CN102096801A - 一种坐姿检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坐姿检测方法及装置，用以实现对目标用户的坐姿检测，提醒目标用户保持标准坐姿。本发明提供的一种坐姿检测方法包括：采集目标用户图像，并根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线；将所述检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果；当根据比较结果确定所述目标用户的坐姿不符合标准时，向所述目标用户发出提示信息。

Description

一种坐姿检测方法及装置

技术领域

本发明涉及图像分析处理技术领域，尤其涉及一种坐姿检测方法及装置。

背景技术

人们在使用电脑进行工作或者娱乐时，很容易出现弯腰、曲背、低头、眯眼等不健康坐姿，长期保持这样的不健康坐姿很容易导致人们的健康问题。

人脸图像是计算机视觉系统中人机交互最便捷的方式之一。人脸定位就是在图像或图像序列中确定所有人脸的位置，而人脸跟踪则是持续跟踪视频序列中的一个或多个人脸的位置。人脸定位与跟踪技术不仅是人脸识别、表情识别、人脸合成等技术的必要前提，而且其在智能人机交互、视频会议、智能监控、视频检索等领域有着广泛的应用价值。

同样，人眼检测以及头肩曲线的检测等技术在现有技术中也已经得到广泛应用，但是，现有技术中还没有给出坐姿检测的方案，以实现对人们坐姿的检测，并给出相应的提醒。

发明内容

本发明实施例提供了一种坐姿检测方法及装置，用以实现对目标用户的坐姿检测，提醒目标用户保持标准坐姿。

本发明实施例提供的一种坐姿检测方法包括：

采集目标用户图像，并根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线；

将所述检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果；

当根据比较结果确定所述目标用户的坐姿不符合标准时，向所述目标用户发出提示信息。

本发明实施例提供的一种坐姿检测装置包括：

参数检测单元，用于根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线；

标准值设置存储单元，用于存储预设的标准值；

比较单元，用于将所述参数检测单元检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果；当根据比较结果确定所述目标用户的坐姿不符合标准时，触发提示单元；

提示单元，用于当接收到所述比较单元的触发时，向所述目标用户发出提示信息。

本发明实施例，通过采集目标用户图像，并根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线；将检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果；当根据比较结果确定目标用户的坐姿不符合标准时，向目标用户发出提示信息，从而实现了对目标用户的坐姿检测，提醒目标用户保持标准坐姿。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种坐姿检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的目标用户肩膀倾斜时的头肩曲线示意图；

图3为本发明实施例提供的目标用户标准坐姿下的头肩曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的一种坐姿检测方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种坐姿检测方法及装置，用以实现对目标用户的坐姿检测，提醒目标用户保持标准坐姿。

本发明实施例的主要针对不健康坐姿，提出一种基于智能视频分析的坐姿检测方案，可以利用安装在电脑上的摄像头拍摄用户使用电脑时的坐姿图像，然后通过分析摄像头捕获的视频，获取用户当前的坐姿信息参数，一旦发现用户出现不健康坐姿就立即提示用户，从而使得用户可以保持健康的坐姿。

下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案给出详细说明。

参见图1，本发明实施例提供的一种坐姿检测装置包括：

参数检测单元11，用于根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线。

标准值设置存储单元12，用于存储预设的标准值，其中包括标准人脸倾斜角度、标准眼睛区域面积和标准头肩曲线。

比较单元13，用于将参数检测单元11检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果；当根据比较结果确定目标用户的坐姿不符合标准时，触发提示单元14。

较佳的，比较单元13将参数检测单元11检测的结果与预设的标准值进行比较，当根据比较结果确定目标用户的坐姿不符合标准，并且目标用户的坐姿不符合标准所持续的时间超过预设的时间阈值时，触发提示单元14。

提示单元14，用于当接收到所述比较单元13的触发时，向目标用户发出提示信息。

较佳的，所述比较单元13，将目标用户的人脸倾斜角度与预设的标准人脸倾斜角度进行比较，确定人脸倾斜角度差值；将目标用户的眼睛区域面积与预设的标准眼睛区域面积进行比较，确定眼睛区域面积差值；将目标用户的头肩曲线预设的标准头肩曲线进行比较，确定头肩曲线差值。

