CN102298692B - 一种人体姿态的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种人体姿态的检测方法及装置，解决了现有技术中只是基于检测得到的人脸位置参数，确定被测者的姿势状态，存在被测者的有些姿势状态无法确定，因此处理能力较弱的问题，该方法包括：对输入被测者的人体图像进行双肩检测，通过边缘提取算法对所述人体图像进行处理后获得双肩的边缘线，对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到双肩的位置参数；根据得到的双肩位置参数，确定被测者的姿势状态，通过本发明的技术方案可以实现基于双肩检测进而确定被测者的姿势状态，因此处理能力得到加强。

Description

一种人体姿态的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种人体姿态的检测方法及装置。

背景技术

对人的行为和本身性质的监控和判定具有广泛的应用，由于过于含糊，或者是因为难以捕捉，耸肩、眨眼、摇头这些行为的跟踪本身是个困难的课题，现有技术是通过电脑前的摄像头采集被测者的图像，对输入被测者的人体图像进行人脸检测，进而判断被测者的姿势状态。现在的人脸检测技术，对正面人脸的检测可以达到实用的程度，典型的如通过Adaboost算法实现对人脸的检测。现有技术通过电脑前的摄像头采集人脸图像，对采集的人脸图像进行检测得到人脸的相关位置参数，例如对瞳孔进行定位得到瞳孔的中心点所在位置，将检测得到的人脸位置参数与标准的人脸位置参数进行对比，确定人在电脑前的姿势状态，通过电脑发送短消息的形式给出健康信息提示，如确定被测者姿势状态为头部前倾或人脸距离屏幕太近等，进而确定对应的调整指示信息如“头部向后仰”或“远离屏幕”等，以上的方案都是基于人脸检测，判断被测者的姿势状态。

因此现有技术中由于都是基于检测得到的人脸位置参数，确定被测者的姿势状态，存在被测者的有些姿势状态无法确定的问题。

发明内容

为了解决现有技术中由于基于检测得到的人脸位置参数，确定被测者的姿势状态，存在被测者的有些姿势状态无法确定，因此处理能力较弱的问题，本发明提供了一种人体姿态的检测方法及装置。

本发明实施例提供的一种人体姿态的检测方法，包括：

对输入被测者的人体图像进行双肩检测，通过边缘提取算法对所述人体图像进行处理后获得双肩的边缘线，对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到双肩的位置参数；

根据得到的双肩位置参数，确定被测者的姿势状态。

本发明实施例还提供了一种人体姿态的检测装置，包括：

参数检测单元，用于对输入被测者的人体图像进行双肩检测，通过边缘提取算法对所述人体图像进行处理后获得双肩的边缘线，对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到双肩的位置参数；

确定单元，用于根据得到的双肩位置参数，确定被测者的姿势状态。

本发明实施例提供了一种新的人体姿态的检测方案，对输入图像进行双肩检测和人脸瞳孔定位结合进而确定被测者的姿势状态。

附图说明

图1为本发明第一实施例的方法流程图；

图2为本发明第一实施例的人脸向垂直方向上作投影示意图；

图3为本发明第一实施例的被测者双肩以及拟合的抛物线示意图；

图4为本发明第二实施例的装置的结构图。

具体实施方式

现结合说明书附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明，分为两个部分：人脸检测和姿态估计，以及双肩检测和姿态估计。

正确的坐姿态包括两个部分，一个是头部姿态，另一个是双肩姿态。

第一部分是人脸检测和姿态估计，第二部分是双肩检测和姿态估计。基本框架如图1包括如下步骤：

步骤101，通过瞳孔11定位检测检测人脸与摄像头的距离，确定被测者的姿势状态。

由于人脸检测技术的日益成熟，适应多角度变化的AdaBoost检测器可以正确检测出一定光照环境下，左右偏移60度的人脸图像，通过定位出人脸和瞳孔11，并根据检测得到的瞳孔距离和标准情况下的瞳孔距离的比较，可以得到被测者与摄像头的距离。

