CN104586404A - 体质监测的姿态识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

提供一种体质监测的姿态识别方法，在红外摄像机的视野范围内设置待测区域，待测目标位于待测区域内；向待测区域提供光源进行照射，光源发出的光至少包括红外光，且待测目标与光源之间的距离不同于干扰物与光源之间的距离；红外摄像机对待测区域进行红外拍摄形成红外图像；分析拍摄到的红外图像，根据明暗度区分出待测目标和干扰物，获取待测目标的姿态。采用该方法能够自动区分出待测目标和干扰物，并实现对待测目标姿态的识别。还公开了一种体质监测的姿态识别系统。

Description

体质监测的姿态识别方法及系统

技术领域

本发明涉及图像识别处理领域，具体涉及一种体质监测的姿态识别方法及系统。

背景技术

目前，随着社会经济发展、人民对健康认识的提高、以及国际形势的变化，国家对整体国民体质的增强已经提升到战略性的高度。在这个大背景下，迫切需要对全民体质进行更高效、准确地监测。

国家体育总局群体司于2003年发布的《国民体质测定标准手册及标准(成年人部分)》中，国民体质的测试分为了三大类共11项测试指标，其中身体机能类别中有台阶试验、身体素质类别中有坐位体前屈两项指标。

传统的台阶试验测试方法为受测者按节拍器提示声做上下台阶运动，测试员对受测者进行人工值守目视测试来判断受测者的动作准确与否及进行台阶计数。传统的坐位体前屈测试方法为受测者坐在垫上，双脚伸直脚跟并拢脚掌蹬在测试仪平板上，用双手中指指尖推动测试仪游标平滑前移至不能移动，测试员对受测者进行人工值守目视测试来判断受测者的动作准确与否及进行坐位体前屈屈伸距离读数。

以上的测试方法在对人体动作的判断、测试数据计读上均由测试员来进行，存在判断不准确、标准不统一、测试效率低、测试体验不够好及测试数据难采集统计等问题，这些问题对进行规模、系统、科学地进行全民体质监测造成了极大障碍。

发明内容

本申请提供一种体质监测的姿态识别方法和识别系统，以实现体质监测过程中人体姿态的自动识别。

根据第一方面，一种实施例中提供一种体质监测的姿态识别方法，包括：

在红外摄像机的视野范围内设置待测区域，待测目标位于待测区域内；向待测区域提供光源进行照射，光源发出的光至少包括红外光，且待测目标与光源之间的距离不同于干扰物与光源之间的距离；红外摄像机对待测区域进行红外拍摄形成红外图像；分析拍摄到的红外图像，根据明暗度区分出待测目标和干扰物，获取待测目标的姿态。

根据第二方面，一种实施例中提供一种体质监测的姿态识别系统，包括：红外摄像机、待测区域、光源和控制器，其中，

待测区域设置在红外摄像机的视野范围内，用于为待测目标提供监测场所；光源用于向待测区域进行照射，光源发出的光至少包括红外光，且待测目标与光源之间的水平距离不同于干扰物与光源之间的水平距离；红外摄像机用于对待测区域进行红外拍摄形成红外图像；控制器分别与红外摄像机和光源信号连接，用于控制红外摄像机和光源执行相应的操作，并接收红外摄像机拍摄形成的红外图像，分析拍摄到的红外图像，根据明暗度区分出待测目标和其它干扰物，获取待测目标的姿态。

依据上述实施例的体质监测的姿态识别方法和系统，由于待测区域与光源之间的距离不同于干扰物与光源之间的距离，因此，红外摄像机所拍摄形成的红外图像中，待测目标和干扰物具有不同的明暗度，利用这一明暗度差别，可以准确地区分出待测目标和干扰物，从而实现了对待测目标姿态的自动识别。

附图说明

图1为本申请实施例公开的一种体质监测的姿态识别系统结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种体质监测的姿态识别方法流程图；

图3为本申请实施例区分待测目标和干扰物原理示意图；

图4为本申请实施例利用明暗帧获取差分图像策略示意图；

图5为本申请实施例方案应用于台阶试验的测试示意图；

图6a和图6b为本申请实施例方案应用于坐位体前屈指标的测试示意图，其中图6a为立体图，图6b为局部侧视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

