[發明專利]基于Kinect骨架追蹤的人體摔倒自動檢測方法

有效

• 申請號: 201510074415.8
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104598896B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 瞿暢;王君澤;陳厚軍;張小萍;朱小龍
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 顧伯興

1.一種基于Kinect骨架追蹤的人體摔倒自動檢測方法，其特征在于：具體步驟如下：

A、準備一臺安裝有KinectDeveloperToolkit-v1.8.0和KinectSDK-v1.8的計算機，KinectSDK-v1.8是Kinect的驅動程序，用于Kinect與計算機相連，進行數據交互，KinectDeveloperToolkit-v1.8.0開發包中包含了Kinect中各傳感器的接口以及應用程序編程接口API；

B、將Kinect安裝于檢測環境內較高位置處，距離地面高度2.5m至4m，并保證Kinect視野內無障礙物遮擋，Kinect的下俯視角可調節；

C、通過計算機開啟基于Kinect骨架追蹤的摔倒自動檢測系統，用戶可以在規定的檢測環境內部自由地進行日常活動；

D、在計算機主機的驅動下，Kinect驅動其自帶的VGA攝像頭和紅外攝像頭，通過攝像頭覆蓋整個檢測環境，對整個檢測環境內部的物體進行掃描，借助人體體型匹配算法對檢測環境內部的類人物體進行持續照射和追蹤，并對類人物體嘗試匹配人體骨架模型，當20個骨架關節點被追蹤到或推測出，系統確認類人物體為人體，則人體骨架模型數據流形成；

E、Kinect在獲取檢測環境內人體骨架模型數據流后，通過其內部的解碼芯片對獲取的人體骨架模型數據流進行解碼運算，獲取檢測環境下人體20個主要關節點在空間內的三維坐標值；

F、在計算機上，通過Kinect For Windows SDK中的Skeleton Basics數據接口，可在計算機屏幕上顯示Kinect實時獲取的檢測環境內的人體骨架模型；

G、Kinect將獲取的檢測環境內的人體骨架關節點三維坐標值通過應用程序編程接口API傳遞至已編寫完成的應用程序，計算人體質心點的運動速度和人體質心點與地表平面的距離，對非摔倒事件進行排除，對人體質心點靜止狀態計時，形成6個判別條件，判別人體摔倒事件是否發生，如果發生，通過手機短信報警；

所述步驟G中的具體檢測過程如下：

(1)、計算人體質心點運動速度，形成判定條件一和判定條件二：

在檢測環境內部，人體質心點的運動速度可反映為在場景坐標系OX_SY_SZ_S內X_S、Y_S、Z_S三個方向上速度的和向量，其中Z_S方向垂直并指向地面；取20個骨架關節點中的兩髖中心關節點作為人體質心點，摔倒情況分為快速摔倒和緩慢摔倒：快速摔倒過程中，人體質心點在Z_S方向上的速度在V中權重較大，在摔倒事件檢測過程中，人體質心點在Z_S方向上的速度時，可認為此事件滿足摔倒事件的判定條件一Th₁；緩慢摔倒造成人體質心點Z_S方向上的速度不一定每次都能達到快速摔倒事件中的臨界值因此，引入人體質心點在場景坐標系X_S方向與Y_S方向上的速度，并以X_S和Y_S方向上的速度向量和作為評定參數，當時，則可認為此事件滿足摔倒事件的判定條件二Th₂：

判定條件一：即檢測過程中，當人體質心點Z_S方向上的運動速度超過判別臨界值時，滿足條件一的要求；

判定條件二：即檢測過程中，人體質心點X_S和Y_S方向上的運動速度向量和超過判別臨界值時，滿足條件二的要求；

(2)、計算人體質心點與地表平面的距離，形成判定條件三：

在引入人體質心點運動速度判定條件的同時，將人體質心點與地表平面的距離作為判定條件三，將第i幀人體質心點與地表平面的距離定義為L_i，當L_i≤L_T時，摔倒事件條件觸發；將人體腰厚尺寸的1/2、臀寬尺寸的1/2，作為臨界值L_T取值大小的依據：

判定條件三：Th₃＝[L_i≤L_T]，即檢測過程中，當人體質心點第i幀的位置與地表平面的距離L_i小于等于判別臨界值L_T時，滿足條件三的要求；

(3)、排除非摔倒事件，形成判定條件四和判定條件五：

設人體彎腰、下蹲為第一場景，即場景1，并設d₁、d₂、d₃、d₄、d₅分別為左肩關節點、右肩關節點、頭關節點、左髖關節點、右髖關節點至地表平面的距離，為過左肩關節點和右肩關節點的向量；根據人體尺寸，當(d₁+d₂)/2-(d₄+d₅)/2≥437mm且d₃-(d₄+d₅)/2≥575mm成立，且與平面FDEC的夾角小于等于30°時，檢測系統認為此時人體不屬于摔倒事件；

判定條件四：Th₄＝[人體不處于場景1狀態]，即檢測過程中，當人體不處于第一場景狀態時，滿足條件四的要求；

設人體快速坐地為第二場景，即場景2，設g₁、g₂、g₃、g₄分別為左肩關節點、右肩關節點、左髖關節點、右髖關節點至地表平面的距離；根據人體尺寸，當(g₁+g₂)/2≥489mm且(g₃+g₄)/2≤74mm成立，檢測系統認為此時人體不屬于摔倒事件；

判定條件五：Th₅＝[人體不處于場景2狀態]，即檢測過程中，當人體不處于第二場景時，滿足條件五的要求；

(4)、對人體質心點靜止狀態計時，形成判定條件六：

人體質心點在測試場景內第f_i幀的坐標為P_HC(x⁽ⁱ⁾_HC,y⁽ⁱ⁾_HC,z⁽ⁱ⁾_HC)，第f_i+1幀的坐標為Q_HC(x⁽ⁱ⁺¹⁾_HC,y⁽ⁱ⁺¹⁾_HC,z⁽ⁱ⁺¹⁾_HC),當時，P為設定值，人體質心點停留時間t進行計時，當t≥10s時，人體摔倒事件判定條件六成立；若t在計時期間，且t∈[0,10)S時，則t歸0，重新開始計時；

判定條件六：Th₆＝[t≥10s]，當t≥10s時，滿足條件六的要求；

綜上，當時，本基于骨架追蹤的自動檢測方法判定人體摔倒事件發生。