CN103431865A - 一种检测坐姿的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测坐姿的装置及方法，所述装置包括固定载体、至少三个信号发射模块、至少一个信号接收模块、信息处理模块和报警模块；固定载体用于按照预定的位置固定信号发射模块和信号接收模块；信号发射模块，按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号；信号接收模块，接收被反射的检测信号，发送接收到的反射信号强度的信息；信息处理模块，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，向所述报警模块发送报警指令；报警模块，在接收到报警指令后，发出警报。本发明实施例提供的一种检测坐姿的装置及方法，通过利用多个红外发生器分层进行扫描检测，实现了对坐姿的识别和检测，在不增加成本的前提下，提高了识别的准确性。

Description

一种检测坐姿的装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种检测坐姿的装置及方法。

背景技术

学生的坐姿和写姿，一直是老师和家长头痛不已的问题，如果学生坐姿不正确，久而久之，不仅会导致近视、驼背，甚至还会造成颈椎疾病，另外，也会影响学习效率。对正确坐姿的培养，必须从学生刚入小学时抓起，因为初入学的孩子可塑性强，坐姿尚未定型，在这一阶段抓，就能收到事半功倍的效果。

检测坐姿进行坐姿提醒，已经被广泛的应用到学生学习桌椅、台灯等与孩子生活学习密切相关的产品中，目前，现有的检测方法，一种是通过摄像头拍摄图像，对图像进行分析从而进行检测，另一种是利用单个的红外传感器进行检测。

对于通过摄像头拍摄图像，对图像进行分析从而进行检测的方法，由于需要摄像头与图像处理芯片，使得成本较高；对于利用单个的红外传感器进行检测的方法，由于是利用红外传感器通过测试指定区域有无物体来检测坐姿，因此误判的可能性很大，只要检测位置有物体就会被当作坐姿不正确进行提醒。

发明内容

本发明提供了一种检测坐姿的装置及方法，实现了对坐姿的检测，在不增加成本的前提下，提高了检测的正确率。所述技术方案如下：

一种检测坐姿的装置，包括固定载体、至少三个信号发射模块、至少一个信号接收模块、信息处理模块和报警模块；

所述固定载体用于固定所述信号发射模块和所述信号接收模块，所有所述信号发射模块依次固定于固定载体上，相邻的两个信号发射模块之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号发射模块在所述装置处于工作状态时，位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，所有所述信号接收模块固定于所述固定载体上，并且至少一个所述信号接收模块和所述信号发射模块处于同一个平面；

所有所述信号发射模块，按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号；

所述信号接收模块，接收被反射的检测信号，并在接收到被反射的检测信号时，向所述信息处理模块发送接收到的反射信号强度的信息；

所述信息处理模块，根据预定时间内所述信息处理模块接收到反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，向所述报警模块发送报警指令；

所述报警模块，在接收到所述信息处理模块发送的报警指令后，发出警报。

进一步的，所述信号发射模块，包括：

信号产生单元，用于产生原始检测信号；

信号发射方向校正单元，位于所述信号产生单元发射端前，对原始检测信号的发射方向进行校正，使得在所述装置处于工作状态时，所述原始检测信号经过校正后发射方向平行于地面，并且发射角的范围为大于0小于等于π。

进一步的，所述信号产生单元采用红外线发生器。

进一步的，所述信息处理模块包括：

干扰滤除单元，在反射信号强度大于第一预设阈值时，向统计单元发送一个标记信号；

统计单元，每接收一个标记信号进行一次累加计数，累加值为1，并且每隔预定的时间进行一次清零；

比较单元，每隔预定的时间，将所述统计单元的计数值与第二预设阈值进行比较；

判断单元，在预定的时间内，将所述统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向所述报警模块发送报警指令。

进一步的，所有所述信号接收模块依次固定于固定载体上，相邻的两个信号接收模块之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号接收模块在所述装置处于工作状态时的位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条平行于地面的直线；

其中，在所述信号接收模块的排列中，位于中间的信号接收模块为主接收器，辅接收器位于所述主接收器的两边，并相对于主接收器对称排布。

进一步的，所述信号接收模块，包括：

信号接收单元，用于接收被反射的检测信号；

信号接收方向选择单元，位于所述信号接收单元接收端前，在所述装置处于工作状态时，选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，所述特定方向所决定的直线与垂直于所述信号接收单元接收端面的直线所决定的平面，垂直于地面，并且接收角的范围为大于0小于等于π。

进一步的，所述信息处理模块包括：

主干扰滤除单元，与所述主接收器的信号接收单元相连接，在反射信号强度大于第一预设阈值时，向主统计单元发送一个主标记信号；

主统计单元，与所述主干扰滤除单元相连接，每接收一个主标记信号进行一次累加计数，累加值为1，并且每隔预定的时间进行一次清零；

至少一个辅干扰滤除单元，每个所述的辅干扰滤除单元对应的与一个所述辅接收器的信号接收单元相连接，在所述信号接收单元接收到的反射信号强度大于第一预设阈值时，向辅统计单元发送一个辅标记信号；

