1.本发明涉及防护用品与3d打印技术领域，具体涉及一种基于云平台的布口罩支架设计最优方案决策系统。
背景技术：
2.工业粉尘、生物病毒等暴露因素，为工业接尘工作者、医护人员乃至疫情期间大众带来了不可忽视的健康风险。作为常见的呼吸防护设备，各式各样的口罩为佩戴者提供了保护作用。因此，口罩的防护性能和实际效用是最受关注的因素。口罩的密合性反映了口罩与佩戴者佩戴口罩时头面部的贴合程度，贴合程度越好，密合性则越高，口罩的实际效用越高。然而，由于不同的口罩佩戴者的面部差异较大造成同类型的防护口罩与不同使用者的面部贴合程度有所区别，从而导致了口罩对不同的佩戴者的存在密合性差异。
3.在口罩中设置支架可以作为提高佩戴口罩时的密合性的一种手段，然而使用者的面部差异同样会引起口罩支架对不同使用者的差异性。因此需要一种基于使用者面部三维特征以及云平台的口罩支架设计的最优方案决策的个性化口罩支架。
技术实现要素：
4.根据本发明的目的提出的一种基于云平台的布口罩支架设计最优方案决策系统，包括人脸三维建模装置、口罩支架三维打印装置、口罩支架密合度检测装置、云决策平台和客户端；所述人脸三维建模装置包括人脸三维尺度空间数据采集模块和三维建模数据云端传输模块；所述口罩支架三维打印装置包括三维模型打印模块和口罩支架三维模型数据云端传输模块；所述口罩支架密合度检测装置包括基于低成本传感器的口罩支架密合度检测模块与密合度数据云端传输模块；所述云决策平台包括智能化数据汇聚处理模块、口罩支架设计信息数据库、最优方案决策模块和动态优化模块。
5.优选的，所述人脸三维尺度空间数据采集模块采用结构光技术利用多组相机矩阵实现人脸三维数据的获取；所述三维建模数据云端传输模块将三维数据传输至云端处理器；优选的，所述口罩支架三维数据云端传输模块获取云决策平台输出的与人脸密合度高的口罩支架三维数据；所述三维模型打印模块采用光固化三维打印机技术利用柔性abs材料实现口罩支架模型的制作；优选的，所述基于低成本传感器的口罩支架密合度检测模块通过实时测量检测过程中口罩佩戴者的口罩内颗粒物数量浓度与测量环境中的颗粒物数量浓度的比值，来反映口罩佩戴者与口罩之间的贴合的密合程度；所述密合度数据云端传输模块将密合度数据传
输至口罩支架设计信息数据库；优选的，所述口罩支架设计信息数据库是通过海量的组合实验建立的，即扫描海量的人脸三维模型数据，针对开源的口罩支架模型进行训练改造，并采用多种点云优化算法对于口罩支架三维数据的点云进行进一步优化设计，通过基于低成本传感器的口罩密合度检测模块获取不同点云优化方向下的口罩支架密合度演化规律，建立口罩支架设计信息数据库；优选的，所述最优方案决策模块中针对获得的人脸三维尺度空间数据，在口罩支架设计信息数据库基础上通过blending深度集成机器学习算法训练以筛选与人脸密合度最高的点云分布为目的的分类模型进行计算，获取与人脸密合度最高的多组口罩支架三维数据组；优选的，所述动态优化模块根据人脸三维模型、密合度检测数据和用户反馈不断优化更新原口罩支架设计方案，每隔一定周期(一周/一个月/两个月)对比改善前后的用户体验反馈和密合度检测，调整相应的口罩支架点云优化方向；优选的，所述客户端为多平台互通设计，移动端和桌面端互通，ios、安卓、windows等平台互通。