先限定摄像时的图像格式和大小，譬如设定图像大小为640x480像素，标准情况下被测者在距离摄像头60cm远时，所摄入的图像中人脸中瞳孔水平距离为L；

这样，如果在摄像头前，摄入图像中一个人的两眼瞳孔水平距离为L’，则人离电脑屏幕距离为：

x＝60*L’/Lcm；

人脸头部姿态估计。对应于人眼定位，通过AdaBoost检测算法对眼睛进行检测，定位眼睛(矩形区域)中心也就是瞳孔11。

步骤102，检测两个瞳孔连线与水平线的角度，确定被测者的姿势状态。

由于人脸检测算法已经可以正确检测左右偏60度方位的人脸，定位出瞳孔11后，确定两个瞳孔的连线是否和电脑屏幕的水平线基本平行，如果基本平行则说明人脸已经对正摄像头，被测者人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整，若不是基本平行，则表明被测者的人脸没有正对，需要调整。

在确定两个瞳孔连线是否在水平线上时，可以在定位出人脸和瞳孔11位置后，先计算两个瞳孔所在的直线和水平线的锐角夹角θ，若θ小于阈值10度，则说明基本平行，否则不是基本平行。

步骤103，检测人脸瞳孔11、鼻孔12、嘴巴之间的比例关系，确定被测者的姿势状态。

确定被测者人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整后，还需要进一步检测人脸是前倾还是后仰，并给出角度。下面讨论判定前倾和后仰程度的方法。

采集后仰、前倾、标准正面三种情况下的人脸图像，同时确定两个瞳孔连线，两个鼻孔连线和嘴所在的矩形中心。得出人脸图像中瞳孔11所在直线和鼻孔12所在直线之间的距离M，两个鼻孔所在直线和嘴所在矩形的中心点的距离N，根据大量的统计可以确定标准正面情况下M/N的比例关系大约是1∶1，这样，可以根据统计得到标准正面情况下M/N的比例关系标准，或者针对具体被测者，在确定其标准正面对着摄像头的情况下得到的M/N的比例，以此作为该被测者标准正面情况下M/N的比例关系标准。M/N的比例关系标准是一个范围值，作为优选的方案本实施例中的M/N的比值在0.9-1.1之间。将检测得到的M/N与M/N的比例关系标准进行比较，若检测得到的M/N在预定的M/N的比例关系标准范围内，则确定人脸不需要进行前倾或后仰的调节，否则，确定人脸需要进行前倾或后仰的调节。

本实施例确定M和N的方法如下，在对瞳孔11定位之后，确定鼻孔12和嘴所在矩形的中心13，因为瞳孔11的位置确定，将两个瞳孔所在直线的下方区域的人脸向垂直方向上作投影，即把水平方向的各平行线上的像素求和，然后作平均，将得到的平均值画成bin图，如图2所示，将人脸做垂直方向上的投影，鼻子和嘴，会有2个局部极小值出现，由于瞳孔11的位置已知，因此可以定位鼻孔12和嘴所在矩形的中心13的位置，即得到的平均值最小的2条平行线，将这2条平行线作为两个鼻孔所在直线和嘴所在矩形的中心点所在直线，由此得到M和N。此外亦可以考虑采集大量的嘴和鼻子的图像，用类似于人脸检测，眼睛检测的Adaboost算法，得到嘴和鼻子的检测器，以此确定鼻孔13和嘴所在矩形的中心13所在的位置。

步骤104，检测双肩的位置参数，确定被测者的姿势状态。

通过前面的描述可知可以通过人脸检测器对输入图像进行人脸检测，得到人脸的位置参数。同样可以对输入图像进行双肩检测，得到双肩的位置参数，本步骤可独立于之前的步骤单独实施，当然本步骤也可以先于步骤101实施。双肩的位置在一个人脸下，约在人脸大小3x1.5(宽x高)倍的矩形范围内，首先通过边缘提取算法对图像进行处理后获得双肩的边缘线21，例如通过带权的Hough变换对图像处理后获得双肩的边缘线，之后对得到的双肩的边缘线用2次抛物线进行拟合。以两个瞳孔的连线中心为坐标原点，确定2D坐标系，抛物线22可描述为f(x)＝ax²+bx+c，x为横坐标值，系数a，b，c，被测者双肩图像以及拟合的抛物线如图3所示，本实施例中采用a，b，c作为检测得到的双肩的位置参数。对合乎规范的双肩和不合健康习惯的双肩图像，分别进行采集，通过抛物线拟合，得到不同的系数参数，这不同的参数组，确定了正确的双肩姿势和不合乎健康的姿势，将参数组作为向量，得到两组数据。具体实施时，基于得到的系数a，b，c用Fisher判别准则训练得到判定函数Φ(a，b，c)，以Φ(a′，b′，c′)值作为双肩姿势的判定标准值，其中a′，b′，c′是正确的合乎健康的参数，这样对不同条件下的人的双肩，根据Φ(a′，b′，c′)值可以做出姿势的判定，例如Φ(a，b，c)值若小于Φ(a′，b′，c′)值，则确定双肩的姿势需要调整，否则，确定双肩的姿势不需要调整。具体实施时可对有代表性的一些合乎健康习惯的双肩图像进行双肩检测，得到(a1、b1、c1)，(a2、b2、c2)…(am、bm、cm)构成正样本，对不合乎健康的双肩边缘提取，获得的系数(a1’、b1’、c1’)，(a2’、b2’、c2’)…(an’、bn’、cn’)构成负样本。