辅统计单元，所述的辅统计单元与所有所述辅干扰滤除单元相连接，在每次检测信号被发射后，根据辅标记信号获得接收到反射信号的信号接收单元的ID，根据相应的检测信号发射的时间顺序获得相应的信号产生单元的ID，并将所述信号接收单元的ID与相应的信号产生单元的ID相关联，并记录下来，每隔预定的时间删除一次记录；

分析单元，每隔预定的时间，根据所述主统计单元的计数值和辅统计单元记录的信息数据，判断是否需要发送报警指令，并在需要发送报警指令时，向所述报警模块发送报警指令。

进一步的，所述分析单元包括：

轮廓判断子单元，用于在预定的时间内，计算标准轮廓数据库中的数据与辅统计单元所记录的信息数据的相似度，并选择相似度最大的值，当最大相似度大于等于第四预设阈值时，判断障碍物符合人的轮廓；

结果判断单元，用于在满足障碍物符合人的轮廓的连续预定时间内，将所述主统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述主统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向所述报警模块发送报警指令。

一种检测坐姿的方法，包括：

将所有信号发射组件依次固定于固定载体上，相邻的两个信号发射组件之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号发射组件在处于工作状态时，位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，所有信号接收组件固定于所述固定载体上，并且至少一个所述信号接收组件和所述信号发射组件处于同一个平面；

按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号；

接收被反射的检测信号，并在接收到被反射的检测信号时，发送接收到的反射信号强度的信息；

根据预定时间内接收到反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，发送报警指令；

在接收到报警指令后，发出警报。

进一步的，所述检测信号经过方向校正，发射方向平行于地面，并且发射角在的范围为大于0小于等于π。

进一步的，所述检测信号是红外线。

进一步的，所述根据预定时间内接收到的反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，发送报警指令包括：

判断反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个标记信号；

根据标记信号进行累加计数，每个计数信号累加值为1；

每隔预定的时间，将所述计数值与第二预设阈值进行比较；

在预定的时间内，将所述计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并发送报警指令；

每隔预定的时间进行一次清零。

进一步的，将所有所述信号接收组件依次固定于固定载体上，相邻的两个信号接收组件之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号接收组件在处于工作状态时的位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条平行于地面的直线；

其中，在所述信号接收组件的排列中，位于中间的信号接收组件为主接收器，辅接收器位于所述主接收器的两边，并相对于主接收器对称排布。

进一步的，所述信号接收组件选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，所述特定方向所决定的直线与垂直于所述信号接收单元接收端面的直线所决定的平面，垂直于地面，并且接收角的范围为大于0小于等于π。

进一步的，所述根据预定时间内接收到的反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，发送报警指令包括：

判断主接收器接收到的反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个主标记信号；

每接收一个主标记信号进行一次累加计数，累加值为1，获得主计数值，并且每隔预定的时间进行一次清零；

判断每个辅接收器接收到的反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个辅标记信号；

在每次检测信号被发射后，根据辅标记信号获得接收到反射信号的信号接收组件的ID，根据相应的检测信号发射的时间顺序获得相应的信号发射组件的ID，并将所述信号接收组件的ID与相应的信号发射组件的ID相关联，并记录下来，获得辅信息数据，每隔预定的时间删除一次记录；

每隔预定的时间，根据所述主计数值和记录的辅信息数据，判断是否需要发送报警指令，如果是，向所述报警模块发送报警指令。

进一步的，所述每隔预定的时间，根据所述主计数值和记录的辅信息数据，判断是否需要发送报警指令，包括：

在预定的时间内，计算标准轮廓数据库中的数据与辅信息数据的相似度，并选择相似度最大的值，判断最大相似度是否大于等于第四预设阈值；

在连续预定时间内，如果是，将所述主计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述主计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向所述报警模块发送报警指令。

本发明实施例提供的一种检测坐姿的装置及方法，通过利用多个红外发生器分层进行扫描检测，实现了对坐姿的识别和检测，在不增加成本的前提下，提高了识别的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种检测坐姿的装置的功能模块框图；

图2是本发明第一实施例提供的一种检测坐姿的装置的功能模块框图；

图3是本发明第一实施例提供的一种检测坐姿的装置的基本结构示意图a；

图4是本发明第一实施例提供的一种检测坐姿的装置的基本结构示意图b；

图5是本发明实施例提供的检测坐姿装置的信号发射模块发射检测信号的俯视示意图；

图6是本发明第一实施例提供的一种检测坐姿的装置检测原理示意图；

图7是本发明第二实施例提供的一种检测坐姿的装置的功能模块框图；

图8是本发明第二实施例提供的检测坐姿装置的信号接收模块接收检测信号的侧视示意图；

图9是本发明第二实施例提供的一种检测坐姿装置的基本结构示意图a；

图10是本发明第二实施例提供的一种检测坐姿装置的基本结构示意图b；

图11是本发明第二实施例提供的一种检测坐姿的装置检测原理示意图；

图12是本发明第三实施例提供的一种检测坐姿的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

实施例一

图1是本发明实施例提供的一种检测坐姿的装置的功能模块框图，如图1所示，所述装置包括：

固定载体101、至少三个信号发射模块102、信号接收模块103、信息处理模块104和报警模块105。

其中，固定载体101用于固定信号发射模块102和信号接收模块103，所有信号发射模块102依次固定于固定载体101上，相邻的两个信号发射模块之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有信号发射模块102在所述装置处于工作状态时，位置点在垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，信号接收模块103固定于固定载体101上，并且和信号发射模块102处于同一个平面；所有信号发射模块102，按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号；信号接收模块103，接收被反射的检测信号，并在接收到被反射的检测信号时，向信息处理模块104发送接收到的反射信号强度的信息；信息处理模块104，根据预定时间内信号接收模块103接收到反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，向报警模块105发送报警指令；报警模块105，在接收到信息处理模块104发送的报警指令后，发出警报。

