CN107563320B - 基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间位置领域，公开了一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法及其系统，该方法包括以下步骤：选择参考节点，获取人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置；根据人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置以及骨骼节点之间的相对位置判断人体体态特征；根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果。本发明通过采集人体骨骼节点信息的方式对人体肢体进行识别以及空间定位，从而获取人体姿态特征、骨架位置等信息，通过获取到的信息数据对人体仪态进行判断检测，检测的结果客观准确。

Description

基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法及其系统

技术领域

本发明涉及空间位置领域，尤其涉及一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法及其系统。

背景技术

仪态指人在行为当中的姿势和风度。既包括日常生活的仪态，也包括工作中的举止。可以说，人在生活中的每一个动作都是仪态的表现。很多工作对求职者的仪态也有着很高的要求。

传统的仪态测试一般由求职者本人或周围人根据书籍、网络或经验进行判断，其存在主观性、随意性和局限性等不足。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法及其系统，以解决现有仪态测试存在主观性。随意性和局限性的现有技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法，包括以下步骤：

选择参考节点，获取人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置；

根据人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置以及骨骼节点之间的相对位置判断人体体态特征；

根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果。

进一步地，骨骼节点包括左足跟节点、右足跟节点、左膝盖节点、右膝盖节点、左臀节点、右臀节点、躯干节点、左肩节点和右肩节点。

进一步地，人体体态特征包括腿部状态，判断腿部状态包括以下步骤：

设左椅腿上部节点为参考节点O_{Left Top}，左椅腿下部节点为参考节点O_{Left Bottom}，所述左足节点相对于参考点O_{Left Bottom}的距离为D_{Left Bottom}，所述左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}，椅腿高度为H；

根据D_{Left Bottom}、D_{Left Top}和H计算小腿与椅腿平面的角度α＝arctan(D_{Left Bottom}-D_{Left Top})/H；

根据α的大小判断左腿状态，右腿测试方法与左腿测试方法相同。

进一步地，人体体态包括臀部状态，判断臀部状态的包括以下步骤：

设椅面长为a，宽为b，椅面左边缘a/4处为参考点O_{Left chair}，左臀节点为参考点O_{Lfet Hip}，左臀节点O_{Lfet Hip}相对于参考点O_{Left chair}的距离为D_{Lfet Hip}；

根据距离D_{Lfet Hip}与椅面长a计算左臀在椅面的位置；

根据D_{Lfet Hip}/a判断左臀状态，右臀测试方法与左臀测试方法相同。

进一步地，人体体态还包括背部状态，判断背部状态的包括以下步骤：

在椅侧处安装一组可调高度的红外线光栅，设定所述左肩节点坐标O_{Left shoulder}，所述右肩节点坐标为O_{Right shoulder}，所述躯干节点坐标O_body；

根据左肩节点O_{Left shoulder}、右肩节点O_{Right shoulder}和躯干节点O_body与红外平面接触情况判断背部状态。

依托于上述方法，本发明还提供了一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试系统，包括：

采集模块：用于选择参考节点，获取人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置；

特征识别模块：用于根据人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置以及骨骼节点之间的相对位置判断人体体态特征；

决策模块：用于根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果。

输出模块：用于综合上身状态、臀部状态和腿部状态给出仪态测试结果。

进一步地，采集模块采集的骨骼节点包括左足跟节点、右足跟节点、左膝盖节点、右膝盖节点、左臀节点、右臀节点、躯干节点、左肩节点和右肩节点。

进一步地，特征识别模块判用于判断腿部状态，断腿部状态包括以下步骤：

设左椅腿上部节点为参考节点O_{Left Top}，左椅腿下部节点为参考节点O_{Left Bottom}，所述左足节点相对于参考点O_{Left Bottom}的距离为D_{Left Bottom}，所述左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}，椅腿高度为H；

根据D_{Left Bottom}、D_{Left Top}和H计算小腿与椅腿平面的角度α＝arctan(D_{Left Bottom}-D_{Left Top})/H；

根据α的大小判断左腿状态，右腿测试方法与左腿测试方法相同。

进一步地，特征识别模块用于判断臀部状态，判断臀部状态包括以下步骤：

设椅面长为a，宽为b，椅面左边缘a/4处为参考点O_{Left chair}，左臀节点为参考点O_{Lfet Hip}，左臀节点O_{Lfet Hip}相对于参考点O_{Left chair}的距离为D_{Lfet Hip}；

