一种基于专注状态识别的自适应照明控制方法及系统与流程

本发明涉及智能照明，尤其涉及一种基于专注状态识别的自适应照明控制方法及系统。

背景技术：

1、随着对健康照明研究的深入，照明环境对人体视觉舒适度、认知效率和疲劳程度的影响已得到广泛关注。研究表明，不同的照度水平和色温组合会对人的注意力集中程度、工作效率和视觉疲劳产生显著影响。例如，高色温冷白光有助于短时间内提高警觉性和专注度，而长时间暴露于高色温光源下则会加速视觉疲劳和精神疲劳；低色温暖白光有助于放松和缓解疲劳，但可能降低警觉性。然而，现有灯具在照明参数的设定上存在以下不足：

2、现有智能灯具即使具备自动调光或场景模式切换功能，其灯光参数的调整依据仍然是环境光照度、预设时间表或用户手动选择，而非使用者当前的实际专注状态。在一次持续的学习或阅读过程中，使用者的专注程度并非恒定不变，而是会随时间推移呈现动态波动——通常经历"进入专注→维持专注→专注衰减→疲劳分散"的周期性变化。现有灯具在整个过程中始终输出固定的照明参数，无法感知使用者专注程度的实时变化，更无法据此动态调整照明条件以适配不同专注阶段的照明需求。

3、准确判定使用者的专注程度需要综合多个维度的信息。面部微表情（如眉头紧锁、嘴角微动等）能够反映使用者的情绪和心理投入程度；人脸状态特征（如眼睑开合度、眨眼频率、瞳孔变化、注视方向稳定性、头部姿态等）能够直接反映使用者的视觉注意力和警觉水平；时间维度信息（如持续学习时长、当前时段在一天中的位置等）能够反映疲劳累积程度和生理节律对专注力的影响。现有灯具不具备上述任何维度信息的采集和分析能力，更不具备将多维度信息进行融合以实现专注程度精细化评估的技术手段。

4、即使能够识别出使用者当前的专注程度，仅依据当前时刻的专注程度静态地调节照明参数也是不够的。理想的照明控制策略应当能够分析专注程度随时间的变化趋势，在专注度开始下降但尚未显著衰减时及时进行照明参数的微调以辅助维持专注状态，在检测到疲劳征兆加重时主动调整照明参数以缓解疲劳，甚至在合适时机提示使用者休息。现有灯具不具备这种基于状态变化趋势的预判和主动干预能力。

5、现有具有色温调节功能的灯具，其色温的设定通常是用户手动选择或基于时间自动切换（如模拟日出日落的色温变化），未能与使用者的实时专注状态和疲劳程度建立动态关联。照明科学研究已表明，在专注初期适当提高色温有助于激发警觉性，在专注中后期适当降低色温有助于缓解眼部疲劳，在疲劳状态下进一步降低色温和照度有助于引导放松和恢复。现有灯具无法依据使用者的实时状态自动执行这种精细化的色温动态策略。

6、现有阅读灯具无法实时感知使用者的专注程度及其变化趋势，无法根据使用者在持续用眼过程中专注度的动态变化，自适应地调节照明参数以延长有效专注时间并缓解疲劳。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于专注状态识别的自适应照明控制方法及系统，以解决现有技术中现有阅读灯无法实时评估使用者的专注程度等级及其变化趋势，无法根据专注程度的动态变化自适应调节照度和色温以延长有效专注时间并缓解疲劳的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于专注状态识别的自适应照明控制方法，包括：

4、s1：通过设置于灯体上的图像采集装置，实时采集使用者的面部图像；

5、s2：对所述面部图像进行特征提取，获取使用者的微表情特征和人脸状态特征，所述人脸状态特征包括眼部状态特征和头部姿态特征；

6、s3：获取与使用者当前用眼活动相关的时间维度信息，所述时间维度信息至少包括当前会话的持续用眼时长；

7、s4：对所述微表情特征、所述人脸状态特征和所述时间维度信息进行融合分析，确定使用者当前的专注程度等级，并分析所述专注程度等级随时间的变化趋势；

8、s5：根据所述专注程度等级及其变化趋势，从预设的照明参数策略中获取对应的目标照度和目标色温，并控制光源模组将当前照度和色温调节至所述目标照度和目标色温；其中在专注程度下降时同步提高照度和色温，在专注程度等级为疲劳状态时降低色温并降低照度。

9、所述专注程度等级包括深度专注、一般专注、轻度分散、明显分散和疲劳状态五个等级，其中深度专注对应的评估分值最高，疲劳状态对应的评估分值最低。

10、步骤s4中分析所述专注程度等级随时间的变化趋势包括：以预设的时间窗口为单位，记录连续多个时间窗口内的专注程度等级或专注评估分值，并据此确定所述变化趋势，所述变化趋势包括上升趋势、稳定趋势、缓慢下降趋势和急剧下降趋势。