为了更精确地表示双肩姿态，亦可用3次以上的曲线，拟合双肩边缘，其方法与上类似。

本发明第二实施例提供了一种人体姿态的检测装置，如图4所示，该装置包括：

参数检测单元201，用于对输入被测者的人体图像进行双肩检测，通过边缘提取算法对所述人体图像进行处理后获得双肩的边缘线，对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到双肩的位置参数；

确定单元202，用于根据得到的双肩位置参数，确定被测者的姿势状态。

进一步，参数检测单元201，还用于根据对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到抛物线f(x)，其中f(x)＝ax²+bx+c，x为横坐标值，a，b，c为系数，采用a，b，c作为双肩的位置参数；

确定单元202，还用于将得到的双肩位置参数a，b，c对应的判定函数Φ(a，b，c)值，与预定义的双肩位置参数a′，b′，c′对应的判定函数Φ(a′，b′，c′)值进行比较，确定被测者的姿势状态。

进一步，参数检测单元201，还用于对输入被测者的人体图像进行人脸检测，得到人脸的位置参数；

确定单元202，根据得到的人脸的位置参数确定被测者的姿势状态以及对应的调整指示信息。

进一步，参数检测单元201，还用于将检测得到的人脸两个瞳孔的距离和标准情况下的人脸两个瞳孔的距离进行比较，得到人脸与图像获取装置的距离，检测人脸的两个瞳孔所在直线和水平线的锐角夹角；

确定单元202，还用于若人脸与图像获取装置的距离在预定的范围内，则确定人脸与图像获取装置之间的距离不需要调整，否则，确定人脸与图像获取装置之间的距离需要调整，若锐角夹角小于阈值，则确定人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整，否则，确定人脸的两个瞳孔在水平方向上需要调整。

进一步，参数检测单元201，还用于当确定人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整后，检测人脸的两个瞳孔所在直线和人脸的两个鼻孔所在直线之间的距离M，检测人脸的两个鼻孔所在直线和嘴所在矩形的中心点的距离N；

确定单元202，还用于若M/N的比值在预定的范围内，则被测者的姿势状态为标准正面，确定调整指示信息为：人脸不需要进行前倾或后仰的调节，否则，确定被测者的姿势状态前倾或后仰，调整指示信息为：人脸需要进行前倾或后仰的调节。

进一步，参数检测单元201，还用于对人脸的两个瞳孔所在直线的下方区域的各条水平方向的平行线中每一条平行线上的像素分别求和后取平均值，确定其中平均值最小和次小的两条平行线，将上方的一条作为两个鼻孔所在直线，将下方的一条作为嘴所在矩形的中心点所在直线。

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 (8)

1.一种人体姿态的检测方法，其特征在于，包括：

对输入被测者的人体图像进行双肩检测，通过边缘提取算法对所述人体图像进行处理后获得双肩的边缘线，对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到双肩的位置参数；

根据得到的双肩位置参数，确定被测者的姿势状态；

还包括：

对输入被测者的人体图像进行人脸检测，得到人脸的位置参数；根据得到的人脸的位置参数确定被测者的姿势状态以及对应的调整指示信息；其中，对输入被测者的人体图像进行人脸检测，得到人脸的位置参数具体为：将检测得到的人脸中的两个瞳孔的距离和标准情况下的人脸中的两个瞳孔的距离进行比较，得到人脸与图像获取装置的距离；检测人脸的两个瞳孔所在直线和水平线的锐角夹角；根据得到的人脸的位置参数确定被测者的姿势状态以及对应的调整指示信息具体为：若人脸与图像获取装置的距离在预定的范围内，则确定人脸与图像获取装置之间的距离不需要调整，否则，确定人脸与图像获取装置之间的距离需要调整；若锐角夹角小于阈值，则确定人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整，否则，确定人脸的两个瞳孔在水平方向上需要调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，得到双肩的位置参数具体为：