根据距离D_{Lfet Hip}与椅面长a计算左臀在椅面的位置；

根据D_{Lfet Hip}/a判断左臀状态，右臀测试方法与左臀测试方法相同。

进一步地，特征识别模块还用于判断背部状态，判断背部状态的包括以下步骤：

在椅侧处安装一组可调高度的红外线光栅，设定所述左肩节点坐标O_{Left shoulder}，所述右肩节点坐标为O_{Right shoulder}，所述躯干节点坐标O_body；

根据左肩节点O_{Left shoulder}、右肩节点O_{Right shoulder}和躯干节点O_body与红外平面接触情况判断背部状态。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过采集人体骨骼节点信息的方式对人体肢体进行识别以及空间定位，从而获取人体姿态特征、骨架位置等信息，通过获取到的信息数据对人体仪态进行判断检测。检测的结果客观准确。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法流程图。

图2是本发明优选实施例的基于空间位置的坐姿仪态测试示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明目提供了一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法，包括以下步骤：

S1：选择参考节点，获取人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置。

本发明测试的是人体坐姿仪态，因此一般选取处于静态的椅子作为参照物。获取人体骨骼节点的方式为在椅子上安装超声波测距传感器，将安装有超声波测距传感器的节点作为参考节点。通过超声波测距传感器感应到骨骼节点的空间位置可以得到骨骼节点相对与参考节点的空间位置以及不同骨骼节点之间的相对位置。

S2：根据人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置以及骨骼节点之间的相对位置判断人体体态特征。

相关骨骼节点之间的相对位置可以判断出人体该部分的姿态。比如根据足跟节点、膝盖节点和臀部节点可以分析人体腿部状态，当人体处于站立姿态时，足跟节点、膝盖节点和臀部节点几乎从下之上垂直于地面排列。由此可知，通过分析骨骼节点之间的相对位置能够大致判断人体姿态。

S3：根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果。

可以通过蓝牙模块连接传感器与手机终端，传感器将收集的坐姿信息进行分析得出数据发送到手机终端，并由语音模块读出坐姿不正确的部位。

根据人体体态特征对人体仪态进行分析具有客观性，能够正确的反映人体的仪态从而避免依靠人工进行判断的主观性、随意性和不确定性。

进一步地，骨骼节点包括左足跟节点、右足跟节点、左膝盖节点、右膝盖节点、左臀节点、右臀节点、躯干节点、左肩节点和右肩节点。

由于本发明测试的为人体坐姿仪态，因此采集的骨骼节点大部分为下半身的骨骼几点，所选的上半身骨骼节点仅用来测试人员上半身是否静止。将测试重心放在下半身骨骼节点的采集上，除去了一部分无用骨骼节点的获取工作，节约了一部分资源。

进一步地，人体体态特征包括腿部状态，判断腿部状态包括以下步骤：

S201：设左椅腿上部节点为参考节点O_{Left Top}，左椅腿下部节点为参考节点O_{Left Bottom}，所述左足节点相对于参考点O_{Left Bottom}的距离为D_{Left Bottom}，所述左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}，椅腿高度为H。

对于处于坐姿的人体仪态测试，腿部测试主要测试人体小腿与椅子椅脚的角度，通过分析小腿与椅脚的角度来确定人体小腿的摆放姿势从而判断人体小腿部分的仪态，因此需要获取膝盖节点和足跟节点的空间位置。将左椅腿上部节点作为参考节点O_{Left Top}，左椅腿下部节点作为参考节点O_{Left Bottom}，根据超声波测距传感器得到左足跟节点相对于参考点O_LeftBottom的距离为D_{Left Bottom}，所述左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}，椅腿高度为H。

S202：根据D_{Left Bottom}、D_{Left Top}和H计算小腿与椅腿平面的角度α＝arctan(D_{Left Bottom}-D_{Left Top})/H。

左椅腿上部节点和左椅腿下部节点在水平方向上的投影位置是重合的，因此只需要用左足跟节点相对于参考点O_{Left Bottom}的距离为D_{Left Bottom}减去左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}即可得到人体腿部前伸时，膝盖与足跟在水平方向上的距离。结合椅腿高度即可计算得到小腿与椅脚平面的角度。

