够在用户进行视力相关活动时，随时获取最新的数据，确保信息的及时性和准确性；第一检测单元对用户面部图像进行详细的分割，并在关键区域内设置关键点，尤其是确定标准眼部区域和眼部区域内关键点的位置参数，能够更加精准地评估和调整用户的视力保护措施；通过第二检测单元的头部特征变化值的计算，能够实时监测用户的头部运动状态，并根据这些数据动态调整视力保护措施，提供即时的反馈，通过多个检测单元采集不同类型的参数，并结合这些参数进行综合分析，例如利用头部特征变化值和测距长度范围参数来校正和优化视力检测，能够提高系统的检测精度和矫正效果；根据实时采集的数据，系统能够自动调整视力矫正策略，如：当检测到用户的头部运动幅度过大时，系统可以及时发出警告或自动调整视力保护措施，从而避免因为不良姿势导致的视力问题。

[0020] 视力矫正调整模块包括第一偏差调整模块、第二偏差调整模块、第三偏差调整模块以及视力检测校正模块；第一偏差调整模块、第二偏差调整模块、第三偏差调整模块分别与视力检测校正模块相连接；第一偏差调整模块用于提取第一检测单元中的标准眼部区域以及标准眼部区域内关键点的位置参数和实时眼部区域以及眼部区域内关键点的位置参数；基于标准眼部区域获取标准关键点个数，基于实时眼部区域获取实时关键点个数；将标准眼部区域内关键点的位置参数以及实时眼部区域内关键点的位置参数导入至第一偏差分析模型中进行第一偏差值的计算，第一偏差分析模型的公式为：
;
式中： 为第一偏差值，为用户在阅读时间内的时刻总数， 为标准关键点个数，为第i个时刻的实时眼部区域内的关键点个数， 为第i+1个时刻的实时眼部区域内的关键点个数，为集中关键点数量序列的均值。

[0021] 在用户的阅读过程中动态监测眼部区域关键点数量的变化，通过实时比较标准眼部区域和当前的眼部区域，能够快速检测到用户姿势或视角的偏差，从而提供及时的反馈和调整建议；通过对标准关键点和实时关键点的数量进行比较，并结合关键点数量的序列均值，能够更精准地分析眼部区域的变化情况，有助于提高视力矫正的精度，防止因微小的姿势或角度变化引起的视力偏差；通过计算实时眼部关键点数量的变化来量化偏差，这使得偏差分析不再依赖于单一的测量值，而是通过多时刻的平均变化量来评估，基于数量变化的评估方法更加合理和稳定，避免了偶然的误差对整体校正的影响；通过持续的偏差调整，帮助用户保持一个相对稳定和舒适的阅读姿势，从而减少因姿势不当导致的视觉疲劳，有助于提升用户的阅读体验，还能够保护用户的视力健康。

[0022] 获取实时眼部区域以及眼部区域内关键点的位置参数，根据用户在阅读时间内各时刻的实时眼部区域，获取实时关键点个数，并将各时刻的实时眼部区域内的关键点个数按照由小到大的顺序进行排列获取关键点数量序列，去除关键点数量序列内的最大值以及最小值获取集中关键点数量序列，计算集中关键点数量序列的均值的公式即：;
式中：为集中关键点数量序列的均值， 为集中关键点数量序列中第i个时刻的实时眼部区域内的关键点个数，为用户在阅读时间内的时刻总数。

[0023] 通过去除关键点数量序列中的最大值和最小值，能够有效过滤掉异常值，这些异常值可能是由于短暂的测量误差或用户突然的头部移动或眼部闭合因素造成的，去除这些异常数据后，计算得到的均值更能代表用户的实际用眼状态；集中关键点数量序列排除了极端值，使得计算的均值更加稳定，提高系统对用户眼部区域实时变化的响应的准确性，避免因少数异常情况导致整体偏差分析结果的不准确；通过计算去除了极端值后的关键点数量序列的均值，获得一个更加稳定的指标，作为判断用户眼部区域变化的基础数据，能够更准确地反映用户在大部分时间内的用眼情况，进而提高偏差分析的准确性。