较佳的，所述比较单元13，当判定满足下列任一条件时，确定目标用户的坐姿不符合标准：

条件一、人脸倾斜角度差值超过预设的人脸倾斜角度差值阈值；

条件二、眼睛区域面积差值超过预设的眼睛区域面积差值阈值；

条件三、头肩曲线差值超过预设的头肩曲线差值阈值。

较佳的，当人脸倾斜角度差值超过预设的人脸倾斜角度差值阈值时，所述提示单元14发出的提示信息包括目标用户恢复标准人脸倾斜角度需要的调整信息。

较佳的，当眼睛区域面积差值超过预设的眼睛区域面积差值阈值时，所述提示单元14发出的提示信息包括目标用户恢复标准眼睛区域面积需要的调整信息。

较佳的，当所述头肩曲线差值超过预设的头肩曲线差值阈值时，所述提示单元14发出的提示信息包括目标用户恢复标准头肩曲线需要的调整信息。

较佳的，所述标准值设置存储单元12中存储的标准人脸倾斜角度、标准眼睛区域面积和/或标准头肩曲线，是由目标用户根据自身需要预先设置的。

较佳的，参数检测单元11包括：

人脸检测单元111，用于检测目标用户的人脸倾斜角度。

眼睛检测单元112，用于检测目标用户的眼睛区域面积。

头肩检测单元113，用于检测目标用户的头肩曲线。

在本发明实施例提供的装置开始工作以前，需要对装置进行初始化，其主要目的是设置标准坐姿下的各种参数值(即健康的坐姿标准)，包括标准人脸倾斜角度、标准眼睛区域面积和标准头肩曲线。

本发明实施例主要考虑三种不健康坐姿，即歪脖(人脸倾斜角度过大)、眯眼(眼睛区域面积过小)、肩膀倾斜。因此，本发明实施例初始化时需要设置三种参数的标准值，即标准人脸倾斜角度θ、标准眼睛区域面积S、标准头肩曲线{(x_i，y_i)}_i＝1 ⁿ。

由于具体要求不同，用户可以根据实际需要选择设置选项，例如，标准值设置存储单元12可以为用户提供各种参数的多个选项值，例如标准人脸倾斜角度、标准眼睛区域面积和标准头肩曲线各有三个值可以供用户选择设置，以满足各种不同用户的不同需求，当然，也可以由用户自己设置相应参数的值，而不选择标准值设置存储单元12所提供的值，用户设置好后可以存储在标准值设置存储单元12中，用于对该用户进行坐姿检测。

初始化后，可以使用安装在电脑上的摄像头捕获用户在操作电脑时的视频作为输入，重复以下操作：

通过人脸检测单元111确定当前时刻人脸倾斜角度θ_t。

通过眼睛检测单元112确定当前时刻用户眼睛的区域，计算眼睛所在区域的面积S_t。

通过头肩检测单元113确定当前时刻用户的头肩曲线所包含的像素点的集合

通过比较单元13将参数检测单元11中各个单元获取的参数θ_t、S_t、

分别与初始化过程中设置在标准值设置存储单元12中的标准人脸倾斜角度θ、标准眼睛区域面积S、标准头肩曲线{(x_i，y_i)}_i＝1 ⁿ进行比较，确定它们的差异程度，如果比较单元13确定差异程度超过预先设置的阈值，即满足上述条件一、条件二、条件三中的任一条件时，则提示单元14根据比较结果向用户发送提示信息，该提示信息可以是语音提示或画面提示等等。

下面对参数检测单元11中的几个主要单元，以及比较单元13进行详细的解释说明。

人脸检测单元111：

人脸检测单元111的主要作用是确定图像中人脸的位置以及旋转的角度(即人脸倾斜角度)，人脸的位置可以为眼睛检测确定搜索范围，提高运算速度，人脸的旋转角度可以反映用户是否出现了歪脖等没有正视显示器屏幕的情况。人脸的旋转角度，可以包括人脸低头、抬头、左转、右转以及向左歪头向右歪头等各种情况下的倾斜角度。如果人脸的倾斜角度过大就表明用户没有正视显示器屏幕。

具体的人脸检测实现方法可以有很多种，最常用的是Haar特征结合Adaboost分类器的方法。

眼睛检测单元112：

眼睛检测单元112的主要作用是确定用户眼睛所在的区域，用一个矩形R来包围眼睛所在的区域，矩形R的面积用来表征眼睛的大小，当用户眯眼时，矩形R的面积就会变得很小。根据这种原理，就可以判断用户是否发生眯眼的情况。