S203：根据α的大小判断左腿状态，右腿测试方法与左腿测试方法相同。

左足节点和左膝盖节点处于同一平面内，且左足节点和左膝盖节点的相对距离与垂直高度的比小于30°时，则认为左腿处于正确位置。右腿测试方法与左腿测试方法相同。当左腿和右腿均处于正确位置时，判断左足跟节点和右足跟节点是否几乎重合并且与左椅腿下部节点O_{Left Bottom}处于同一水平面来判断双脚是否靠拢并平方于地面从而判断人的坐姿。

进一步地，人体体态包括臀部状态，判断臀部状态的包括以下步骤：

S211：设椅面长为a，宽为b，椅面左边缘a/4处为参考点O_{Left chair}，左臀节点为参考点O_{Lfet Hip}，左臀节点O_{Lfet Hip}相对于参考点O_{Left chair}的距离为D_{Lfet Hip}。

对于处于坐姿的人体仪态测试，臀部测试主要测试臀部节点与椅面的位置关系。通过分析臀部节点处于椅面的位置来判断人体臀部姿态，因此需要获取臀部节点的空间位置。设椅面长为a，宽为b，椅面左边缘a/4处为参考点O_{Left chair}，左臀节点为O_{Lfet Hip}，左臀节点O_{Lfet Hip}相对于参考点O_{Left chair}的距离为D_{Lfet Hip}。

S212：根据距离D_{Lfet Hip}与椅面长a计算左臀在椅面的位置。

S213：根据D_{Lfet Hip}/a判断左臀状态，右臀测试方法与左臀测试方法相同。

若D_{Lfet Hip}/a≥2/3，则左臀部处于标准状态，反之则左臀部未处于标准状态，右臀测试方法与左臀测试方法相同。通过左臀节点和右臀节点的空间位置来判断臀部是否摆正，且可以通过一段时间对臀部节点的采集来判断是否有臀部晃动的情况。臀部是否摆正对于坐姿非常重要。

进一步地，特征识别模块还用于判断背部状态，判断背部状态的包括以下步骤：

S221：在椅侧处安装一组可调高度的红外线光栅，设定左肩节点坐标为O_{Left shoulder}，右肩节点坐标为O_{Right shoulder}，躯干节点坐标为O_body；

红外线光栅采用多束红外光对射，发射器向接收器以“低频发射、时分检测”方式发出红外光，一旦有人员或物体挡住了发射器发出的任何相邻两束以上光线超过30ms时，接收器立即输出报警信号。通过在椅子左右两侧安装红外线光栅来测试人体躯干部位的仪态，能够直观及时的获取躯干仪态信息。

S222：根据左肩节点O_{Left shoulder}、右肩节点O_{Right shoulder}和躯干节点O_body与红外平面接触情况判断背部状态。

若左肩节点O_{Left shoulder}接触红外平面，则上身处于左倾状态；

若右肩节点O_{Right shoulder}接触红外平面，则上身处于右倾状态；

若躯干节点O_body接触红外平面，则上身未处于直立状态。

由左肩节点、右肩节点和躯干节点构成了一个平面，通过这三个节点与红外光栅的接触从而判断该平面是否垂直于地面，进而判断上身是否挺直。对于坐姿，上身挺直是非常重要的。

可以通过综合上身是否挺直、上身是否倾斜、臀部是否摆正、臀部在椅面的位置和腿部的位置状态给对仪态进行综合分析。

通过图2对人体坐姿仪态测试方法进行详细说明。当人坐在椅子上时人体腿部与椅子椅面几乎平行，因此将左臀节点、右臀节点、左膝节点、右膝节点以及椅面的传感器a视为处于同一平面；将左足跟节点、右足跟节点以及椅脚处传感器b视为处于同一平面；通过椅脚传感器测左膝节点和右膝节点的空间相对位置。通过椅脚节点测出足跟节点的空间相对位置。根据测出的两组相对位置以及椅脚长度c能够求得小腿与椅脚平面的角度来判断臀部状态。根据左臀节点和右臀节点与椅面节点的空间相对位置，可以得到臀部节点处于椅面的位置来判断人体臀部姿态。并且可以根据臀部节点一端时间内的位置变化情况判断是否有臀部晃动的情况。g为光栅，安装与椅子两侧，可以根据需求对位置进行调整。由于光栅对射的特点，当躯干节点、左肩节点。右肩节点接触光栅时，中断了光栅，可以设置发出警报来提醒，由此判断人体躯干部位的仪态，直观及时的获取躯干仪态信息。