6.与现有技术相比，本发明公开的一种基于云平台的布口罩支架设计最优方案决策系统的优点是：（1）本发明中的一种基于云平台的布口罩支架设计最优方案决策系统，可基于人脸三维建模装置采集人脸三维尺度空间数据，结合低成本传感器口罩支架密合度检测模块，由云决策平台中的最优方案决策模块输出布口罩支架设计方案至客户端，并由动态优化模块基于更新数据提出持续改进方案。本发明可最大程度、最优化的提高口罩与人脸的密合度，提高布口罩的安全防护能力。（2）本发明中的一种基于云平台的布口罩支架设计最优方案决策系统，通过进行海量的组合实验，即扫描海量的人脸三维模型数据，针对开源的口罩支架模型进行训练改造，并采用不同点云优化算法对于口罩支架三维数据的点云进行进一步优化设计，通过基于低成本传感器的口罩密合度检测模块获取不同点云优化方向下的口罩支架密合度演化规律，建立口罩支架设计信息数据库；并且采用blending深度集成机器学习算法训练以筛选与人脸密合度最高的口罩支架设计方案为目的的分类模型进行计算，获取与人脸密合度最高的多组口罩支架三维数据组。
附图说明
7.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
8.图1为一种基于云平台的布口罩支架设计最优方案决策系统的整体结构图。
具体实施方式
9.下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
10.参见图1所示，本发明实施例提供一种基于云平台的布口罩支架设计最优方案决策系统，包括人脸三维建模装置、口罩支架三维打印装置、口罩支架密合度检测装置、云决策平台和客户端人脸三维建模装置包括人脸三维尺度空间数据采集模块和三维建模数据云端传输模块。人脸三维尺度空间数据采集模块中设有相机矩阵，由若干相机阵列组成，架设于待测者头部四周与上方，从不同的角度对待测者脸部进行多次拍摄，获取多个图片组；设置相机矩阵架设于待测者头部四周与上方，通过一次拍摄获取一组照片，从不同的角度对待测者头部进行多次拍摄，可获得多个照片组，基于获取到的多个图片组中的每一个图片组，生成建模主体的多个三维模型，将合成的三维模型分割成多个合成区域，实现合成区域与被合成区域的相对应，并从中提取特征点，通过相同的特征点对本分割区域进行重新合成，并利用相同的特征点的深度值进行坐标变换，从而更加准确的完成室内三维建模。最终合成的三维模型通过三维建模数据云端传输模块传输到云决策平台。
11.口罩支架三维打印装置包括三维模型打印模块和口罩支架三维模型数据云端传输模块；云平台输出多组与人脸密合度最高的口罩支架三维数据模型，并在客户端实现三维模型可视化，客户端选择一组数据经口罩支架三维模型数据云端传输模块将三维数据传输至口罩支架三维打印装置，三维模型打印模块将获取的三维模型数据进行面相切片，并且通过光固化技术采用柔性abs材料完成口罩支架的打印工作。
12.基于低成本传感器的口罩支架密合度检测装置包含用于检测颗粒物数量浓度的光学颗粒计数传感器，用于控制检测气路的入口端的电磁阀，用于为测试口罩做取样端口的探针工具，用于产生适合测试的恒定流速的隔膜真空泵，用于流程化测试口罩支架密合度的测试流程。测试过程为测试者在测试前正确的佩戴所测试的口罩，在测试流程的指示佩戴口罩依次完成测试规程中不同的测试动作，通过测算过程中口罩内外颗粒物数目的比值来量化测试者佩戴口罩的密合程度，为云决策平台提供必要的数据支持。
13.云决策平台包括智能化数据汇聚处理模块、口罩支架设计信息数据库、最优方案决策模块和动态优化模块。智能化数据汇聚处理模块汇聚人脸三维建模装置、口罩支架密合度检测装置和口罩支架三维打印装置的数据信息，处理后传输给最优方案决策模块进行决策。口罩支架设计信息数据库中的所有数据由海量的组合实验得到：即扫描海量的人脸三维模型数据，针对开源的口罩支架模型进行训练改造，并采用不同点云优化算法对于口罩支架三维数据的点云进行进一步优化设计，通过基于低成本传感器的口罩密合度检测模块获取不同点云优化方向下的口罩支架密合度演化规律，建立口罩支架设计信息数据库。口罩支架密合度演化规律是指在某种特定算法的点云优化方向下，进行口罩支架打印与密合度检测，口罩支架模型与人脸密合度之间的演变规律，基于此可优化选取点云优化方向及在得到客户端反馈后及时更换口罩支架设计。