[0024] 第二偏差调整模块用于提取用户阅读时间内的头部特征变化值，基于头部特征变化值构建第二偏差分析模型进行第二偏差值的计算，第二偏差分析模型的公式为：；
式中： 为第二偏差值，为用户在阅读时间内的时刻总数， 为i+2时刻
眼部区域内关键点h的位置坐标， 为时刻i+2与时刻i+1之间的时间间隔， 为i+
1时刻眼部区域内关键点h的位置坐标， 为i时刻眼部区域内关键点h的位置坐标，为时刻i+1与时刻i之间的时间间隔。

[0025] 其中， 表示在i+1到i+2时刻之间，眼部关键点h的运动速度；表示在i到i+1时刻之间，眼部关键点h的运动速度；通过对两个速度值
的差异进行累加，最终对这些差异取平均值，得到第二偏差值，反映了用户在阅读过程中，眼部位置的稳定性或波动程度，较大的偏差值意味着在阅读期间用户的头部或眼部位置有较大的变化或不稳定。

[0026] 通过计算不同时间点眼部关键点的运动速度并比较这些速度的变化，能够非常精准地检测到用户头部和眼部位置的稳定性，有助于识别微小的头部或眼部移动，从而及时发现可能影响视力的姿势变化；当系统检测到较大的第二偏差值时，意味着用户的头部或眼部位置在阅读过程中存在显著变化，偏差值的计算和分析使得系统能够根据用户的实际用眼情况动态调整视力保护措施，对于检测到的姿势不稳定或头部移动过大，能够自动进行矫正或提示用户，从而提高视力保护的准确性和有效性；由于每个用户的阅读姿势和习惯都可能不同，该模块能够根据用户的具体头部运动模式进行个性化的分析和调整，提高了系统的灵活性，使其能更好地满足不同用户的需求；通过检测和反馈头部和眼部的稳定性，能够帮助用户保持良好的阅读姿势，减少由于头部或眼部不稳定引起的视觉疲劳，有助于改善用户的阅读体验，使得长时间用眼更加舒适。

[0027] 第三偏差调整模块用于提取第一测距长度范围参数以及第二测距长度范围参数，将第一测距长度范围参数以及第二测距长度范围参数导入至第二偏差分析模型中，进行第三偏差值的计算，第三偏差分析模型的公式为：；
式中： 为第三偏差值，为用户标准面部图像内第j个关键点与视力保护仪之间的第一测距长度参数， 为用户标准面部图像内各关键点与视力保护仪之间的第一测距长度参数的均值， 为用户标准面部图像内各关键点与视力保护仪之间的第一最大测距长度参数， 为用户标准面部图像内各关键点与视力保护仪之间的第一最小测距长度参数，为用户标准面部图像内关键点个数，为防止分母为零的调整参数，为i时刻的面部关键点个数， 为i时刻第e个面部关键点与视力保护仪之间的第二测距长度参数， 为i时刻面部关键点与视力保护仪之间的第二测距长度参数的均值， 为i时刻面部关键点与视力保护仪之间的第二最大测距长度参数， 为i时刻面部关键点与视力保护仪之间的第二最小测距长度参数，为用户在阅读时间内的时刻总数。

[0028] 其中， 表示在整个阅读时间内，对每个时刻的所有面部关键点与测距均值之间的归一化绝对差异的累加，用于衡量面部关键点之间的测距变化情况，表达的是用户在阅读期间，各时刻面部关键点的测距参数相对于时刻均值的归一化差异的总和，表示在整个阅读时间内的测距稳定性； 表示用户标准面部图像中所有关键点与测距均值之间归一化绝对差异的平均值，提供了一个标准参考，用于与时刻i的测距情况进行比较，表达的是标准面部图像中所有关键点的测距参数相对于均值的归一化差异的平均值，表示一个稳定的测距基准。