综上，本实施列公开的一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法，采用超声波测距传感器和红外线光栅的方式对人体肢体进行识别以及空间定位，从而获取人体姿态特征、骨架位置等信息，通过获取到的信息数据对人体仪态进行判断检测。其检测结果客观准确。

依托于上述方法，本发明还提供了一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试系统，包括：

采集模块：用于选择参考节点，获取人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置；

特征识别模块：用于根据人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置以及骨骼节点之间的相对位置判断人体体态特征；

决策模块：用于根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果。

进一步地，采集模块采集的骨骼节点包括左足跟节点、右足跟节点、左膝盖节点、右膝盖节点、左臀节点、右臀节点、躯干节点、左肩节点和右肩节点。

进一步地，特征识别模块用于判断腿部状态，腿部状态包括以下步骤：

设左椅腿上部节点为参考节点O_{Left Top}，左椅腿下部节点为参考节点O_{Left Bottom}，所述左足节点相对于参考点O_{Left Bottom}的距离为D_{Left Bottom}，所述左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}，椅腿高度为H；

根据D_{Left Bottom}、D_{Left Top}和H计算小腿与椅腿平面的角度α＝arctan(D_{Left Bottom}-D_{Left Top})/H；

根据α的大小判断左腿状态，右腿测试方法与左腿测试方法相同。

进一步地，特征识别模块用于判断臀部状态，判断臀部状态包括以下步骤：

设椅面长为a，宽为b，椅面左边缘a/4处为参考点O_{Left chair}，左臀节点为参考点O_{Lfet Hip}，左臀节点O_{Lfe tHip}相对于参考点O_{Left chair}的距离为D_{Lfet Hip}；

根据距离D_{Lfet Hip}与椅面长a计算左臀在椅面的位置；

根据D_{Lfet Hip}/a判断左臀状态，右臀测试方法与左臀测试方法相同。

进一步地，特征识别模块还用于判断背部状态，判断背部状态的包括以下步骤：

在椅侧处安装一组可调高度的红外线光栅，设定所述左肩节点坐标为O_{Left shoulder}，所述右肩节点坐标为O_{Right shoulder}，所述躯干节点坐标为O_body；

根据左肩节点O_{Left shoulder}、右肩节点O_{Right shoulder}和躯干节点O_body与红外平面接触情况判断背部状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

选择参考节点，获取人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置，所述参考节点为安装有超声波测距传感器的节点，所述超声波测距传感器安装在椅子上，所述超声波测距传感器包括设置在椅子平面与两椅腿交接处的激光传感器a以及分别设置椅腿底部激光传感器b；

根据人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置以及骨骼节点之间的相对位置判断人体体态特征；所述骨骼节点包括左足跟节点、右足跟节点、左膝盖节点、右膝盖节点、左臀节点、右臀节点、躯干节点、左肩节点和右肩节点；

根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果，其中，所述人体体态特征包括腿部状态、臀部状态以及背部状态；

判断腿部状态包括以下步骤：

设左椅腿上部节点为参考节点O_{Left Top}，左椅腿下部节点为参考节点O_{Left Bottom}，所述左足跟节点相对于参考点O_{Left Bottom}的距离为D_{Left Bottom}，所述左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}，椅腿高度为H；

根据D_{Left Bottom}、D_{Left Top}和H计算小腿与椅腿平面的角度α＝arctan(D_{Left Bottom}-D_{Left Top})/H；

根据α的大小判断左腿状态，右腿测试方法与左腿测试方法相同；

其中，当左足跟节点和右足跟节点几乎重合并且与左椅腿下部节点OLeft Bottom处于同一水平面来判断双脚是否靠拢并平方于地面，则判断所述腿部状态正确；

判断臀部状态的包括以下步骤：

设椅面长为a，宽为b，椅面左边缘a/4处为参考点O_{Left chair}，左臀节点为参考点O_{Lfet Hip}，左臀节点O_{Lfet Hip}相对于参考点O_{Left chair}的距离为D_{Lfet Hip}；

