[發(fā)明專利]一種基于Kinect傳感器的人體姿勢矯正裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410355526.1
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN104157107A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁偉利;李勇;顧劍波
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): G08B21/24
• 分類號(hào): G08B21/24
• 代理公司: 石家莊一誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)保健器械領(lǐng)域，尤其是一種利用Kinect傳感器檢測人體關(guān)節(jié)信息對人體姿勢進(jìn)行判斷從而矯正身體姿勢的裝置。?

背景技術(shù)

一直以來，青少年健康成長問題都是人類生活中的重要課題，青少年長時(shí)間的不良坐姿、睡姿或運(yùn)動(dòng)習(xí)慣都會(huì)對青少年骨骼健康成長造成很大影響。?

近年來，三維人體掃描技術(shù)在醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)器材的使用越來越普遍，但提取圖像信息的方法仍存在問題，影響其潛在運(yùn)用。與傳統(tǒng)的3D掃描儀相比,Kinect設(shè)備能在視頻速率下獲得深度圖像數(shù)據(jù)并且不用過分考慮光線和紋理環(huán)境，并且kinect設(shè)備在采集人體骨骼數(shù)據(jù)時(shí)不需要接觸人體，對人體也沒有激光、輻射等損害，采集骨骼數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確快速，且能提供相應(yīng)的反饋信息。而人體形態(tài)姿勢是人體某一部分和其他部分之間的一種靜態(tài)關(guān)系，即關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的相對位置就能確定一個(gè)姿勢，因此可以通過關(guān)節(jié)點(diǎn)位置的重疊交叉或關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的角度進(jìn)行姿勢判定和識(shí)別。可通過對人體進(jìn)行掃描，獲取人體深度數(shù)據(jù)及人體的重要骨骼關(guān)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，然后判斷關(guān)節(jié)點(diǎn)的相對位置是否處于合理狀態(tài)，并為坐臥或運(yùn)動(dòng)時(shí)的人體形態(tài)提供正確的人體關(guān)節(jié)模型。?

在目前市場中，為了預(yù)防和矯正青少年不良坐姿和睡姿，已出現(xiàn)各種功能的姿勢矯正裝置。例如：在專利號(hào)為201120471743.9、專利名稱為坐姿矯正儀的專利中設(shè)計(jì)了一種矯正坐姿的儀器。該儀器由紅外線收發(fā)器、控制器和報(bào)警?器組成，通過紅外線收發(fā)器接收信號(hào)，再通過控制器分析處理信號(hào)后對報(bào)警器進(jìn)行控制，用以對人體坐姿進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。再如，在專利號(hào)為200820083314.2、專利名稱為坐姿矯正器的專利中也設(shè)計(jì)了一種矯正坐姿的裝置，該裝置是將支架通過連接裝置安裝在椅子上，在支架兩側(cè)設(shè)有鉤爪，兩個(gè)鉤爪之間設(shè)有聯(lián)動(dòng)裝置，使兩個(gè)鉤爪可以同時(shí)開合。另外，在專利號(hào)為201210227711.3、專利名稱為一種嬰兒睡姿智能識(shí)別方法及裝置的專利中，通過智能檢測識(shí)別裝置和報(bào)警裝置可遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)看管嬰兒，并具有視頻功能和預(yù)警功能。?

但是，以上所述的各種坐姿矯正裝置或設(shè)備雖然都具備矯正功能和警示功能，可在實(shí)際使用過程中，但都無法對人體骨骼關(guān)節(jié)信息進(jìn)行監(jiān)控和判斷，從而不能精確判斷人體的姿勢以及下一步動(dòng)作，因此上述矯正裝置普遍存在較大誤差，無法滿足使用要求。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過Kinect傳感器獲取人體深度數(shù)據(jù)及人體重要骨骼關(guān)節(jié)坐標(biāo)信息從而判斷人體姿勢的基于Kinect傳感器的人體姿勢矯正裝置。?

本發(fā)明所述矯正裝置包括骨骼信息采集單元、控制單元和報(bào)警單元；?

所述骨骼信息采集單元包括Kinect傳感器、景深數(shù)據(jù)獲取模塊和關(guān)節(jié)點(diǎn)信息處理模塊；景深數(shù)據(jù)獲取模塊由紅外線發(fā)射器、紅外線攝影器和景深數(shù)據(jù)處理器組成，獲取測量空間的圖像景深數(shù)據(jù)；Kinect傳感器將捕捉到的人體紅外信號(hào)通過紅外線發(fā)射器發(fā)送至紅外線攝影器中，紅外線攝影器輸出端與景深數(shù)據(jù)處理器連接，景深數(shù)據(jù)處理器輸出端與關(guān)節(jié)點(diǎn)信息處理模塊連接，關(guān)節(jié)點(diǎn)信息?處理模塊與控制單元連接；關(guān)節(jié)點(diǎn)信息處理模塊從該景深數(shù)據(jù)處理器中提取各關(guān)節(jié)點(diǎn)信息，并將含有關(guān)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及關(guān)節(jié)點(diǎn)名稱的關(guān)節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送給該控制單元；?

所述控制單元包括姿勢判斷模塊和警報(bào)信號(hào)發(fā)送模塊；姿勢判斷模塊由坐姿識(shí)別模塊、睡姿識(shí)別模塊和運(yùn)動(dòng)姿勢識(shí)別模塊組成；姿勢判斷模塊中的各識(shí)別模塊輸入端與關(guān)節(jié)點(diǎn)信息處理模塊連接，各識(shí)別模塊的輸出端與警報(bào)信號(hào)發(fā)送模塊連接；所述控制單元與報(bào)警單元連接并對其控制，將判斷處理后的關(guān)節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送至報(bào)警單元；?

所述報(bào)警單元包括警報(bào)信號(hào)接收模塊、警報(bào)模塊、警報(bào)短信生成模塊和3G模塊；警報(bào)信號(hào)接收模塊的輸入端與控制單元中的警報(bào)信號(hào)發(fā)送模塊連接，警報(bào)信號(hào)接收模塊的輸出端與警報(bào)模塊和警報(bào)短信生成模塊連接，警報(bào)短信生成模塊再與3G模塊連接，3G模塊將警報(bào)短信發(fā)送至通信設(shè)備上。?

本發(fā)明的大體工作過程如下：?

首先，通過Kinect傳感器提取人體姿勢的關(guān)節(jié)點(diǎn)信息，然后進(jìn)行人體圖像采集和記錄，根據(jù)kinect傳感器采集的圖像和數(shù)據(jù)，由樣例特征建模，對樣例圖像的紋理特征及人體骨骼點(diǎn)特征進(jìn)行分析，通過特征融合生成樣例特征模板庫。在實(shí)時(shí)特征分析時(shí)對設(shè)定的監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行特征分析處理，并結(jié)合樣例特征模板庫進(jìn)行姿勢識(shí)別，判斷人體坐姿或睡姿或運(yùn)動(dòng)姿勢是否正確，如果姿勢不正確，姿勢識(shí)別模塊會(huì)將信息傳輸至警報(bào)信號(hào)發(fā)送模塊，通過警報(bào)信號(hào)發(fā)送模塊將報(bào)警信號(hào)發(fā)至警報(bào)信號(hào)接收模塊，最后通過警報(bào)模塊進(jìn)行報(bào)警，并通過3G?模塊向通信設(shè)備發(fā)送文字短信進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。?