CN107895460A - 一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，包括壳体，壳体内部设置有摄像头、控制器、扬声器和电池，控制器包括处理器和存储器；摄像头用于实时摄取孩子身体的影像数据，并将该影像数据传输至控制器；控制器接收到该影像数据并通过处理器利用静态图像人体行为识别技术将该影像数据转化成人体的点线数据，再将该点线数据与存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据进行对比，来自摄像头的数据与存储器内部存储的点线数据存在差异时，控制器控制扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿，有利于对孩子的身体姿态进行保护。

Description

一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置

技术领域

本发明涉及坐姿矫正设备，特别是涉及一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置。

背景技术

家庭监控设备，尤其是针对儿童的行为习惯的监控设备，特别指安装在家中网络摄像机，通过把拍摄的影像传输到移动端来达到了解家中老人与孩子的实时情况。而对于有老人的家庭，子女们则更加关注老人的身体健康，有些家庭监控设备已经可以实现"摔倒识别"功能，家中的亲人突发意外摔倒时，监控设备可以马上向用户的手机发送预警信息，为用户争取最佳的救助时机。

人体动作行为识别由计算机在初始数据中检测出动作信息，即运动目标检测过程。运动目标检测的目的是从静态图像中分割出人体前景，从包含动作信息的视频中分割出动作序列，从而得到容量更小但包含足够运动信息的数据，并以数学符号的形式表达出人体动作。将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形。

现有技术中的“Kinect传感器”是微软对XBOX360体感周边外设正式发布的名字，它是一种3D体感摄影机。Kinect追踪处理流程的核心是一个无论周围环境的光照条件如何，都可以让Kinect感知世界的CMOS摄像头。该传感器通过黑白光谱的方式来感知环境：纯黑代表无穷远，纯白代表无穷近。黑白间的灰色地带对应物体到传感器的物理距离。它收集视野范围内的每一点，并形成一幅代表周围环境的景深图像。传感器以每秒30帧的速度生成景深图像流，实时3D地再现周围环境。Kinect采用分割策略来将人体从背景环境中区分出来，即从噪音中提取出有用信号。Kinect可以主动追踪用户的全身骨架，在这一阶段，我们为每个被追踪的玩家在景深图像中创建了所谓的分割遮罩，这是一种将背景物体(比如椅子和宠物等)剔除后的景深图像。在后面的处理流程中仅仅传送分割遮罩的部分，以减轻体感计算量。分割化人的图像的每一个像素都被传送进一个辨别人体部位的机器学习系统中。随后该系统将给出了某个特定像素属于哪个身体部位的可能性。处理流程的最后一步是使用之前阶段输出的结果，根据追踪到的20个关节点来生成一幅骨架系统。Kinect会评估Exemplar输出的每一个可能的像素来确定关节点。

上述案例存在的问题是：普通监控设备容易造成被使用者的反感、而且需要使用者长时间多次观察、无法对孩子行为进行分析等问题。Kinect传感的功能被广泛用于各种领域，唯独对未成年人的姿态行为的监控领域并未涉足，而且Kinect传感由于识别内容复杂多变、同时需要对用户的行为及时作出反应，所以存在延迟和精度不高的问题，以及体积太大、只能捕捉一些简单的动作、点击动作需引入其他设备等一系列问题。因此本发明的目标是以较小的成本，实现对未成年人在房间学习时的行为进行记录的体积较小的传感系统，在不干扰孩子的同时将数据分析好打包发给家长，以减少家长的负担。

市面上纠正儿童坐姿的产品大多是通过物理的方式，这种方式存在很多问题。儿童长时间戴着矫正器会很不舒服，会产生反感情绪，同时儿童生长发育很快，不适合带任何束缚性的器具，反倒会对脊柱的发育有影响。儿童的坐姿不正确存在多种原因，如：女孩通常是力量不足，身体较松散，很常见关节变形，就应该及时锻炼形体，提高肌肉力量训练，纠正不良习惯，学习正确的基础运动。男孩通常多动淘气，不喜欢长时间一个姿势，只要基础运动姿势正确，让他自由的去玩。所以说强行物理纠正是不正确的，应该用提醒的方式让孩子自己知道自己去纠正自己的坐姿。