根据对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到抛物线f(x)，其中f(x)＝ax²+bx+c，x为横坐标值，a,b,c为系数，采用a,b,c作为双肩的位置参数；

根据得到的双肩位置参数，确定被测者的姿势状态具体为：

将得到的双肩位置参数a,b,c对应的判定函数Φ(a,b,c)值，与预定义的双肩位置参数a',b',c'对应的判定函数Φ(a',b',c')值进行比较，确定被测者的姿势状态。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对输入被测者的人体图像进行人脸检测，得到人脸的位置参数具体为：

当确定人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整后，检测人脸的两个瞳孔所在直线和人脸的两个鼻孔所在直线之间的距离M，检测人脸的两个鼻孔所在直线和嘴所在矩形的中心点的距离N；

根据得到的人脸的位置参数确定被测者的姿势状态以及对应的调整反馈信息具体为：

若M/N的比值在预定的范围内，则被测者的姿势状态为标准正面，确定调整指示信息为：人脸不需要进行前倾或后仰的调节，否则，确定被测者的姿势状态前倾或后仰，调整指示信息为：人脸需要进行前倾或后仰的调节。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：对人脸的两个瞳孔所在直线的下方区域的各条水平方向的平行线中每一条平行线上的像素分别求和后取平均值，确定其中平均值最小和次小的两条平行线，将上方的一条作为两个鼻孔所在直线，将下方的一条作为嘴所在矩形的中心点所在直线。

5.一种人体姿态的检测装置，其特征在于，包括：

参数检测单元，用于对输入被测者的人体图像进行双肩检测，通过边缘提取算法对所述人体图像进行处理后获得双肩的边缘线，对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到双肩的位置参数；

确定单元，用于根据得到的双肩位置参数，确定被测者的姿势状态；

参数检测单元，还用于对输入被测者的人体图像进行人脸检测，得到人脸的位置参数；

确定单元，还用于根据得到的人脸的位置参数确定被测者的姿势状态以及对应的调整指示信息；

参数检测单元，还用于将检测得到的人脸两个瞳孔的距离和标准情况下的人脸两个瞳孔的距离进行比较，得到人脸与图像获取装置的距离，检测人脸的两个瞳孔所在直线和水平线的锐角夹角；

确定单元，还用于若人脸与图像获取装置的距离在预定的范围内，则确定人脸与图像获取装置之间的距离不需要调整，否则，确定人脸与图像获取装置之间的距离需要调整，若锐角夹角小于阈值，则确定人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整，否则，确定人脸的两个瞳孔在水平方向上需要调整。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

参数检测单元，还用于根据对双肩的边缘线进行抛物线拟合，得到抛物线f(x)，其中f(x)＝ax²+bx+c，x为横坐标值，a,b,c为系数，采用a,b,c作为双肩的位置参数；

确定单元，还用于将得到的双肩位置参数a,b,c对应的判定函数Φ(a,b,c)值，与预定义的双肩位置参数a',b',c'对应的判定函数Φ(a',b',c')值进行比较，确定被测者的姿势状态。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

参数检测单元，还用于当确定人脸的两个瞳孔在水平方向上不需要调整后，检测人脸的两个瞳孔所在直线和人脸的两个鼻孔所在直线之间的距离M，检测人脸的两个鼻孔所在直线和嘴所在矩形的中心点的距离N；

确定单元，还用于若M/N的比值在预定的范围内，则被测者的姿势状态为标准正面，确定调整指示信息为：人脸不需要进行前倾或后仰的调节，否则，确定被测者的姿势状态前倾或后仰，调整指示信息为：人脸需要进行前倾或后仰的调节。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

参数检测单元，还用于对人脸的两个瞳孔所在直线的下方区域的各条水平方向的平行线中每一条平行线上的像素分别求和后取平均值，确定其中平均值最小和次小的两条平行线，将上方的一条作为两个鼻孔所在直线，将下方的一条作为嘴所在矩形的中心点所在直线。