[發明專利]一種利用靜態圖像人體行為識別技術糾正兒童坐姿的裝置

在審

• 申請號: 201711009028.1
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107895460A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 劉永紅;朱謙
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G08B21/24
• 分類號: G08B21/24;G06K9/00
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙)11343
• 代理人: 李艷

技術領域

本發明涉及坐姿矯正設備，特別是涉及一種利用靜態圖像人體行為識別技術糾正兒童坐姿的裝置。

背景技術

家庭監控設備，尤其是針對兒童的行為習慣的監控設備，特別指安裝在家中網絡攝像機，通過把拍攝的影像傳輸到移動端來達到了解家中老人與孩子的實時情況。而對于有老人的家庭，子女們則更加關注老人的身體健康，有些家庭監控設備已經可以實現"摔倒識別"功能，家中的親人突發意外摔倒時，監控設備可以馬上向用戶的手機發送預警信息，為用戶爭取最佳的救助時機。

人體動作行為識別由計算機在初始數據中檢測出動作信息，即運動目標檢測過程。運動目標檢測的目的是從靜態圖像中分割出人體前景，從包含動作信息的視頻中分割出動作序列，從而得到容量更小但包含足夠運動信息的數據，并以數學符號的形式表達出人體動作。將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形。

現有技術中的“Kinect傳感器”是微軟對XBOX360體感周邊外設正式發布的名字，它是一種3D體感攝影機。Kinect追蹤處理流程的核心是一個無論周圍環境的光照條件如何，都可以讓Kinect感知世界的CMOS攝像頭。該傳感器通過黑白光譜的方式來感知環境：純黑代表無窮遠，純白代表無窮近。黑白間的灰色地帶對應物體到傳感器的物理距離。它收集視野范圍內的每一點，并形成一幅代表周圍環境的景深圖像。傳感器以每秒30幀的速度生成景深圖像流，實時3D地再現周圍環境。Kinect采用分割策略來將人體從背景環境中區分出來，即從噪音中提取出有用信號。Kinect可以主動追蹤用戶的全身骨架，在這一階段，我們為每個被追蹤的玩家在景深圖像中創建了所謂的分割遮罩，這是一種將背景物體(比如椅子和寵物等)剔除后的景深圖像。在后面的處理流程中僅僅傳送分割遮罩的部分，以減輕體感計算量。分割化人的圖像的每一個像素都被傳送進一個辨別人體部位的機器學習系統中。隨后該系統將給出了某個特定像素屬于哪個身體部位的可能性。處理流程的最后一步是使用之前階段輸出的結果，根據追蹤到的20個關節點來生成一幅骨架系統。Kinect會評估Exemplar輸出的每一個可能的像素來確定關節點。

上述案例存在的問題是：普通監控設備容易造成被使用者的反感、而且需要使用者長時間多次觀察、無法對孩子行為進行分析等問題。Kinect傳感的功能被廣泛用于各種領域，唯獨對未成年人的姿態行為的監控領域并未涉足，而且Kinect傳感由于識別內容復雜多變、同時需要對用戶的行為及時作出反應，所以存在延遲和精度不高的問題，以及體積太大、只能捕捉一些簡單的動作、點擊動作需引入其他設備等一系列問題。因此本發明的目標是以較小的成本，實現對未成年人在房間學習時的行為進行記錄的體積較小的傳感系統，在不干擾孩子的同時將數據分析好打包發給家長，以減少家長的負擔。

市面上糾正兒童坐姿的產品大多是通過物理的方式，這種方式存在很多問題。兒童長時間戴著矯正器會很不舒服，會產生反感情緒，同時兒童生長發育很快，不適合帶任何束縛性的器具，反倒會對脊柱的發育有影響。兒童的坐姿不正確存在多種原因，如：女孩通常是力量不足，身體較松散，很常見關節變形，就應該及時鍛煉形體，提高肌肉力量訓練，糾正不良習慣，學習正確的基礎運動。男孩通常多動淘氣，不喜歡長時間一個姿勢，只要基礎運動姿勢正確，讓他自由的去玩。所以說強行物理糾正是不正確的，應該用提醒的方式讓孩子自己知道自己去糾正自己的坐姿。

家庭監控設備+移動終端的組合方式，是目前較主流的家庭監控解決方案。許多用戶想通過網絡攝像機了解家中老人與孩子的實時情況，無論身在何處都能多一份安全、少一份牽掛。但是普通監控設備容易造成被使用者的反感、而且需要使用者長時間多次觀察、無法對孩子行為進行分析等問題。

發明內容

本發明通過攝像頭實時攝取孩子影像，并將該影像數據傳輸至控制器；控制器接收來自攝像頭的影像數據，并通過處理器將該影像數據分割成一段段的靜態圖像，然后通過靜態圖像人體行為識別技術轉化成簡單的人體的點線數據，再將該點線數據與存儲器內部存儲的正確的人體坐姿點線數據進行對比，如判斷孩子長時間坐姿不正確時會發出提示，以起到讓孩子自己糾正自己坐姿的目的。這種方式首先對孩子的身體不存在束縛，其次提醒的時間和聲音都可以由家長設置，減少孩子的不適感；同時，本發明采用攝像頭定時攝取孩子影像，再轉化為骨架系統，最后分析計算完成的通過云端傳輸給家長的結果也只是一系列數據，從而消除被直觀監視的不適感。

本發明解決問題所采取的技術方案是：