家庭监控设备+移动终端的组合方式，是目前较主流的家庭监控解决方案。许多用户想通过网络摄像机了解家中老人与孩子的实时情况，无论身在何处都能多一份安全、少一份牵挂。但是普通监控设备容易造成被使用者的反感、而且需要使用者长时间多次观察、无法对孩子行为进行分析等问题。

发明内容

本发明通过摄像头实时摄取孩子影像，并将该影像数据传输至控制器；控制器接收来自摄像头的影像数据，并通过处理器将该影像数据分割成一段段的静态图像，然后通过静态图像人体行为识别技术转化成简单的人体的点线数据，再将该点线数据与存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据进行对比，如判断孩子长时间坐姿不正确时会发出提示，以起到让孩子自己纠正自己坐姿的目的。这种方式首先对孩子的身体不存在束缚，其次提醒的时间和声音都可以由家长设置，减少孩子的不适感；同时，本发明采用摄像头定时摄取孩子影像，再转化为骨架系统，最后分析计算完成的通过云端传输给家长的结果也只是一系列数据，从而消除被直观监视的不适感。

本发明解决问题所采取的技术方案是：

一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，包括壳体，所述壳体内部设置有摄像头、控制器、扬声器和电池，所述摄像头、控制器、扬声器和电池之间电性连接，所述电池为所述摄像头、控制器和扬声器提供电源，所述控制器包括处理器和存储器；

所述摄像头用于实时摄取孩子影像，并将该影像数据传输至所述控制器；

所述控制器接收来自所述摄像头的影像数据，并通过所述处理器将该影像数据分割成一段段的静态图像，然后通过静态图像人体行为识别技术转化成简单的人体的点线数据，再将该点线数据与所述存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据进行对比，来自摄像头的数据与所述存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，所述控制器控制所述扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿。

上述的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，采用摄像头实时摄取孩子的影像数据，再通过处理器利用静态图像人体行为识别技术处理转化为人体骨架系统的点线数据，再对比存储器里的正确的人体坐姿点线数据分析出孩子的坐姿情况，来自摄像头的数据与存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，控制器将控制扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿，以起到让孩子自己纠正自己坐姿的目的。这种方式首先对孩子的身体不存在束缚，其次提醒的声音和音量都可以由家长设置，减少孩子的不适感。

在其中一个实施例中，所述壳体内部设置有第一计时器，所述第一计时器与所述控制器电性连接，来自摄像头的数据与控制器内部的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，所述控制器控制所述第一计时器开始计时，所述第一计时器一个计时周期结束时，并发送计时周期结束信号至所述控制器，在所述第一计时器的一个计时周期内，来自摄像头的数据与控制器内部的正确的人体坐姿点线数据始终存在差异时，所述控制器根据来自所述第一计时器的计时周期结束信号立即控制所述扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿，所述第一计时器的计时周期可依据使用者的需求进行调整，通过设置第一计时器，结合摄像头、处理器、控制器和扬声器，以实现在第一计时器的一个计时周期内，来自摄像头的数据与控制器内部的正确的人体坐姿点线数据始终存在差异时，此时控制器才控制扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿，提醒的时间和频率都可以由家长设置，尽量减少孩子的不适感，避免只要孩子一出现坐姿不正确的情形扬声器就会发出提示音而干扰到孩子，因为过于频繁的提示，不仅不能起到积极的作用，相反还会影响孩子的注意力和精神集中度，因此，通过第一计时器设置计时周期，如孩子在一个周期内的坐姿始终不正确，这时才提醒孩子自己调整坐姿，不仅有利于保护孩子的身体姿态，同时也尽可能小的影响到孩子的关注度。

在其中一个实施例中，所述壳体内部设置有信号发射器，所述控制器控制所述扬声器工作的同时，发送坐姿警告信息至所述信号发射器，所述信号发射器将来自所述控制器的坐姿警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的坐姿情况，通过设置信号发射器将来自控制器的坐姿警告信息实时上传至云端，家长就可以通过手机上的相关应用与云端实现连通，进而及时了解孩子的坐姿情况，另一方面，信号发射器通过云端传输给家长的结果只是一系列的数据信息，从而消除了孩子被直观监视的不适感。

