[发明专利]一种基于双单元非对称声场的刷牙质量检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于双单元非对称声场的刷牙质量检测系统及方法，涉及传感器、机器学习和人工智能技术领域。该系统包括声场采集模块、刷牙数据标定模块、统计特征抽取模块、模型训练模块和实时刷牙检测模块。所述的检测方法为：采集标准刷牙音频数据，并进行标定；对标定的音频数据进行统计特征提取，构建标准刷牙方式的双通道音频数据库；构建刷牙检测模型；实时采集用户刷牙过程中的音频数据，进行统计特征提取，利用最优模型输出分类结果，分类结果为18个检测事件。本发明既保证了数据的稳定性，又保证了数据的清晰性和显著性，有效的降低了计算量，构建用户中长期刷牙习惯日志，达到实时刷牙质量和长期用户口腔卫生追踪的目标。

技术领域

本发明涉及传感器、机器学习和人工智能技术领域，具体是一种基于双单元非对称声场的刷牙质量检测系统及方法。

背景技术

刷牙是保护牙齿健康的一种重要方法，刷牙质量对牙齿健康有显著的影响。但随着社会的不断发展，现代城市居民的生活节奏不断加快，特别是在生活紧张、充满竞争的大都市，无论是正在上学的中小学生大学生、还是年轻的上班族，由于日常工作学习任务繁忙，不同程度的忽视了自身健康状态，而日常的牙齿护理就属于其中之一。事实上，在考虑频繁出现口腔健康问题和随之而来的牙齿护理费用高昂的情况下，每天刷牙可能是保持口腔健康的最有效方法。

同时，现在都市的医疗资源的短缺、治疗成本之高，使得看病的时间成本和经济成本都对人民的生活造成很大负担。而刷牙作为我们日常最简单高效、又经济节约的方式，为牙齿的日常护理提供了可靠保障。正确和有效的刷牙方式能够有效去除我们口腔的牙菌斑和防止牙菌斑再生；进而消除牙垢和牙结石等不洁物质在牙齿表面附着的可能，从而避免牙齿发炎出血和脱落等问题。对于生长缓慢，且不可替换的龋齿，相关的保护尤为重要。因此，养成良好的日常刷牙习惯，能够有效保证口腔卫生。

虽然养成良好的刷牙习惯能在一定程度帮助提高口腔卫生，但是如何确保每次刷牙的质量依然难以实现。虽然部分高端电动牙刷通过内置传感器和软件对用户的刷牙质量进行评估，但是由于其价格昂贵，使用低端电动牙刷和普通的一般人群难以承受这种成本。

发明内容

本发明的目的是为用户的刷牙质量提供了一种检测系统及方法，检测系统所使用的硬件设备简单，造价成本低，便于刷牙质量检测的普及；检测方法对正常标准刷牙方式过程中牙刷与不同牙面产生的音频信号进行捕获和识别，利用机器学习的方法训练检测模型，从而对用户的刷牙过程进行检测和评估。

本发明提供的基于双单元非对称声场的刷牙质量检测系统，包括声场采集模块、刷牙数据标定模块、统计特征抽取模块、模型训练模块和实时刷牙检测模块。声场采集模块包括蓝牙耳机和喉麦，分别通过空气介质和人体介质捕获刷牙过程中的音频信号数据。刷牙数据标定模块用于对声场采集模块捕获的音频数据进行标定，进行18个检测事件的标定，18个检测事件包括按巴氏刷牙法设定的16个口腔区域、漱口和空事件。统计特征抽取模块对标定的音频数据，按不同的窗口长度分片，并对对应的时间片内数据进行统计特征抽取，抽取的统计特征包括时域统计特征、频域统计特征和梅尔频率倒谱系数。

声场采集模块对标准刷牙方式的音频数据进行提取并输入刷牙数据标定模块进行标定，标定后的数据在统计特征抽取模块中提取统计特征，建立标准刷牙方式的双通道音频数据库。模型训练模块利用标准刷牙方式的双通道音频数据库，通过不同窗口长度和不同统计特征组合形成不同的训练集，对选取的多个机器学习模型进行训练，对训练好的模型的准确率和性能进行评价，选取其中的最优模型存储到实时刷牙检测模块中。

声场采集模块实时采集用户刷牙过程中的音频数据并输入统计特征抽取模块中提取统计特征，将提取的统计特征输入实时刷牙检测模块中的最优模型，得到分类结果。

实时刷牙检测模块，还对用户刷牙过程中16个口腔区域的清洁时间进行记录，对未达到目标时间的区域在人机交互界面上进行提示。

本发明提供的基于双单元非对称声场的刷牙质量检测方法，包括：