红外光在传输距离不同时，红外摄像机所拍摄的红外图像具有显著的明暗度差别。本发明实施例基于这一原理，通过对待测目标提供红外光源进行主动照明，并利用红外摄像机对待测区域进行红外拍摄形成红外图像，由于待测目标到红外光源的距离不同于干扰物到光源的距离，因此，形成的红外图像中，能够从干扰物中区分出待测目标并识别。

请参考图1，为本实施例公开的一种体质监测的姿态识别系统，包括红外摄像机100、待测区域200、光源400和控制器300，其中，

待测区域200设置在红外摄像机100的视野范围内(如图1虚线范围所示)，用于为待测目标提供监测场所。在具体实施例中，可以根据国民体质测定的项目来确定待测区域200所放置的体能测试器材，譬如台阶试验中的台阶501(如图5所示)、坐位体前屈中的零位板502(如图6a和图6b所示)等。在其它实施例中，还可以是其它的测试器材。

控制器300与红外摄像机100信号连接，控制器300还与光源400信号连接，控制器300用于与红外摄像机100进行数据交互。

光源400用于向待测区域200提供光源进行照射，光源400发出的光至少包括红外光，且如图3中所示，待测目标500与光源400之间的距离d1不同于干扰物600与光源400之间的距离d2。

红外摄像机100用于对待测区域进行红外拍摄形成红外图像，为了能够拍摄到所需的红外图像，红外摄像机100能够拍摄到的光谱范围至少应包括光源所发出的红外光的光谱范围。

请参考图1，在具体实施例中，光源400可以设置在红外摄像机100上，也可以集成在红外摄像机100内，或者可以照射到待测区域的其它位置。

控制器300用于控制红外摄像机100和光源400执行相应的操作。可包括控制光源400向待测区域进行照射，以及，接收红外摄像机100拍摄形成的红外图像，分析拍摄到的红外图像，根据明暗度区分出待测目标500和干扰物600，获取待测目标的姿态。

基于上述体质监测的姿态识别系统，本实施例还公开了一种体质监测的姿态识别方法，请参考图2，为该姿态识别方法的流程图，具体方法包括如下步骤：

步骤S100，设置待测区域。在红外摄像机的视野范围内设置待测区域，待测区域用于为待测目标提供体质监测的场所，待测目标位于待测区域内进行体质监测。

步骤S200，提供光源照射。向待测区域提供光源进行照射，光源发出的光至少包括红外光，且待测目标与光源之间的距离不同于干扰物与光源之间的距离。在一种实施例中，光源可以由主动照明红外摄像机提供，也可以通过光源模块提供，一种光源为红外发光二极管，在其它实施例中，也可以是其它的能够提供红外光的光源。在具体实施例中，待测目标与光源之间的距离应优选小于干扰物与光源之间的距离。在优选的实施例中，待测目标与光源之间的水平距离为1～3米，特别优选地为2米左右。

步骤S300，红外拍摄。红外摄像机对待测区域进行红外拍摄形成红外图像。红外摄像机可以是一台，也可以是多台。红外摄像机到待测区域的距离可以根据经验确定，需要说明的是，红外摄像机到待测区域的距离越远，则所拍摄形成的红外图像精度越差，从而导致后续识别及测量的误差也越大，在具体实施例中，红外摄像机到待测区域的距离一般不超过3米。

步骤S400，获取待测目标的姿态。分析拍摄到的红外图像，根据明暗度区分出待测目标和干扰物，获取待测目标的姿态。请参考图3，由于待测目标到红外光源的距离d1不同于干扰物到光源的距离d2，优选地，d1小于d2，因此，经待测目标反射到红外摄像机的红外光传输距离也不同于经干扰物反射到红外摄像机的红外光传输距离，故而使得红外摄像机所拍摄的红外图像中，待测目标和干扰物具有不同的明暗度。当d1小于d2时，所拍摄的红外图像中，待测目标明亮度高于干扰物的明亮度，根据明暗度可以高效率地，且比较准确地区分出待测目标和干扰物，由此，可以识别出待测目标的姿态。

在执行步骤S200提供光源照射时，应优选以预设的频率向待测区域提供光源进行照射；相应地，在执行步骤S300红外拍摄时，红外摄像机应以预设的帧率对待测区域进行红外拍摄形成红外图像。