在其中一个实施例中，所述壳体内部还设置有红外线体温检测仪和第二计时器，所述红外线体温检测仪分别与所述第二计时器和控制器电性连接，所述第二计时器在每个计时周期结束时都将发送计时结束信号至所述控制器，所述控制器接受来自所述第二计时器的计时周期结束信号后，控制所述红外线体温检测仪发射红外线对孩子的体温进行检测，所述控制器接收来自所述红外线体温检测仪的体温数据并通过所述处理器进行处理，并将处理后的数据信息与所述存储器内部存储的人体体温正确的数值进行对比，来自所述红外线体温检测仪的体温数值超出所述存储器内部存储的人体体温正确的数值范围时，所述控制器立即发送体温警告信息至所述信号发射器，所述信号发射器将来自所述控制器的体温警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的体温情况，所述第二计时器的计时周期可依据使用者的需求进行调整，方便家长及时照顾孩子的身体状况，避免意外的发生。

在其中一个实施例中，还包括供电设备和电源线，所述供电设备通过所述电源线与电源连通，所述壳体放置在所述供电设备上方，并通过电磁感应式的无线充电方式为所述电池充电，所述电池为可充电的锂电池。

无线充电技术(Wireless charging technology；Wireless chargetechnology)，源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

无线充电技术的优点：

1，利用无线磁电感应充电的设备可做到隐形，设备磨损率低，应用范围广，公共充电区域面积相对的减小；2，技术含量高，操作方便，可实施相对来说的远距离无线电能的转换；3，操作方便。

在其中一个实施例中，所述壳体底部转角处分别设置有固定支座，优选的，所述壳体为矩形壳体，比如长方体或正方体都行，其底部4个转角处分别设置1个固定支座，使整个设备放置时更加稳定；进一步优选的，该固定支座可以通过固定螺钉或固定螺栓与壳体连接，也可以通过焊接连接、螺纹连接等其他连接方式；进一步优选的，该固定支座可以是橡胶材质制成的，具有良好的防滑作用，同时也可以采用金属材质制成的固定支座，在固定支座与固定面接触的底面上通过设置防滑的螺纹或表面进行磨砂处理或其他能够增加固定支座与固定面接触的摩擦力的处理方式都是可以采取的方案，均能够使整个设备放置时更加稳定。

本发明所取得的有益效果是：1、本发明不同于传统的坐姿矫正器，通过提醒的方式来达到调整孩子坐姿的问题，儿童长时间戴着矫正器会很不舒服，会产生反感情绪，会对脊柱的发育有影响；而本发明提供的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，通过定时利用声音提醒孩子自己调整坐姿就能够避免这些问题，不仅有利于保护孩子的身体姿态，同时也尽可能小的影响到孩子的关注度。

2、本发明利用静态图像人体行为识别技术，通过摄像头实时摄取孩子影像，再通过处理器利用静态图像人体行为识别技术处理转化为人体骨架系统的点线数据，再对比存储器里的正确的人体坐姿点线数据分析出孩子的坐姿情况，来自摄像头的数据与存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，控制器将控制扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿，以起到让孩子自己纠正自己坐姿的目的，信号发射器通过云端传输给家长的结果只是一系列的数据信息，从而消除了孩子被直观监视的不适感；在纠正坐姿的同时还能监测体温，方便家长及时照顾孩子的身体状况，避免意外的发生。

3、本发明通过无线数据连接，将信息与网上的数据库进行同步更新，家长就可以通过手机上的相关应用与云端实现连通，进而及时了解孩子的坐姿和体温情况。

4、本发明与手机应用绑定，方便家长了解孩子学习状态。并且对孩子一段时间内的学习状态进行统计分析，也可以与云端的同龄人的学习效率进行对比，帮助家长进一步了解孩子的学习状态。

附图说明

图1为本发明一个实施例的截面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，包括壳体1，壳体1内部设置有摄像头10、控制器3、扬声器7和电池9，摄像头10、控制器3、扬声器7和电池9之间电性连接，电池9为摄像头10、控制器3和扬声器7提供电源，控制器3包括处理器31和存储器32；

摄像头10用于实时摄取孩子影像，并将该影像数据传输至控制器3；

控制器3接收来自摄像头10的影像数据，并通过处理器31将该影像数据分割成一段段的静态图像，然后通过静态图像人体行为识别技术转化成简单的人体的点线数据，再将该点线数据与存储器32内部存储的正确的人体坐姿点线数据进行对比，来自摄像头10的数据与存储器32内部存储的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，控制器3控制扬声器7工作发出提示声提示孩子调整坐姿。