14.通过海量的组合实验获取口罩支架设计信息的实验方案如下：步骤一，获取人脸三维尺度空间数据集：利用人脸三维建模装置，采用相机阵列对于测试者脸部进行三维扫描，实现面部三维数据采集与建模。
15.步骤二，不同口罩支架设计三维实现：将完整的开源口罩支架模型导入三维处理软件，通过追踪基础设计的最内层生成切割面，之后利用网格相交实现2mm间隔相交切割表
面，获得刻划曲线，之后通过刻划曲线拟合非均匀有理基样条曲面，实现初步框架设计，之后将人脸三维尺度空间数据导入，针对人脸点云特征对框架进行多方向优化设计，并将优化后的口罩支架三维模型数据传输至口罩支架三维打印装置，完成口罩支架三维实现。
16.步骤三，在步骤二的基础上，基于口罩支架密合度检测装置，测试者使用搭建完成的口罩支架配合口罩进行口罩密合性测试。测试过程为测试者在测试前正确的佩戴所测试的口罩，在测试流程的指示下佩戴口罩依次完成测试规程中不同的测试动作，通过测算测试过程中口罩内外颗粒物数目的比值来量化测试者佩戴口罩的密合程度，实现口罩支架三维模型与密合度之间的匹配关系。通过海量的测试实验确定与人脸密合度最高的点云优化方向：建立口罩支架设计信息数据库包括以下步骤：第一步，初始数据装入：将人脸三维尺度空间数据，口罩支架三维模型数据，口罩支架密合度等数据作为数据库初始数据装入；第二步，功能构建：利用结构化查询语言，实现数据存取、管理、通信和维护数据库系统的功能；具体为：1）数据存取：利用数据操纵语言，在数据库内实现基本存取功能，包括检索、插入、修改和删除操作；2）数据库运行管理：管理、存取与多个训练和筛选需求对应的多个文件及相关配置；3）数据传输：数据库提供处理数据的传输，实现用户程序与数据库之间的通信，通常与操作系统协调完成；4）维护功能：数据库的转储、云端连接、恢复、重组织、系统性能监视、分析功能。
17.构建云决策平台，包括：1）智能化数据汇聚处理模块：针对获得的相关数据进行整合，并且对数据进行审核、筛选、排序等预处理操作后进行数据集成、数据变换操作；2）分类器构建：在口罩支架设计信息数据库的基础上，运用包括使用主成分分析、线性判别分析、卷积神经网络、支持向量机等方法对于口罩支架点云进行多角度数据特征提取，之后建立两层blending深度集成学习模型，其中首先分别单独使用catboost，lightgbm，xgboost，snm,knn以及randomforest基模型以训练集的80%数据进行训练，训练集的20%数据用于验证，依据不同基模型的预测结果得分动态筛选得分高的基模型，之后针对动态选取的优化模型作为第一层预测模型对口罩支架设计信息数据库中的相关数据进行训练与交叉验证，得到测试机的预测特征，并且将预测特征结果输入第二层训练好的单层感知机中，第二层单层感知机采用逻辑回法或者svm模型对相关数据进行训练以筛选密合度高的口罩支架设计方案为目的的分类模型；3）与口罩支架设计信息数据库进行通信管理：从口罩支架设计信息数据库中导入与筛选需求对应的数据及配置，利用训练好的分类器依据人脸三维尺度数据对于口罩支架设计做出测试和判断，给予初步多组密合度高的口罩设计筛选方案，并且根据用户需求动态筛选密合度高的最佳口罩支架设计筛选方案4)依据3)中求得的最佳口罩支架筛选方案实现客户端口罩支架的三维模型重塑，通过客户端显示给用户。并且将结果存入口罩支架设计信息数据库，实现数据管理和筛选业务平台化；4）效能自评价：每隔一定周期(一周/一个月/两个月)对比改善前后的用户体验反馈和密合度检测，调整相应的口罩支架点云优化方向，由云决策平台对口罩支架设计选择方案进行持续优化。
18.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相
一致的最宽的范围。