[發明專利]一種基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統

在審

• 申請號: 201710395795.4
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107103309A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 孫哲南;薛文芳;張曼;任立鵬
• 申請（專利權）人: 天津中科智能識別產業技術研究院有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G08B21/24
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 韓新城

技術領域

本發明涉及一種基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統。

背景技術

目前，我國的青少年兒童近視發病率已居世界第二位，相關資料顯示:在校學生近視率日漸上升，大學生達70％、中學生達30％～40％、小學生已達20％。同時，因坐姿不正確產生的脊椎彎曲的學生比例也很高。預防青少年兒童近視和駝背是全社會關心的問題。兒童學習時坐姿歪斜、彎腰曲背、視距過近等現象是導致近視、斜視和頸椎發育不良的主要原因。當前國內外解決青少年兒童錯誤坐姿的主要方法是物理類的矯正器，如耳掛式坐姿矯正器、脊椎矯正器等,它們大多從物理角度起到預防近視的目的，并要求學生長期佩戴這些矯正器。而長時間佩戴矯正器，可能會導致孩子們的不適甚至厭煩。利用超聲波測距傳感技術開發的矯正器，起到了一定的作用，但通常情況下因為筆桿以及手臂遮擋的影響，使得系統誤差率較大，給使用者到來不悅的體驗。

發明內容

本發明的目的在于解決上述的技術問題而提供一種基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統，在不直接接觸學生身體的情況下，通過視頻圖像實現對學生坐姿的實時監控，對錯誤姿態進行語音提示，從而達到及時發現和糾正錯誤坐姿的目的。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統，包括：

人臉圖像檢測模塊，用于檢測進入拍攝區域的人臉圖像；

人臉姿態估計模塊，用于獲取人臉器官的幾何特征，定位人臉特征點并利用獲得的人臉特征點構建人臉特征三角形；當人臉發生姿態變化時，利用該人臉特征三角形的位置變化進行姿態參數的估計，獲得估計姿態參數：

音頻輸出模塊，用于比較估計姿態參數與標準姿態參數，并根據比較結果輸出姿態糾正提示音頻。

所述人臉特征點包括2個眼角、2個嘴角和鼻尖。

所述標準姿態參數對應的人臉特征三角形為等腰三角形。

所述利用該人臉特征三角形的位置變化進行姿態參數的估計，獲得估計姿態參數，具體是計算人臉特征三角形的三個角的頂點坐標，然后根據該頂點坐標計算三個角的角度變化，獲得估計姿態參數。

所述人臉圖像檢測模塊還用于檢測人臉圖像相對于標準圖像的大小，以判斷人臉的遠近，并由所述音頻輸出模塊輸出相應的提示音頻。

所述人臉姿態估計模塊包括：

特征點定位模塊，用于獲取人臉器官的幾何特征，定位人臉特征點并利用獲得的人臉特征點構建人臉特征三角形；

姿態估計模塊，用于當人臉發生姿態變化時，利用該人臉特征三角形的位置變化進行姿態參數的估計，獲得估計姿態參數。

所述基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統，包括嵌入式處理器、顯示器、視頻采集模塊；所述嵌入式處理器包括所述人臉圖像檢測模塊、人臉姿態估計模塊；所述顯示器通過視頻線接口與嵌入式處理器連接，所述視頻采集模塊通過USB連接線連接嵌入式處理器，所述音頻輸出模塊與嵌入式處理器連接。

所述嵌入式處理器連接RTC時鐘模塊。

本發明在不直接接觸學生身體的情況下，通過視頻圖像實現對學生坐姿的實時監控，對錯誤姿態進行語音提示，從而達到及時發現和糾正錯誤坐姿的目的。

附圖說明

圖1是基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統的結構示意圖；

圖2是不同種人臉姿態的估計示意圖；

圖3是人臉特征三角形的構建示意圖；

圖4是頭部相對三個坐標軸的運動示意圖；

圖5是不同種人臉姿態的分析效果示意圖；

圖6是基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統的檢測流程圖；

圖7是基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統的硬件結構示意圖。

具體實施方式

下面，結合實例對本發明的實質性特點和優勢作進一步的說明，但本發明并不局限于所列的實施例。

參見圖1所示，一種基于圖像識別的學生坐姿檢測與糾正系統，包括：

人臉圖像檢測模塊，用于檢測進入攝像區域的人臉圖像；

人臉姿態估計模塊，用于獲取人臉器官的幾何特征，定位人臉特征點并利用獲得的人臉特征點構建人臉特征三角形，當人臉發生姿態變化時，利用該人臉特征三角形的位置變化進行姿態參數的估計，獲得估計姿態參數；

音頻輸出模塊，用于比較估計姿態參數與標準姿態參數，并根據比較結果輸出姿態糾正提示音頻。