具体的眼睛检测实现方法可以有很多种，可以根据实际情况选择一种眼睛检测方法。

本发明实施例中，可以根据人脸检测单元111获取的人脸区域提取肤色区域，由于眼睛不可能出现在肤色区域，因此眼睛检测单元112在进行眼睛区域检测时，可以对其他部分的区域进行检测，从而能够提高眼睛检测的速度。

头肩检测单元113：

头肩检测单元113的主要作用是确定用户的头和肩膀的轮廓曲线，从而确定用户的两肩的位置，判断用户是否出现肩膀倾斜的不良坐姿。

头肩曲线检测的具体算法也有很多种。头肩曲线检测的检测结果为一组像素点的集合，表示为

例如，检测到的头肩曲线如图2所示，可以看出该图2所示的是肩膀倾斜过大情况下的头肩曲线。

比较单元13：

比较单元13的主要作用是将人脸检测单元111、眼睛检测单元112、头肩检测单元113获取的参数θ_t、S_t、

分别与初始化时标准值设置存储单元12获取的标准坐姿情况下的标准人脸倾斜角度θ、标准眼睛区域面积S、标准头肩曲线{(x_i，y_i)}_i＝1 ⁿ进行比较，即θ_t与θ比较，S_t与S比较，

与{(x_i，y_i)}_i＝1 ⁿ比较。

对于人脸倾斜角度，预先设置人脸倾斜角度差值阈值T_θ，如果|θ_t-θ|＞T_θ则认为用户头部的倾斜角度过大，坐姿不健康，即用户的坐姿不符合标准。

对于眼睛区域面积，预先设置眼睛区域面积差值阈值T^S，如果|S_t-S|＞T_S则认为用户出现了眯眼的情况，坐姿不健康，即用户的坐姿不符合标准。

对于头肩曲线，需要比较像素点集合和{(x_i，y_i)}_i＝1 ⁿ的相似性，以判断用户是否出现了肩膀倾斜过大的不健康坐姿。如图3所示，是标准坐姿下的头肩曲线。例如当前检测到的用户的头肩曲线如图2所示，则通过比较图2和图3两个头肩曲线的相似性，发现相似性很差，从而可以判定用户坐姿不符合标准。

判断头肩曲线相似性的具体实现方法包括：首先提取和{(x_i，y_i)_i＝1 ⁿ这两个像素点集合的特征，然后比较这两个像素点集合的特征之间的距离(即头肩曲线差值)，如果该距离超过预设的头肩曲线差值阈值，则认为用户出现了肩膀倾斜的情况，即用户坐姿不符合标准。

较佳的，对于当前头肩曲线的像素点集合

计算出中心位置 $\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{n_t}\underset{i=1}{\overset{n_t}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^t$ 和 $\stackrel{\‾}{y}=\frac{1}{n_t}\underset{i=1}{\overset{n_t}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i^t,$ 计算出头肩曲线上的每个点(x_i ^t，y_i ^t)相对于中心位置(x，y)的旋转角度： ${\mathrm{\θ}}_i^t=\arctan \frac{y_i^t-\stackrel{\‾}{y}}{x_i^t-\stackrel{\‾}{x}}.$ 计算出每个点的旋转角度后，统计出所有角度值的直方图{P_i}_i＝1 ^H，其中H是直方图的区间数目，0＜p_i＜1， $\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=1.$

同理，对于预设的标准头肩曲线的像素点集合{(x_i，y_i)}_i＝1 ⁿ也计算出直方图{q_i}_i＝1 ^H，其中0＜q_i＜1， $\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}{q}_i=1.$

然后，计算两个直方图{p_i}_i＝1 ^H和{q_i}_i＝1 ^H的相似性 $s=\underset{i=1}{\overset{H}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{p_i{q}_i},$ s的值越大表明{p_i}_i＝1 ^H和{q_i}_i＝1 ^H的相似程度越高。为s设定阈值T，如果s小于T则认为用户出现了肩膀倾斜的情况，即坐姿不符合标准。