优选的，壳体1内部设置有第一计时器2，第一计时器2与控制器3电性连接，来自摄像头10的数据与控制器3内部的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，控制器3控制第一计时器2开始计时，第一计时器2一个计时周期结束时，并发送计时周期结束信号至控制器3，在第一计时器2的一个计时周期内，来自摄像头10的数据与控制器3内部的正确的人体坐姿点线数据始终存在差异时，控制器3根据来自第一计时器2的计时周期结束信号立即控制扬声器7工作发出提示声提示孩子调整坐姿，第一计时器2的计时周期可依据使用者的需求进行调整，通过设置第一计时器2，结合摄像头8、处理器31、控制器3和扬声器7，以实现在第一计时器2的一个计时周期内，来自摄像头10的数据与控制器3内部的正确的人体坐姿点线数据始终存在差异时，此时控制器3才控制扬声器7工作发出提示声提示孩子调整坐姿，提醒的时间和频率都可以由家长设置。

优选的，壳体1内部设置有信号发射器5，控制器3控制扬声器7工作的同时，发送坐姿警告信息至信号发射器5，信号发射器5将来自控制器3的坐姿警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的坐姿情况，通过设置信号发射器5将来自控制器3的坐姿警告信息实时上传至云端，家长就可以通过手机上的相关应用与云端实现连通，进而及时了解孩子的坐姿情况，另一方面，信号发射器5通过云端传输给家长的结果只是一系列的数据信息，从而消除了孩子被直观监视的不适感。

优选的，壳体1内部还设置有红外线体温检测仪6和第二计时器4，红外线体温检测仪6分别与第二计时器4和控制器3电性连接，第二计时器4在每个计时周期结束时都将发送计时结束信号至控制器3，控制器3接受来自第二计时器4的计时周期结束信号后，控制红外线体温检测仪6发射红外线对孩子的体温进行检测，控制器3接收来自红外线体温检测仪6的体温数据并通过处理器31进行处理，并将处理后的数据信息与存储器32内部存储的人体体温正确的数值进行对比，来自红外线体温检测仪6的体温数值超出存储器32内部存储的人体体温正确的数值范围时，控制器3立即发送体温警告信息至信号发射器5，信号发射器5将来自控制器3的体温警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的体温情况，第二计时器4的计时周期可依据使用者的需求进行调整，方便家长及时照顾孩子的身体状况，避免意外的发生。

优选的，还包括供电设备和电源线，供电设备通过电源线与电源连通，壳体1放置在供电设备上方，并通过电磁感应式的无线充电方式为电池9充电，电池9为可充电的锂电池。

优选的，壳体1底部转角处分别设置有固定支座8，优选的，壳体1为矩形壳体，比如长方体或正方体都行，其底部4个转角处分别设置1个固定支座8，使整个设备放置时更加稳定；进一步优选的，该固定支座8可以通过固定螺钉或固定螺栓与壳体1连接，也可以通过焊接连接、螺纹连接等其他连接方式；进一步优选的，该固定支座8可以是橡胶材质制成的，具有良好的防滑作用，同时也可以采用金属材质制成的固定支座8，在固定支座8与固定面接触的底面上通过设置防滑的螺纹或表面进行磨砂处理或其他能够增加固定支座8与固定面接触的摩擦力的处理方式都是可以采取的方案，均能够使整个设备放置时更加稳定。