图2是本发明第一实施例提供的一种检测坐姿的装置的功能模块框图，如图2所示，其中，信号发射模块202，包括：信号产生单元2021，用于产生原始检测信号；信号发射方向校正单元2022，位于信号产生单元发射端前，对原始检测信号的发射方向进行校正，使得在所述装置处于工作状态时，原始检测信号经过校正后发射方向平行于地面，并且发射角的范围为大于0小于等于π。

其中，信号产生单元2021采用红外线发生器。

其中，信息处理模块204包括：干扰滤除单元2044，在反射信号强度大于第一预设阈值时，向统计单元发送一个标记信号。统计单元2041，每接收一个标记信号进行一次累加计数，累加值为1，并且每隔预定的时间进行一次清零；比较单元2042，每隔预定的时间，将统计单元2041的计数值与第二预设阈值进行比较；判断单元2043，在预定的时间内，将统计单元2041的计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在统计单元2041的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向报警模块205发送报警指令。

具体地，本发明实施例的结构如下：

图3是本发明第一实施例提供的一种检测坐姿的装置的基本结构示意图a，如图3所示，信号发射模块102至少有3个，分别固定于固定载体101上，每两个信号发射模块相互之间相隔的距离可以是相等的（即信号发射模块均匀分布），也可以不相等。信号发射模块的分布满足，在所述装置处于工作状态时，至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有信号发射模块的固定位置点在垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，假如固定载体101呈柱状体如图3，则可以理解为发射模块的固定位置点形成一条直线（当然，实际中允许偏差的存在），假如固定载体101呈弯曲的柱状体，如图4，则存在平面α，满足信号发射模块的位置点在平面α上的投影点形成一条垂直于地面的直线。

图5是本发明实施例提供的检测坐姿装置的信号发射模块发射检测信号的示意图，如图5所示，其中，信号发射模块102包括：信号产生单元1021和信号发射方向校正单元1022，本发明的实施例优选地采用红外线作为检测信号，因此，本发明的实施例的信号产生单元1021优选地采用红外线发生器。信号发射方向校正单元1022，位于信号产生单元1021发射端前，使原始检测信号在所述装置处于工作状态时，通过信号发射方向校正单元1022发射出来，信号发射方向校正单元1022对原始检测信号的发射方向起到了校正的作用，原始检测信号经过校正后发射方向平行于地面（当然，实际中允许偏差的存在，但是偏差越大，精确度越低），并且发射角θ的范围为大于0小于等于π，由于经过校正后的检测信号发射方向平行于地面，因此减少了噪声，使得最后的检测结果更加精确。

具体地，本发明实施例的原理如下：

图6是本发明第一实施例提供的一种检测坐姿的装置检测原理示意图b，如图6所示，装置检测的过程和原理为：信号发射模块102按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号，本发明的实施例优选地按照距离地面由远而近的顺序由信号发射模块发射检测信号，如图6，检测开始时，信号发射模块102a先发射检测信号，隔预定的时间（如0.5s）后，信号发射模块102b发射检测信号，然后再隔预定的时间（如0.5s）后，信号发射模块102c发射检测信号，以此类推，直到所有的信号发射模块均发射完检测信号。

如图6所示，被发射的检测信号遇到物体（人体）会被反射回来，信号接收模块103用来接收被反射的检测信号。由于检测信号经过校正后发射方向平行于地面，因此，在和发射平面高度相同处，如果有物体，检测信号就会被反射回来，由于物体表面不光滑产生漫反射，使得反射信号能够被信号接收模块103所接收。因为处于不同高度的检测信号依次被发射，当某个时刻检测信号开始遇到物体（人体）后，接收模块开始能够接收到反射信号，这时，根据当时发射检测信号的信号发射模块所处的高度，可以估算出物体（人体）的高度。