根据距离D_{Lfet Hip}与椅面长a计算左臀在椅面的位置；

根据D_{Lfet Hip}/a判断左臀状态，其中，若D_{Lfet Hip}/a≥2/3，且臀部节点一端时间内的位置无变化，则判断左臀部处于标准状态，反之则左臀部未处于标准状态，右臀测试方法与左臀测试方法相同；

判断背部状态的包括以下步骤：

在椅侧处安装一组可调高度的红外线光栅，设定所述左肩节点坐标O_{Left shoulder}，所述右肩节点坐标为O_{Right shoulder}，所述躯干节点坐标O_body；

根据左肩节点O_{Left shoulder}、右肩节点O_{Right shoulder}和躯干节点O_body与红外平面接触情况判断背部状态，其中，若左肩节点O_{Left shoulder}接触红外平面，则上身处于左倾状态；若右肩节点O_{Right shoulder}接触红外平面，则上身处于右倾状态；若躯干节点O_body接触红外平面，则上身未处于直立状态。

2.一种基于空间位置信息的人体坐姿仪态测试系统，其特征在于，包括：

采集模块：用于选择参考节点，获取人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置，所述参考节点为安装有超声波测距传感器的节点，所述超声波测距传感器安装在椅子上，所述超声波测距传感器包括设置在椅子平面与两椅腿交接处的激光传感器a以及分别设置椅腿底部激光传感器b；所述采集模块采集的骨骼节点包括左足跟节点、右足跟节点、左膝盖节点、右膝盖节点、左臀节点、右臀节点、躯干节点、左肩节点和右肩节点；

特征识别模块：用于根据人体骨骼节点相对于参考节点的空间位置以及骨骼节点之间的相对位置判断人体体态特征；

决策模块：用于根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果，根据人体体态特征对人体仪态进行分析以给出仪态评价结果，其中，所述人体体态特征包括腿部状态、臀部状态以及背部状态；

判断腿部状态包括以下步骤：

设左椅腿上部节点为参考节点O_{Left Top}，左椅腿下部节点为参考节点O_{Left Bottom}，所述左足跟节点相对于参考点O_{Left Bottom}的距离为D_{Left Bottom}，所述左膝盖节点相对于参考点O_{Left Top}的距离为D_{Left Top}，椅腿高度为H；

根据D_{Left Bottom}、D_{Left Top}和H计算小腿与椅腿平面的角度α＝arctan(D_{Left Bottom}-D_{Left Top})/H；

根据α的大小判断左腿状态，右腿测试方法与左腿测试方法相同；

其中，当左足跟节点和右足跟节点几乎重合并且与左椅腿下部节点OLeft Bottom处于同一水平面来判断双脚是否靠拢并平方于地面，则判断所述腿部状态正确；

判断臀部状态的包括以下步骤：

设椅面长为a，宽为b，椅面左边缘a/4处为参考点O_{Left chair}，左臀节点为参考点O_{Lfet Hip}，左臀节点O_{Lfet Hip}相对于参考点O_{Left chair}的距离为D_{Lfet Hip}；

根据距离D_{Lfet Hip}与椅面长a计算左臀在椅面的位置；

根据D_{Lfet Hip}/a判断左臀状态，其中，若D_{Lfet Hip}/a≥2/3，且臀部节点一端时间内的位置无变化，则判断左臀部处于标准状态，反之则左臀部未处于标准状态，右臀测试方法与左臀测试方法相同；

判断背部状态的包括以下步骤：

在椅侧处安装一组可调高度的红外线光栅，设定所述左肩节点坐标O_{Left shoulder}，所述右肩节点坐标为O_{Right shoulder}，所述躯干节点坐标O_body；

根据左肩节点O_{Left shoulder}、右肩节点O_{Right shoulder}和躯干节点O_body与红外平面接触情况判断背部状态，其中，若左肩节点O_{Left shoulder}接触红外平面，则上身处于左倾状态；若右肩节点O_{Right shoulder}接触红外平面，则上身处于右倾状态；若躯干节点O_body接触红外平面，则上身未处于直立状态。

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