11、步骤s5中根据所述专注程度等级及其变化趋势进行调节包括：

12、当所述专注程度等级为深度专注时，维持当前照度和色温不变，或将照度和色温调节至预设的最佳阅读照度范围和最佳阅读色温范围内；

13、当所述专注程度等级为一般专注且变化趋势为缓慢下降趋势时，将色温提高第一预设增量且将照度提高第一预设比例；

14、当所述专注程度等级为轻度分散时，将色温提高第二预设增量且将照度提高第二预设比例，所述第二预设增量大于所述第一预设增量，所述第二预设比例大于所述第一预设比例；

15、当所述专注程度等级为明显分散时，将色温提高第三预设增量且将照度提高第三预设比例，并控制提醒装置发出提醒信号，所述第三预设增量大于所述第二预设增量，所述第三预设比例大于所述第二预设比例；

16、当所述专注程度等级为疲劳状态时，将色温逐步降低至暖光色温区间、将照度逐步降低至预设的舒适放松照度水平，并控制提醒装置发出休息提醒信号。

17、所述眼部状态特征包括以下参数中的至少两项：眼睑开合度、单位时间内的眨眼频率、单次眨眼持续时长、注视方向偏移量、注视方向稳定性指标、瞳孔直径；所述头部姿态特征包括以下参数中的至少一项：头部偏航角、头部俯仰角、头部翻滚角、单位时间内的头部姿态变化幅度；所述微表情特征包括以下参数中的至少一项：眉间距变化量、嘴角下拉程度。

18、所述时间维度信息还包括以下信息中的至少一项：距上次休息的间隔时长、当日累计用眼总时长、当前时刻在一天中所处的时段标签。

19、步骤s5中所述调节为渐变调节，包括：在预设的过渡时间内，将照度从当前值按线性或曲线方式渐变至目标照度，同时将色温从当前值按线性或曲线方式渐变至目标色温。

20、所述深度专注对应的目标照度为300-500lx、目标色温为4000-4500k；所述第一预设增量为100-200k、所述第一预设比例为5%-10%；所述轻度分散对应的目标色温为4500-5000k、所述第二预设比例为10%-20%；所述明显分散对应的目标色温为5000-5500k；所述疲劳状态对应的目标色温为2700-3000k、目标照度为100-200lx。

21、一种基于专注状态识别的自适应照明控制系统，包括：

22、图像采集装置，设置于灯体上，用于实时采集使用者的面部图像；

23、特征提取单元，与所述图像采集装置连接，用于对所述面部图像进行特征提取，获取使用者的微表情特征和人脸状态特征，所述人脸状态特征包括眼部状态特征和头部姿态特征；

24、时间分析单元，用于获取与使用者当前用眼活动相关的时间维度信息，所述时间维度信息至少包括当前会话的持续用眼时长；

25、专注状态评估模块，分别与所述特征提取单元和所述时间分析单元通信连接，用于对所述微表情特征、所述人脸状态特征和所述时间维度信息进行融合分析，确定使用者当前的专注程度等级，并分析所述专注程度等级随时间的变化趋势；

26、光源模组，设置于灯头内，其照度和色温可调；

27、照明参数调节模块，分别与所述专注状态评估模块和所述光源模组通信连接，用于根据所述专注程度等级及其变化趋势，从预设的照明参数策略中获取对应的目标照度和目标色温，并控制所述光源模组将当前照度和色温调节至所述目标照度和目标色温，且在专注程度下降时同步提高照度和色温，在专注程度等级为疲劳状态时降低色温并降低照度。

28、所述光源模组包括色温不同的第一led灯珠阵列和第二led灯珠阵列，所述照明参数调节模块用于分别调节所述第一led灯珠阵列和所述第二led灯珠阵列的驱动功率比例以调节色温，同步调节两组灯珠阵列的总驱动功率以调节照度。

29、本发明具有如下有益效果：

30、本发明对反映心理投入的微表情特征、反映视觉注意力与警觉的眼部状态特征、反映注意力指向与稳定性的头部姿态特征，以及反映疲劳累积与生理节律的时间维度信息进行融合分析，克服了仅依据单一维度信息判定专注程度时全面性与准确性不足的问题，能够对使用者的专注程度作出更为全面、准确的评估。

31、本发明不仅评估使用者当前的专注程度等级，还通过对连续多个时间窗口的记录分析其随时间的变化趋势，从而能够在专注程度出现显著衰减之前即识别出其下降趋势并提前进行照明调节，将干预时机前移至专注衰减的早期阶段，有助于辅助使用者维持专注状态。

32、本发明根据专注程度等级及其变化趋势，对照度与色温进行协同调节：在专注程度下降时同步提高照度与色温以增强警觉、辅助维持专注；在使用者进入疲劳状态时降低色温至暖光区间并降低照度，以引导放松、缓解视觉与精神疲劳。照度与色温的协同调节相较于二者各自独立的调节更符合用眼过程中的实际需要。

33、此外，本发明通过对色温不同的两组led灯珠阵列的驱动功率比例及总驱动功率进行调节，实现了色温与照度的连续可调，并可通过补充光源在疲劳状态下进入疲劳缓解模式，进一步提升了对使用者用眼状态的照明支持能力。