信号接收模块103在接收到被反射的检测信号时，向信息处理模块104发送接收到的反射信号强度的信息。从某一次检测开始，信息处理模块104的干扰滤除单元，对反射信号强度的信息进行分析，当反射信号强度大于第一预设阈值时，向统计单元发送一个标记信号，使用干扰滤除单元的原因是可能在人体周围存在障碍物，或者原始检测信号经过校正后发射方向并不是精确的平行于地面，而是存在一定的偏差，从而产生干扰信号，但是干扰信号的强度比较小，所以可以根据反射信号的强度判断反射信号是否是干扰信号。第一预设阈值可以根据经验或者实验进行设定，当反射信号强度大于第一预设阈值时，认为反射信号不是干扰信号，由干扰滤除单元向统计单元发送一个标记信号。统计单元，每接收一个标记信号累加一次，当所有的信号发射模块依次发射完一遍检测信号，统计单元将计数值（累计的接收到被反射的检测信号的次数）传递给比较单元，然后统计单元清零。比较单元将统计单元的计数值与第二预设阈值进行比较，第二预设阈值是根据信号发射模块所处位置的情况设定的，例如，30cm是人眼距离桌子的最佳距离，根据人的生理特征，可以估算出头顶在人眼距离桌子30cm时所处的高度（假如是40cm），然后根据信号接收模块103在固定载体101上的位置，确定处于40cm高度的信号发射模块，假设从离地面最近的信号发射模块开始算起，第n个信号发射模块处于40cm的高度，那么，当头顶高于40cm的高度时，信号接收模块103接收到反射信号就会多于n次，则n就可以作为第二预设阈值。进一步的，由上可知，当计数值大于等于第二预设阈值时，说明头顶（眼睛）距离桌面的距离不小于30cm，说明坐姿正确，当计数值小于第二预设阈值时，说明头顶（眼睛）距离桌面的距离小于30cm，说明坐姿不正确。

由于在实际应用中，可能会出现一些噪声，例如旁边忽然走过一个人，或者人活动时头、胳膊会临时遮挡检测信号，所以会产生噪声，因此通过多次检测，然后进行统计分析，可以排除噪声。判断单元，将统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数（初次判断坐姿错误的次数）与第三预设阈值进行比较，在统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，说明坐姿不正确的持续时间较长，坐姿确实不正确，可以排除是由于噪声引起的误判。在坐姿不正确时，向报警模块105发送报警指令。第三预设阈值可以通过经验来设定。报警模块105，在接收到信息处理模块104发送的报警指令后，发出警报。警报可以是声音，也可以是光，或者振动，或者显示符号等，也可以是以上几种中警报的任意组合形式。

另外，对于固定载体101，可以采用具有一定高度，并且可以固定于桌面或者墙面的形状任意的物体，如图4所示，本发明的实施例优选的采用了台灯的灯柱作为固定载体101。

本发明实施例提供的一种检测坐姿的装置，通过利用多个红外发生器分层进行扫描检测，实现了对坐姿的识别和检测，在不增加成本的前提下，提高了识别的准确性。

实施例二

图1是本发明实施例提供的一种检测坐姿的装置的功能模块框图，如图1所示，所述装置包括：

固定载体101、至少三个信号发射模块102、至少一个信号接收模块103、信息处理模块104和报警模块105。

其中，固定载体101用于固定信号发射模块102和信号接收模块103，所有信号发射模块102依次固定于固定载体101上，相邻的两个信号发射模块之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有信号发射模块102在所述装置处于工作状态时，位置点在垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，所有信号接收模块103固定于固定载体101上，并且至少一个信号接收模块103和信号发射模块102处于同一个平面；所有信号发射模块102，按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号；信号接收模块103，接收被反射的检测信号，并在接收到被反射的检测信号时，向信息处理模块104发送接收到的反射信号强度的信息；信息处理模块104，根据预定时间内信号接收模块103接收到反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，向报警模块105发送报警指令；报警模块105，在接收到信息处理模块104发送的报警指令后，发出警报。

其中，所有信号接收模块103依次固定于固定载体101上，相邻的两个信号接收模块103之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有信号接收模块103在所述装置处于工作状态时的位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条平行于地面的直线。其中，在信号接收模块103的排列中，位于中间的信号接收模块103为主接收器，辅接收器位于主接收器的两边，并相对于主接收器对称排布。

图7是本发明第二实施例提供的一种检测坐姿的装置的功能模块框图，如图7所示，其中，信号接收模块703，包括：信号接收单元7031，用于接收被反射的检测信号。信号接收方向选择单元7032，位于信号接收单元7031接收端前，在装置处于工作状态时，选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，如图8所示，其中特定方向所决定的直线与垂直于信号接收单元接收7031端面的直线所决定的平面，垂直于地面，并且接收角θ的范围为大于0小于等于π。

其中，信息处理模块704包括：主干扰滤除单元7041，与主接收器703a的信号接收单元相连接，在反射信号强度大于第一预设阈值时，向主统计单元7042发送一个主标记信号。主统计单元7042，与主干扰滤除单元7041相连接，每接收一个主标记信号进行一次累加计数，累加值为1，并且每隔预定的时间进行一次清零。至少一个辅干扰滤除单元7043，每个辅干扰滤除单元7043对应的与一个辅接收器703b的信号接收单元相连接，在信号接收单元接收到的反射信号强度大于第一预设阈值时，向辅统计单元发送一个辅标记信号。辅统计单元7044，辅统计单元7044与所有辅干扰滤除单元7043相连接，在每次检测信号被发射后，根据辅标记信号获得接收到反射信号的信号接收单元的ID，根据相应的检测信号发射的时间顺序获得相应的信号产生单元的ID，并将信号接收单元的ID与相应的信号产生单元的ID相关联，并记录下来，每隔预定的时间删除一次记录。分析单元7045，每隔预定的时间，根据主统计单元7042的计数值和辅统计单元7044记录的信息数据，判断是否需要发送报警指令，并在需要发送报警指令时，向报警模块发送报警指令。