为了加强红外图像中待测目标和干扰物的明暗区分，在优选的实施例中，红外拍摄形成的红外图像中至少包括明帧图像和暗帧图像，其中，明帧图像为在光源对待测区域照射的条件下红外拍摄形成的红外图像，暗帧图像为在光源未对待测区域照射的条件下红外拍摄形成的红外图像。而后，利用对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，根据差分结果区分出待测目标和干扰物，获取待测目标的姿态。在具体实施例中，红外摄像机拍摄的帧率可为光源发光频率的两倍，因此，红外摄像机红外拍摄时，当所拍摄到的前一帧为明帧图像时，仅接着的下一帧就必定是暗帧图像，故而形成的红外图像为明暗交替，图4中，内部填充有竖线的方形框表征为暗帧图像，内部空白的方形框表征为明帧图像。利用将明帧图像和暗帧图像进行差分运算可以得到该明、暗两帧图像的差分图像，待测目标和干扰物在该差分图像中相对于其在明帧图像和暗帧图像都具有更强的明暗度区分，因此，根据差分结果区分出待测目标和干扰物准确度更高，获取待测目标的姿态更为准确。

请参考图2，在优选的实施例中，本实施例公开的体质监测的姿态识别方法还包括：

步骤S500，获得检测数据。分别连续获取多个待测目标的姿态构成待测目标的运动姿态集合，根据所获得的运动姿态的集合，获得待测目标在相应检测项目的检测数据。在具体实施例中，可以基于所获得的运动姿态的集合采用特定的算法来计算获得待测目标在相应检测项目的检测数据。

需要说明的是，在不同的检测项目中，体质监测的时间也不同，因此，在优选的实施例中，还可以在步骤S400和步骤S500执行步骤S600。

步骤S600，判断监测是否结束。如果判断监测结束，则执行步骤S500；否则返回执行步骤S200，需要说明的是，当采用明暗帧差分运算时，且当前需要获取暗帧图像时，则应返回执行步骤S300，此时不需要提供光源照射。

本实施公开的体质监测的姿态识别方法和系统，由于待测区域与光源之间的距离不同于干扰物与光源之间的距离，在向待测区域提供红外光源进行照射时，在待测区域的待测目标反射的红外光强度不同于干扰物反射的红外光强度，因此，红外摄像机所拍摄形成的红外图像中，待测目标和干扰物具有不同的明暗度，利用这一明暗度差别，可以准确地区分出待测目标和干扰物，从而实现了对待测目标的姿态识别。

此外，采用明暗帧差分的方式来获取待测目标的姿态，能够进一步提高待测目标识别的准确度。

采用本实施例公开的体质监测的姿态识别方法和系统，在对人体进行国民体质测定标准中身体机能检测时，可以实现整个测试过程无人值守，由控制器控制，从受测者按计算机系统口令进入测试区域开始，全程自动测试，在测试完成后，自动出具测试结果及报告。实现了国家国民体质测定标准中身体机能的智能、准确、高精度、高效率的测试。

为便于本领域普通技术人员理解本实施例的技术方案，下文结合具体的应用实例来说明。

实施例一：

本实施例中，使用一台主动照明红外摄像机来进行国家国民体质测定标准中身体机能类别的台阶试验指标的测试。如图5所示，待测区域放置台阶501，台阶高度为350mm，一台主动照明红外摄像机100放置于台阶前面2米位置处，距离地面1.5米，在台阶501位置处主动照明红外摄像机100竖直方向的视场为3米，待测目标面对台阶侧面，按计算机系统口令上下台阶进行测试，主动红外摄像机100的红外照明光源为10只850nm红外发光二极管，红外发光二极管的发光角度为80度。

测试开始后，先对固定高度的台阶501进行标定，再对测试过程中动态红外图像或者差分图中待测目标(人体)进行高度计算，同时对动态红外图像或者差分图中待测目标的腿部进行姿态识别，结合待测目标的高度(即人体身高)，可以得到待测目标直立站在台阶501上的有效次数，继而得出该待测目标的台阶试验检测数据。