本实施例的工作原理和过程是：将本发明所提供的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置的供电设备安装在孩子的房间内，供电设备通过电源线与房间内的电源连通，再将壳体1连同其内部的各个部件一起放置在供电设备上，并通过电磁感应式的无线充电方式为电池9充电，电池9将为壳体1内部的各个部件进行供电，将摄像头10和红外线体温检测仪6的发射端对准孩子的身体，摄像头10将实时摄取孩子身体的影像数据，再通过处理器31处理转化为人体骨架系统的点线数据，再对比存储器32里的正确的人体坐姿点线数据分析出孩子的坐姿情况，来自摄像头10的数据与存储器32内部存储的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，控制器3立即控制第一计时器2开始计时，第一计时器2一个计时周期结束时，并发送计时周期结束信号至控制器3，在第一计时器2的一个计时周期内，来自摄像头10的数据与控制器3内部的正确的人体坐姿点线数据始终存在差异时，控制器3根据来自第一计时器2的计时周期结束信号立即控制扬声器7工作发出提示声提示孩子调整坐姿，控制器3控制扬声器7工作的同时，发送坐姿警告信息至信号发射器5，信号发射器5将来自控制器3的坐姿警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的坐姿情况；另一方面，电源接通的同时，第二计时器4开始计时，第二计时器4在每个计时周期结束时都将发送计时结束信号至控制器3，控制器3接受来自第二计时器4的计时周期结束信号后，控制红外线体温检测仪6发射红外线对孩子的体温进行检测，控制器3接收来自红外线体温检测仪6的体温数据并通过处理器31进行处理，并将处理后的数据信息与存储器32内部存储的人体体温正确的数值进行对比，来自红外线体温检测仪6的体温数值超出存储器32内部存储的人体体温正确的数值范围时，控制器3立即发送体温警告信息至信号发射器5，信号发射器5将来自控制器3的体温警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的体温情况，实现家长通过手机既能了解孩子的坐姿情况，也能够了解到孩子的体温状况，方便家长对孩子及时的进行照顾和监管。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内部设置有摄像头、控制器、扬声器和电池，所述摄像头、控制器、扬声器和电池之间电性连接，所述电池为所述摄像头、控制器和扬声器提供电源，所述控制器包括处理器和存储器；

所述摄像头用于实时摄取孩子影像，并将该影像数据传输至所述控制器；

所述控制器接收来自所述摄像头的影像数据，并通过所述处理器将该影像数据分割成一段段的静态图像，然后通过静态图像人体行为识别技术转化成简单的人体的点线数据，再将该点线数据与所述存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据进行对比，来自摄像头的数据与所述存储器内部存储的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，所述控制器控制所述扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿。

2.根据权利要求1所述的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，其特征在于，所述壳体内部设置有第一计时器，所述第一计时器与所述控制器电性连接，来自摄像头的数据与控制器内部的正确的人体坐姿点线数据存在差异时，所述控制器控制所述第一计时器开始计时，所述第一计时器一个计时周期结束时，并发送计时周期结束信号至所述控制器，在所述第一计时器的一个计时周期内，来自摄像头的数据与控制器内部的正确的人体坐姿点线数据始终存在差异时，所述控制器根据来自所述第一计时器的计时周期结束信号立即控制所述扬声器工作发出提示声提示孩子调整坐姿，所述第一计时器的计时周期可依据使用者的需求进行调整。

3.根据权利要求2所述的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，其特征在于，所述壳体内部设置有信号发射器，所述控制器控制所述扬声器工作的同时，发送坐姿警告信息至所述信号发射器，所述信号发射器将来自所述控制器的坐姿警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的坐姿情况。

4.根据权利要求3所述的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，其特征在于，所述壳体内部还设置有红外线体温检测仪和第二计时器，所述红外线体温检测仪分别与所述第二计时器和控制器电性连接，所述第二计时器在每个计时周期结束时都将发送计时结束信号至所述控制器，所述控制器接受来自所述第二计时器的计时周期结束信号后，控制所述红外线体温检测仪发射红外线对孩子的体温进行检测，所述控制器接收来自所述红外线体温检测仪的体温数据并通过所述处理器进行处理，并将处理后的数据信息与所述存储器内部存储的人体体温正确的数值进行对比，来自所述红外线体温检测仪的体温数值超出所述存储器内部存储的人体体温正确的数值范围时，所述控制器立即发送体温警告信息至所述信号发射器，所述信号发射器将来自所述控制器的体温警告信息实时上传至云端，家长可以通过手机上的相关应用及时了解孩子的体温情况，所述第二计时器的计时周期可依据使用者的需求进行调整。

5.根据权利要求4所述的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，其特征在于，还包括供电设备和电源线，所述供电设备通过所述电源线与电源连通，所述壳体放置在所述供电设备上方，并通过电磁感应式的无线充电方式为所述电池充电，所述电池为可充电的锂电池。

6.根据权利要求5所述的一种利用静态图像人体行为识别技术纠正儿童坐姿的装置，其特征在于，所述壳体底部转角处分别设置有固定支座。