其中，分析单元7045包括：轮廓判断子单元7045a，用于在预定的时间内，计算标准轮廓数据库中的数据与辅统计单元7044所记录的信息数据的相似度，并选择相似度最大的值，当最大相似度大于等于第四预设阈值时，判断障碍物符合人的轮廓。结果判断单元7045b，用于在满足障碍物符合人的轮廓的连续预定时间内，将主统计单元7042的计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在主统计单元7042的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向报警模块705发送报警指令。

具体地，本发明实施例的结构如下：

图9是本发明第二实施例提供的一种检测坐姿装置的基本结构示意图a，如图9所示，信号发射模块102至少有3个，分别固定于固定载体101上，每两个信号发射模块相互之间相隔的距离可以是相等的（即信号发射模块均匀分布），也可以不相等。信号发射模块的分布满足，在所述装置处于工作状态时，至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有信号发射模块的固定位置点在垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，假如固定载体101呈柱状体如图9，则可以理解为发射模块的固定位置点形成一条直线（当然，实际中允许偏差的存在），假如固定载体101呈弯曲的柱状体，如图10，则存在平面α，满足信号发射模块的位置点在平面α上的投影点形成一条垂直于地面的直线。

其中，所有信号接收模块103依次固定于固定载体101上，相邻的两个信号接收模块103之间相隔预定的距离，这个预定的距离可以是相等的（即信号接收模块均匀分布），也可以不相等。并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有信号接收模块103在所述装置处于工作状态时的位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条平行于地面的直线。假如固定载体101呈柱状体如图9，则可以理解为接收模块的固定位置点形成一条垂直于地面的直线（当然，实际中允许偏差的存在），假如固定载体101呈弯曲的柱状体，则存在平面α，满足信号发射模块的位置点在平面α上的投影点形成一条垂直于地面的直线。其中，位于中间的信号接收模块103为主接收器103a，其他的信号接收模块为辅接收器103b。

具体地，本发明实施例的原理如下：

图11是本发明第二实施例提供的一种检测坐姿的装置检测原理示意图，如图11所示，装置检测的过程和原理为：信号发射模块102按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号，本发明的实施例优选地按照距离地面由远而近的顺序由信号发射模块发射检测信号，如图11，检测开始时，信号发射模块102a先发射检测信号，隔预定的时间（如0.5s）后，信号发射模块102b发射检测信号，然后再隔预定的时间（如0.5s）后，信号发射模块102c发射检测信号，以此类推，直到所有的信号发射模块均发射完检测信号。

如图11所示，被发射的检测信号遇到物体（人体）会被反射回来，信号接收模块103用来接收被反射的检测信号。由于检测信号经过校正后发射方向平行于地面，因此，在和发射平面高度相同处，如果有物体，检测信号就会被反射回来，由于物体表面不光滑产生漫反射，使得反射信号能够被信号接收模块103所接收。因为处于不同高度的检测信号依次被发射，当某个时刻检测信号开始遇到物体（人体）后，接收模块开始能够接收到反射信号，这时，根据当时发射检测信号的信号发射模块所处的高度，可以估算出物体（人体）的高度。

又由于信号接收模块103只能选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，即和信号接收模块同宽度处，并垂直于接收端面的反射信号，因此，只有在和信号接收模块同宽度处有障碍物时，才能接收到被反射回的检测信号，这样就能根据不同位置的信号接收模块接收到被反射回的检测信号的情况获得在某个高度处物体（人体）的宽度。

信号接收模块103分为主接收器103a和辅接收器103b两类，主接收器103a和辅接收器103b的结构完全相同，只是所处的位置不同，主接收器103a位于中间，辅接收器103b位于主接收器103a两边，并且对称分布。主接收器103a对应的与主干扰滤除单元连接，主干扰滤除单元与主统计单元连接，而每个辅接收器103b各对应的与一个辅干扰滤除单元连接，所有的辅干扰滤除单元与一个辅统计单元连接，首先，从某一次检测开始，主干扰滤除单元对接收到的主接收器103a所传递的反射信号的强度进行分析，当反射信号强度大于第一预设阈值时，向主统计单元发送一个主标记信号，主统计单元进行累加计数。同时每个辅干扰滤除单元对辅接收器103b所传递的反射信号的强度进行分析，当反射信号强度大于第一预设阈值时，向辅统计单元发送一个辅标记信号，由于从某一次检测开始，检测信号的发射顺序是一定的（例如按照距离地面由远而近的顺序发射检测信号），因此辅统计单元可以知道当前是哪个信号发射模块发射的检测信号，获得信号产生单元的ID，同时也可以根据由哪个辅干扰滤除单元发送辅标记信号获得信号接收单元的ID，将这两个ID相关联，并记录下来。当所有的信号发射模块依次发射完一遍检测信号后，分析单元根据记录下来的数据判断障碍物是不是符合人类轮廓，具体是将辅统计单元记录下来的信息数据与标准轮廓数据库中的数据进行比对，求辅统计单元记录下来的信息数据与标准轮廓数据库中的数据的相似度，选择相似度最大的值，当最大相似度大于等于第四预设阈值时，判断障碍物符合人的轮廓。其中，标准轮廓数据库中的数据是通过实验采集获得的，将我们认为属于人类的轮廓转化成符合本发明实施例的数据的形式类型，然后存入数据库。当障碍物符合人的轮廓时，进一步将主统计单元累加计数值与第二预设阈值进行比较，在满足障碍物符合人的轮廓的连续预定时间内，将主统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在主统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向报警模块发送报警指令。报警模块，发出警报。警报可以是声音，也可以是光，或者振动，或者显示符号等，也可以是以上几种中警报的任意组合形式。

