[發明專利]一種云邊端協同智能嬰兒護理系統及方法

在審

• 申請號: 202211398455.4
• 申請日: 2022-11-08
• 公開（公告）號: CN115715671A
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 譚明奎;陳良瑋;陳耀佛;胡瑋文;游增;曾景輝;吉冬昱;連梓豪;鄧煒滔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61B5/0205
• 分類號: A61B5/0205;A61B5/107;A61B5/00;G06N3/098
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

本發明公開了一種云邊端協同智能嬰兒護理系統及方法，其中系統包括：傳感器模塊，用于采集嬰兒床上的圖像信息和聲音信息；邊緣設備，用于根據采集的圖像信息和聲音信息進行哭聲識別以及體征識別；云端設備，用于對檢測模型進行訓練以及更新，以及根據識別結果輸出提示信息；其中，采用跨邊云的協同框架來實現邊緣端與云端設備之間的應用管理、外設管理、部署以及通信。本發明在邊緣與云端之間進行協同，合理優化任務分配策略，拆解智能算法，利用云端強大的計算能力承擔公共的計算任務，減輕邊緣的計算壓力，滿足智能算法、算力需求。本發明可廣泛應用于嬰兒監護技術領域。

技術領域

本發明涉及嬰兒監護技術領域，尤其涉及一種云邊端協同智能嬰兒護理系統及方法。

背景技術

每年都有成千數萬名嬰兒突然的意外死亡，其中嬰兒猝死綜合癥(又稱搖籃死亡)仍然是導致全球嬰兒死亡的主要因素。最常見的原因是床上用品阻塞了嬰幼兒的呼吸道和監護者身體壓到嬰兒身上導致嬰兒窒息死亡。為了降低嬰兒睡眠相關的死亡風險，美國兒科學會發表的最新申明指出，嬰兒出生第一年應與父母睡在同一房間，但嬰兒應睡在自己的空間里(嬰兒床)。近年來，隨著深度學習和物聯網等前沿技術的快速發展，智能化已成為嬰兒床市場新趨勢。一般來說，智能嬰兒床在在傳統嬰兒床的基礎上，附加了監控護理功能，可以實時監控嬰兒在智能嬰兒床上的狀態，幫助監護人實時了解嬰兒動態。

然而，現有智能嬰兒床產品大多基于傳感器采集信息進行簡單的信息處理和邏輯判斷，難以識別和應對復雜場景，無法滿足現實場景下的嬰兒看護需求。為了解決上述問題，部分產品嘗試利用深度學習算法實現智能感知與決策，但是深度學習算法的資源需求大，嬰兒床等邊緣設備處理能力往往受限于計算資源難以滿足。而且智能任務需求多樣，包括數據采集、預處理、計算、控制和反饋等，邊緣端設備往往僅具有單一能力，極大約束了智能化設備的廣泛應用。為了尋求更高的算力解決，部分產品使用云端服務器進行推理，然而云端設備實時性不夠，帶寬不足，能耗較大，不利于數據安全和隱私。

發明內容

為至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一，本發明的目的在于提供一種云邊端協同智能嬰兒護理系統及方法。

本發明所采用的技術方案是：

一種云邊端協同智能嬰兒護理系統，包括：

傳感器模塊，用于采集嬰兒床上的圖像信息和聲音信息；

邊緣設備，用于根據采集的圖像信息和聲音信息進行哭聲識別以及體征識別，其中體征識別包括心率與呼吸頻率測量、口鼻遮掩檢測、身高測量、骨架識別或體溫檢測中的至少一種；

云端設備，用于對檢測模型進行訓練以及更新，以及根據識別結果輸出提示信息；

其中，采用跨邊云的協同框架來實現邊緣端與云端設備之間的應用管理、外設管理、部署以及通信。

進一步地，所述哭聲識別和體征識別采用神經網絡模型來實現；邊緣設備和云端設備通過參數共享和裁剪的方式，減少對任務不敏感的模型參數，從而降低模型存儲和通信開銷、減少網絡規模和降低算力需求；

在網絡通信良好的情況下，神經網絡模型將會被分割，先由云端設備執行模型前端的計算任務，然后云端設備將中間結果傳輸給邊緣設備，由邊緣端執行剩下的檢測工作，得出最終結果；

在網絡通信不好的情況下，邊緣端承擔任全部的檢測工作，以確保能夠實時、快速地獲得最終結果；

此外，云端設備還會根據邊緣設備上傳的數據來訓練模型，并更新邊緣設備上的模型；邊緣設備根據傳感器采集到的信息，使用最新的模型執行檢測任務。

進一步地，所述傳感器模塊包括紅外攝像頭、RGB攝像頭、熱傳感器和麥克風。

進一步地，根據聲音信息進行哭聲識別的具體步驟如下：

對聲音信息進行預處理，獲取音頻信號；