需要说明的是，本实施例中公开的具体数值为参考数值、国标或者为优选值，这些数值不能认定为对本实施例的技术方案构成限制。

实施例二：

本实施例中，使用两台主动照明红外摄像机来进行国家国民体质测定标准中身体素质类别的坐位体前屈指标的测试。如图6a和图6b所示，待测区域放置零位板502，零位板502高度为400mm，待测目标双脚伸直脚跟并拢脚掌蹬在零位板上，双手手指并拢平伸，在零位板502上方前移至不能移动。其中第一红外摄像机101放置于待测目标一侧，用于监测待测目标的手指姿态，该红外摄像机距离受测者1.5米，与零位板502中心同高，在待测目标位置处主动照明红外摄像机水平方向的视场为1.5米，该摄像机红外照明光源为6只850nm红外发光二极管，红外发光二极管的发光角度为80度；第二红外摄像机102放置在零位板502正上方，用于监测待测目标的腿部姿态，该红外摄像机高1.5米于零位板，使用长焦镜头，在零位板502处的物空间分辨率为0.5mm，该摄像机红外照明光源为4只850nm红外发光二极管，红外发光二极管的发光角度为30度。

当进行坐位体前屈测试时，先对用于蹬脚的零位板502进行标定，再根据测试过程中第二红外摄像机102拍摄的动态图像或者差分图对待测目标的腿部进行姿态识别分析。当腿部为合格姿态时，请参考图6b，结合零位板位置，计算第一红外摄像机101所拍摄的动态图像或者差分图像中待测目标手部指尖处相对零位板502的距离L，可以得到待测目标坐位体前屈有效屈伸距离。

需要说明的是，本实施例中公开的具体数值为参考数值、国标或者为优选值，这些数值不能认定为对本实施例的技术方案构成限制。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种体质监测的姿态识别方法，其特征在于，所述方法包括：

在红外摄像机的视野范围内设置待测区域，待测目标位于所述待测区域内；

向所述待测区域提供光源进行照射，所述光源发出的光至少包括红外光，且所述待测目标与所述光源之间的距离不同于干扰物与所述光源之间的距离；

红外摄像机对所述待测区域进行红外拍摄形成红外图像；

分析拍摄到的红外图像，根据明暗度区分出待测目标和干扰物，获取所述待测目标的姿态。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测目标与所述光源之间的距离为1～3米。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述光源以预设的频率向所述待测区域进行照射；

红外拍摄形成的红外图像包括明帧图像和暗帧图像，所述明帧图像为在光源对待测区域照射的条件下红外拍摄形成的红外图像，所述暗帧图像为在光源未对待测区域照射的条件下红外拍摄形成的红外图像；

对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，根据差分结果区分出待测目标和干扰物。

4.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述待测目标与所述光源之间的距离小于干扰物与所述光源之间的距离。

5.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：分别连续获取多个所述待测目标的姿态构成所述待测目标的运动姿态集合，根据所获得的运动姿态的集合，获得所述待测目标在相应检测项目的检测数据。

6.一种体质监测的姿态识别系统，其特征在于，包括：红外摄像机、待测区域、光源和控制器；

所述待测区域设置在红外摄像机的视野范围内，用于为待测目标提供监测场所；

所述光源用于向所述待测区域进行照射，所述光源发出的光至少包括红外光，且所述待测目标与所述光源之间的水平距离不同于干扰物与所述光源之间的水平距离；

所述红外摄像机用于对所述待测区域进行红外拍摄形成红外图像；

所述控制器分别与所述红外摄像机和所述光源信号连接，用于控制红外摄像机和光源执行相应的操作，并接收所述红外摄像机拍摄形成的红外图像，分析拍摄到的红外图像，根据明暗度区分出待测目标和干扰物，获取所述待测目标的姿态。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述待测目标与所述光源之间的距离为1～3米。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述光源以预设的频率向所述待测区域进行照射；

所述红外摄像机在待测区域有光源以及未有光源照射时分别进行红外拍摄，以分别得到有光源照射时的明帧图像和未有光源照射时的暗帧图像，；

所述控制器分析拍摄到的红外图像时对相邻的明帧图像和暗帧图像进行差分，并根据差分结果区分出待测目标和干扰物。

9.如权利要求6-8任意一项所述的系统，其特征在于，所述待测目标与所述光源之间的距离小于干扰物与所述光源之间的距离。

10.如权利要求6-8任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于分别连续获取多个所述待测目标的姿态构成所述待测目标的运动姿态集合，根据所获得的运动姿态的集合，获得所述待测目标在相应检测项目的检测数据。