综上，参见图4，本发明实施例提供的一种坐姿检测方法包括步骤：

S101、采集目标用户图像，并根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线。

S102、将步骤S101检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果。

S103、当根据步骤S102的比较结果确定目标用户的坐姿不符合标准时，向目标用户发出提示信息。

本发明实施例提出的坐姿检测方案，利用安装在电脑上的摄像头拍摄用户使用电脑时的坐姿，然后通过分析摄像头捕获的视频，获取用户当前的坐姿参数信息，一旦发现用户出现不健康坐姿就立即提示用户，从而使得用户可以保持健康坐姿。并且，可以识别的不健康坐姿有多种，只需要电脑以及摄像头就可以实现，不需要配置其它额外的设备。另外，本发明实施例提供的装置可以设置在摄像头中，因此只需要一个摄像头就可以实现对用户坐姿的检测，使用起来非常方便。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种坐姿检测方法，其特征在于，该方法包括：

采集目标用户图像，并根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线；

将所述检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果；

当根据比较结果确定所述目标用户的坐姿不符合标准时，向所述目标用户发出提示信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果的步骤包括：

将目标用户的人脸倾斜角度与预设的标准人脸倾斜角度进行比较，确定人脸倾斜角度差值；

将目标用户的眼睛区域面积与预设的标准眼睛区域面积进行比较，确定眼睛区域面积差值；

将目标用户的头肩曲线预设的标准头肩曲线进行比较，确定头肩曲线差值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据比较结果确定所述目标用户的坐姿不符合标准的步骤包括：

当满足下列任一条件时，确定所述目标用户的坐姿不符合标准：

所述人脸倾斜角度差值超过预设的人脸倾斜角度差值阈值；

所述眼睛区域面积差值超过预设的眼睛区域面积差值阈值；

所述头肩曲线差值超过预设的头肩曲线差值阈值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

当所述人脸倾斜角度差值超过预设的人脸倾斜角度差值阈值时，所述提示信息包括目标用户恢复标准人脸倾斜角度需要的调整信息；

当所述眼睛区域面积差值超过预设的眼睛区域面积差值阈值时，所述提示信息包括目标用户恢复标准眼睛区域面积需要的调整信息；

当所述头肩曲线差值超过预设的头肩曲线差值阈值时，所述提示信息包括目标用户恢复标准头肩曲线需要的调整信息。

5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，所述标准人脸倾斜角度、标准眼睛区域面积和/或标准头肩曲线，是由所述目标用户根据自身需要预先设置的。

6.一种坐姿检测装置，其特征在于，所述装置包括：

参数检测单元，用于根据目标用户图像检测目标用户的人脸倾斜角度、眼睛区域面积和头肩曲线；

标准值设置存储单元，用于存储预设的标准值；

比较单元，用于将所述参数检测单元检测的结果与预设的标准值进行比较，得到比较结果；当根据比较结果确定所述目标用户的坐姿不符合标准时，触发提示单元；

提示单元，用于当接收到所述比较单元的触发时，向所述目标用户发出提示信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述比较单元，将目标用户的人脸倾斜角度与预设的标准人脸倾斜角度进行比较，确定人脸倾斜角度差值；将目标用户的眼睛区域面积与预设的标准眼睛区域面积进行比较，确定眼睛区域面积差值；将目标用户的头肩曲线预设的标准头肩曲线进行比较，确定头肩曲线差值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述比较单元，当判定满足下列任一条件时，确定所述目标用户的坐姿不符合标准：

所述人脸倾斜角度差值超过预设的人脸倾斜角度差值阈值；

所述眼睛区域面积差值超过预设的眼睛区域面积差值阈值；

所述头肩曲线差值超过预设的头肩曲线差值阈值。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

当所述人脸倾斜角度差值超过预设的人脸倾斜角度差值阈值时，所述提示单元发出的提示信息包括目标用户恢复标准人脸倾斜角度需要的调整信息；

当所述眼睛区域面积差值超过预设的眼睛区域面积差值阈值时，所述提示单元发出的提示信息包括目标用户恢复标准眼睛区域面积需要的调整信息；

当所述头肩曲线差值超过预设的头肩曲线差值阈值时，所述提示单元发出的提示信息包括目标用户恢复标准头肩曲线需要的调整信息。

10.根据权利要求7、8或9所述的装置，其特征在于，所述标准值设置存储单元中存储的所述标准人脸倾斜角度、标准眼睛区域面积和/或标准头肩曲线，是由所述目标用户根据自身需要预先设置的。

Images