另外，对于固定载体，可以采用具有一定高度，并且可以固定于桌面或者墙面的形状任意的物体，如图4所示，本发明的实施例优选的采用了台灯的灯柱作为固定载体。

本发明实施例提供的一种检测坐姿的装置，通过利用多个红外发生器分层进行扫描检测，并通过多个接收装置进行接收，实现了对坐姿的识别和检测，在不增加成本的前提下，提高了识别的准确性。

实施例三

图12是本发明第三实施例提供的一种检测坐姿的方法流程图，如图12所示，所述方法包括：

步骤601：将所有信号发射组件依次固定于固定载体上，相邻的两个信号发射组件之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号发射组件在处于工作状态时，位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，所有信号接收组件固定于所述固定载体上，并且至少一个所述信号接收组件和所述信号发射组件处于同一个平面。

信号发射组件至少有3个，分别固定于固定载体上，每两个信号发射模块相互之间相隔的距离可以是相等的（即信号发射模块均匀分布），也可以不相等。假如固定载体呈柱状体，则可以理解为发射模块的固定位置点形成一条直线（当然，实际中允许偏差的存在），假如固定载体呈弯曲的柱状体，则存在平面α，满足信号发射模块的位置点在平面α上的投影点形成一条垂直于地面的直线。

对于本实施例的另一个实施方式，含有至少3个信号接收组件，所有信号接收组件依次固定于固定载体上，相邻的两个信号接收组件之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有信号接收组件在装置处于工作状态时的位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条平行于地面的直线。其中，在信号接收组件的排列中，位于中间的信号接收组件为主接收器，辅接收器位于主接收器的两边，并相对于主接收器对称排布。

其中，固定载体可以采用具有一定高度，并且可以固定于桌面或者墙面的形状任意的物体，本发明的实施例优选的采用了台灯的灯柱作为固定载体。

其中，检测信号经过方向校正，发射方向平行于地面，并且发射角在的范围为大于0小于等于π。

其中，信号接收组件选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，所述特定方向所决定的直线与垂直于信号接收单元接收端面的直线所决定的平面，垂直于地面，并且接收角的范围为大于0小于等于π。

步骤602：按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号。

信号发射组件按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号，本发明的实施例优选地按照距离地面由远而近的顺序由信号发射模块发射检测信号，直到所有的信号发射模块均发射完检测信号。

其中，本发明的实施例优选地采用红外线作为检测信号。

步骤603：接收被反射的检测信号，并在接收到被反射的检测信号时，发送接收到的反射信号强度的信息。

被发射的检测信号遇到物体（人体）会被反射回来，由于检测信号经过校正后发射方向平行于地面，因此，在和发射平面高度相同处，如果有物体，检测信号就会被反射回来，由于物体表面不光滑产生漫反射，使得反射信号能够被接收。因为处于不同高度的检测信号依次被发射，当某个时刻检测信号开始遇到物体（人体）后，开始能够接收到反射信号，这时，根据当时发射检测信号的信号发射组件所处的高度，可以估算出物体（人体）的高度。

对于本实施例的另一个实施方式，由于信号接收模块103只能选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，即和信号接收模块同宽度处，并垂直于接收端面的反射信号，因此，只有在和信号接收模块同宽度处有障碍物时，才能接收到被反射回的检测信号，这样就能根据不同位置的信号接收模块接收到被反射回的检测信号的情况获得在某个高度处物体（人体）的宽度。

步骤604：根据预定时间内接收到反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，发送报警指令。

对于本实施例的一个实施方式，步骤604具体包括步骤6041～步骤6044：

步骤6041：判断反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个计数信号。

从某一次检测开始，对反射信号强度的信息进行分析，当反射信号强度大于第一预设阈值时，发送一个计数信号，这么做的原因是可能在人体周围存在障碍物，或者原始检测信号经过校正后发射方向并不是精确的平行于地面，而是存在一定的偏差，从而产生干扰信号，但是干扰信号的强度比较小，所以可以根据反射信号的强度判断反射信号是否是干扰信号。第一预设阈值可以根据经验或者实验进行设定，当反射信号强度大于第一预设阈值时，认为反射信号不是干扰信号。