[0029] 通过累加整个阅读时间内各时刻的测距数据，能够综合考虑用户在整个阅读过程中的头部位置变化，捕捉到所有可能影响视力的细微变化，从而提供更全面的分析；通过归一化处理，能够有效消除不同测距数据量级差异带来的影响，使得不同时刻和不同用户之间的数据具有可比性，也使得偏差分析更加公平和准确，避免了由于个体差异或设备特性引起的测距结果偏差；通过计算用户标准面部图像的测距均值和归一化差异的平均值，系统建立了一个稳定的基准，使得系统能够判断在不同时间段内，用户的头部位置是否偏离了初始的标准位置，从而及时发现和纠正不良的用眼行为；第三偏差调整模块能够准确监控用户在阅读过程中的头部位置变化，并与标准基准进行对比，提供个性化的视力保护调整，不仅提高了系统的精准度和可靠性，还增强了用户体验，有助于有效保护视力。

[0030] 视力检测校正模块基于第一偏差值、第二偏差值以及第三偏差值分析视力检测校正值，获取预设的标准阅读距离，将第一偏差值、第二偏差值、第三偏差值以及预设的标准阅读距离导入至视力检测校正模型中，进行视力检测校正值的计算，视力检测校正模型的公式为：；
式中： 为视力检测校正值，为调整系数， 为i时刻视力保护仪输出的阅读距离， 为预设的标准阅读距离，为第三偏差值， 为第二偏差值， 为第一偏差值。

[0031] 将视力检测校正值与预设的视力检测校正阈值进行比较，若视力检测校正值大于等于预设的视力检测校正阈值，则视力保护仪对于用户的视力矫正存在偏差；若视力检测校正值小于预设的视力检测校正阈值，则视力保护仪对于用户的视力矫正不存在偏差。

[0032] 通过综合分析第一偏差值、第二偏差值和第三偏差值，将它们与预设的标准阅读距离结合起来，进行视力检测校正值的计算，多维度的分析方法能够更全面地反映用户在实际阅读过程中可能存在的各种偏差，从而进行更精准的视力矫正；通过引入调整系数能够根据具体情况灵活调整各偏差值对视力校正值的影响，使得校正模型可以适应不同用户的需求和不同的使用环境，提高了视力矫正的精准度；通过实时计算视力检测校正值，并与预设的阈值进行比较，能够及时发现视力保护仪对用户视力矫正的偏差情况，并在必要时进行调整或提示用户，从而提高视力保护的有效性。

[0033] 调整系数通过云端数据处理中心的历史数据确定，通过提取历史数据中的i时刻视力保护仪输出的阅读距离、预设的标准阅读距离、第三偏差值、第二偏差值以及第一偏差值，设定一个初始调整系数 ，代入视力检测校正模型公式中进行运算，通过定义误差函数衡量模型预测值与目标校正值之间的差异，其中定义误差函数公式为：；
式中： 为误差函数输出结果，为样本个数， 为第c组样本的预测视力检测校正值， 为第c组样本的目标视力检测校正值；
再通过梯度下降优化算法最小化误差函数，梯度下降优化算法的公式为：
；
式中： 为更新后的调整系数， 为更新前的调整系数，为学习率， 为误差函数关于调整系数的导数，为时间；
通过不断更新迭代调整系数，直至误差函数输出结果收敛到最小值或达到预设的误差阈值。

[0034] 本发明实施例通过第一检测单元、第二检测单元以及第三参数获取单元获取对视力检测产生影响的参数，基于参数分析进行视力检测时需要进行的校正，通过实时检测和动态调整，解决了现有智能护眼设备在用户姿势变化时难以准确矫正的问题，不仅显著提高了视力保护的准确性和有效性，还通过智能化和个性化的矫正方案，增强了用户体验和健康管理效果，最终帮助用户更好地保护视力，预防视力问题。

[0035] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

[0036] 最后：以上所述仅为本发明的优选方案而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。