步骤6042：根据计数信号进行累加计数，每个计数信号累加值为1。

每接收一个计数信号累加一次，当所有的信号发射模块依次发射完一遍检测信号。

步骤6043：将所有所述相似度分别与第二预设阈值相比较。

步骤6044：在预定的时间内，将所述计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并发送报警指令。

将计数值与第二预设阈值进行比较，第二预设阈值是根据信号发射组件所处位置的情况设定的，例如，30cm是人眼距离桌子的最佳距离，根据人的生理特征，可以估算出头顶在人眼距离桌子30cm时所处的高度（假如是40cm），然后根据信号接收组件在固定载体上的位置，确定处于40cm高度的信号发射组件，假设从离地面最近的信号发射组件开始算起，第n个信号发射组件处于40cm的高度，那么，当头顶高于40cm的高度时，接收到反射信号就会多于n次，则n就可以作为第二预设阈值。进一步的，由上可知，当计数值大于等于第二预设阈值时，说明头顶（眼睛）距离桌面的距离不小于30cm，说明坐姿正确，当计数值小于第二预设阈值时，说明头顶（眼睛）距离桌面的距离小于30cm，说明坐姿不正确。

步骤6045：每隔预定的时间进行一次清零。

当所有的信号发射模块依次发射完一遍检测信号后，进行一次清零。

步骤605：在接收到报警指令后，发出警报。

警报可以是声音，也可以是光，或者振动，或者显示符号等，也可以是以上几种中警报的任意组合形式。

对于本实施例的另一个实施方式，步骤604具体包括步骤604a～步骤604e：

步骤604a：判断主接收器接收到的反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个主标记信号。

步骤604b：每接收一个主标记信号进行一次累加计数，累加值为1，获得主计数值，并且每隔预定的时间进行一次清零。

步骤604c：判断每个辅接收器接收到的反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个辅标记信号。

步骤604d：在每次检测信号被发射后，根据辅标记信号获得接收到反射信号的信号接收组件的ID，根据相应的检测信号发射的时间顺序获得相应的信号发射组件的ID，并将信号接收组件的ID与相应的信号发射组件的ID相关联，并记录下来，获得辅信息数据，每隔预定的时间删除一次记录。

步骤604e：每隔预定的时间，根据所述主计数值和记录的辅信息数据，判断是否需要发送报警指令，如果是，向所述报警模块发送报警指令。

在预定的时间内，计算标准轮廓数据库中的数据与辅信息数据的相似度，并选择相似度最大的值，判断最大相似度是否大于等于第四预设阈值。在连续预定时间内，如果是，将主计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在主计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向所述报警模块发送报警指令。

本发明实施例提供的一种检测坐姿的方法，通过利用多个红外（超声波）发生器分层进行扫描检测，实现了对坐姿的识别和检测，在不增加成本的前提下，提高了识别的准确性。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以通过如上所述的通信终端实施，对于语音信息的发送以及接收功能可以集成于同一通信终端上以使得通信终端既可以发送也可以接收语音信息。可选地，本发明实施例可以用计算机装置可执行的程序来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由处理器来执行，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等；或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上仅是针对本发明的优选实施例及其技术原理所做的说明，而并非对本发明的技术内容所进行的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的技术范围内，所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种检测坐姿的装置，其特征在于，包括固定载体、至少三个信号发射模块、至少一个信号接收模块、信息处理模块和报警模块；

所述固定载体用于固定所述信号发射模块和所述信号接收模块，所有所述信号发射模块依次固定于固定载体上，相邻的两个信号发射模块之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号发射模块在所述装置处于工作状态时，位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，所有所述信号接收模块固定于所述固定载体上，并且至少一个所述信号接收模块和所述信号发射模块处于同一个平面；

所有所述信号发射模块，按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号；

所述信号接收模块，接收被反射的检测信号，并在接收到被反射的检测信号时，向所述信息处理模块发送接收到的反射信号强度的信息；

所述信息处理模块，根据预定时间内所述信息处理模块接收到反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，向所述报警模块发送报警指令；

所述报警模块，在接收到所述信息处理模块发送的报警指令后，发出警报。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号发射模块，包括：

信号产生单元，用于产生原始检测信号；

信号发射方向校正单元，位于所述信号产生单元发射端前，对原始检测信号的发射方向进行校正，使得在所述装置处于工作状态时，所述原始检测信号经过校正后发射方向平行于地面，并且发射角的范围为大于0小于等于π。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号产生单元采用红外线发生器。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信息处理模块包括：

干扰滤除单元，在反射信号强度大于第一预设阈值时，向统计单元发送一个标记信号；

统计单元，每接收一个标记信号进行一次累加计数，累加值为1，并且每隔预定的时间进行一次清零；

比较单元，每隔预定的时间，将所述统计单元的计数值与第二预设阈值进行比较；

判断单元，在预定的时间内，将所述统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向所述报警模块发送报警指令。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所有所述信号接收模块依次固定于固定载体上，相邻的两个信号接收模块之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号接收模块在所述装置处于工作状态时的位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条平行于地面的直线；

其中，在所述信号接收模块的排列中，位于中间的信号接收模块为主接收器，辅接收器位于所述主接收器的两边，并相对于主接收器对称排布。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号接收模块，包括：

信号接收单元，用于接收被反射的检测信号；

信号接收方向选择单元，位于所述信号接收单元接收端前，在所述装置处于工作状态时，选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，所述特定方向所决定的直线与垂直于所述信号接收单元接收端面的直线所决定的平面，垂直于地面，并且接收角的范围为大于0小于等于π。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信息处理模块包括：

主干扰滤除单元，与所述主接收器的信号接收单元相连接，在反射信号强度大于第一预设阈值时，向主统计单元发送一个主标记信号；

主统计单元，与所述主干扰滤除单元相连接，每接收一个主标记信号进行一次累加计数，累加值为1，并且每隔预定的时间进行一次清零；

至少一个辅干扰滤除单元，每个所述的辅干扰滤除单元对应的与一个所述辅接收器的信号接收单元相连接，在所述信号接收单元接收到的反射信号强度大于第一预设阈值时，向辅统计单元发送一个辅标记信号；

辅统计单元，所述的辅统计单元与所有所述辅干扰滤除单元相连接，在每次检测信号被发射后，根据辅标记信号获得接收到反射信号的信号接收单元的ID，根据相应的检测信号发射的时间顺序获得相应的信号产生单元的ID，并将所述信号接收单元的ID与相应的信号产生单元的ID相关联，并记录下来，每隔预定的时间删除一次记录；

分析单元，每隔预定的时间，根据所述主统计单元的计数值和辅统计单元记录的信息数据，判断是否需要发送报警指令，并在需要发送报警指令时，向所述报警模块发送报警指令。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分析单元包括：

轮廓判断子单元，用于在预定的时间内，计算标准轮廓数据库中的数据与辅统计单元所记录的信息数据的相似度，并选择相似度最大的值，当最大相似度大于等于第四预设阈值时，判断障碍物符合人的轮廓；

结果判断单元，用于在满足障碍物符合人的轮廓的连续预定时间内，将所述主统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述主统计单元的计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向所述报警模块发送报警指令。

9.一种检测坐姿的方法，其特征在于，包括：

将所有信号发射组件依次固定于固定载体上，相邻的两个信号发射组件之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号发射组件在处于工作状态时，位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条垂直于地面的直线，所有信号接收组件固定于所述固定载体上，并且至少一个所述信号接收组件和所述信号发射组件处于同一个平面；

按照预定的顺序依次在每隔预定的时间后发射检测信号；

接收被反射的检测信号，并在接收到被反射的检测信号时，发送接收到的反射信号强度的信息；

根据预定时间内接收到反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，发送报警指令；

在接收到报警指令后，发出警报。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述检测信号经过方向校正，发射方向平行于地面，并且发射角在的范围为大于0小于等于π。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述检测信号是红外线。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据预定时间内接收到的反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，发送报警指令包括：

判断反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个标记信号；

根据标记信号进行累加计数，每个计数信号累加值为1；

每隔预定的时间，将所述计数值与第二预设阈值进行比较；

在预定的时间内，将所述计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并发送报警指令；

每隔预定的时间进行一次清零。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所有所述信号接收组件依次固定于固定载体上，相邻的两个信号接收组件之间相隔预定的距离，并且满足至少存在一个垂直于地面的平面，使得所有所述信号接收组件在处于工作状态时的位置点在所述垂直于地面的平面上的投影点成一条平行于地面的直线；

其中，在所述信号接收组件的排列中，位于中间的信号接收组件为主接收器，辅接收器位于所述主接收器的两边，并相对于主接收器对称排布。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述信号接收组件选择性接收特定方向的被反射回的检测信号，所述特定方向所决定的直线与垂直于所述信号接收单元接收端面的直线所决定的平面，垂直于地面，并且接收角的范围为大于0小于等于π。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据预定时间内接收到的反射信号的情况以及反射信号强度的信息，判断坐姿是否正确，并在坐姿不正确时，发送报警指令包括：

判断主接收器接收到的反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个主标记信号；

每接收一个主标记信号进行一次累加计数，累加值为1，获得主计数值，并且每隔预定的时间进行一次清零；

判断每个辅接收器接收到的反射信号强度是否大于第一预设阈值，如果是，发送一个辅标记信号；

在每次检测信号被发射后，根据辅标记信号获得接收到反射信号的信号接收组件的ID，根据相应的检测信号发射的时间顺序获得相应的信号发射组件的ID，并将所述信号接收组件的ID与相应的信号发射组件的ID相关联，并记录下来，获得辅信息数据，每隔预定的时间删除一次记录；

每隔预定的时间，根据所述主计数值和记录的辅信息数据，判断是否需要发送报警指令，如果是，向所述报警模块发送报警指令。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述每隔预定的时间，根据所述主计数值和记录的辅信息数据，判断是否需要发送报警指令，包括：

在预定的时间内，计算标准轮廓数据库中的数据与辅信息数据的相似度，并选择相似度最大的值，判断最大相似度是否大于等于第四预设阈值；

在连续预定时间内，如果是，将所述主计数值小于第二预设阈值的次数与第三预设阈值进行比较，在所述主计数值小于第二预设阈值的次数大于第三预设阈值时，判断坐姿不正确，并向所述报警模块发送报警指令。

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