CN108260006A - 基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院及其控制方法，在智能家庭影院的控制方法中，首先进入预备阶段供电，并进行视频播放速度与传送履带速度的初始同步，确定用户在传送履带上的落脚位置，根据用户的落脚位置确定用户的移动速度及传送履带速度，通过用户的移动速度实时改变传送履带和视频播放速度，智能家庭影院包括双目摄像头模块、电源模块、通讯模块、MP4视频播放模块、主控模块、伺服电机模块、传送履带和影片显示屏，双目摄像头模块放置在传送履带的上端，MP4视频播放模块放于影片显示屏的侧面，伺服电机模块位于传送履带的前端。本发明通过用户实时的位置移动来控制影片的变化，实现互动的功能。
Description
技术领域
本发明涉及智能家庭影院领域，具体的涉及了一种通过检测用户位姿状态来自适应调节电影屏幕播放内容的控制设备及方法。
背景技术
21世纪以来，人类社会迎来了智能化时代，家庭生活也逐渐步入智能化领域。随着人们收入的不断提高，越来越多人们已经解决了基本的温饱问题，生活压力不断减少，更多的人会考虑提升自身的生活质量和生活体验。智能家居影院可以满足人们在家里便可以通过影片得到优质的互动体验，对于改善人们的生活质量有着较大的作用。
现有的影院基本是和电影院采取一样的播放方式，不断地通过改善拍摄技术和银幕技术来改善人们的观影体验，该方式给人一种观影的极佳体验，却没有人们完全融入影片的概念。会存在人们只是在看一部电影而不是自己是电影的主角，缺少了一种直观互动的感觉，在这一方面传统的家庭影院存在一定的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院及其控制方法，提高用户与影片的互动性，改变传统家庭影院你看我播的播放方式。
本发明采用如下技术方案，基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院的控制方法，该控制方法总体采用双目摄像头采集图像信息，在用户移动区域放置传送履带来满足用户移动的需求，通过对应的位置信息检测和相关算法，与用户运动状态配合，控制家庭影院银幕播放速度，具体步骤如下：
1)预备阶段：启动智能家庭影院，电源模块给各硬件模块进行供电，双目摄像头采集图像信号，MP4视频播放模块通过集成电路总线IIC向主控模块传送视频正常播放的速度信号，对视频正常播放的速度信号进行比例放大或比例缩小，将比例放大或比例缩小的信号设定为传送履带的最大给定速度和用户移动的最大速度，在主控模块中将传送履带的最大给定速度值设定为变量MAX_Servo的参数值，使视频播放速度与传送履带速度的初始同步；
2)确定用户在传送履带上的落脚位置：通过双目摄像头拍摄传送履带平面图像，将所述传送履带平面图像数据传送给主控模块，以传送履带末端中点为坐标零点，传送履带的最前端中点为终点坐标，以等距离平行线的方式将传送履带分割成不同区域，每条线对应一个编号，形成坐标，从而将整体传送履带进行坐标化建模，读取双目摄像头先后拍摄的两幅图像，通过对参照点的抓取和分析，获得用户在传送履带上的实时落脚位置；
3)利用双目摄像头采集的图像，获得用户的姿态信息；
4)根据用户的落脚位置确定用户的移动速度：主控单元在主控芯片MCU中对用户的落脚位置进行获取，对变量MAX_Servo的参数值与落脚位置的对应关系进行计算，得出用户的移动速度；
5)实时改变传送履带的速度：利用用户的姿态信息调整传送履带速度，若用户的姿态没有改变，则将用户的移动速度同步设定为传送履带的速度，主控模块将传送履带的速度传送给伺服电机，实时地调整传送履带的相应速度；
6)实时改变视频播放速度：主控模块将用户的移动速度等比例放大或等比例缩小得到视频的播放速度信号，通过集成电路总线IIC方式将视频的播放速度信号传送给MP4视频播放模块，控制视频播放速度，通过MP4视频播放模块中的主控芯片MCU中的定时器功能，不断刷新人的移动速度信息以改变视频的播放速度信号，达到用户移动快，视频稍微快进，用户移动慢，视频稍微减慢。
优选地，步骤2)中参照点为前脚脚尖和后脚脚跟。
优选地，步骤3)中基于双目摄像头拍摄的图像，获得用户姿态信息，具体过程为：通过双目摄像头拍摄图像，根据像素点的抓取来设定用户前脚脚尖和后脚脚跟的两个点作为用户位姿判断的参照点，如果用户前后两个参照点距离超过设定值，即前脚脚尖位置坐标减去后脚脚跟位置坐标的值超过了设定值，判定为摔倒姿态，控制传送履带速度骤降为0；如果图像采集位置超过设定值，即前脚脚尖位置坐标超过设定值，判定为奔跑姿态，控制传送履带速度提高以适应跑步的位置姿态；如果用户位于传送履带末端范围，即后脚脚跟位置坐标小于设定值，判定为缓慢移动姿态，控制传送履带速度缓降为0，避免突降。
优选地，用户前后两个参照点距离超过设定值，即前脚位置坐标减去后脚位置坐标的值超过了设定值，判定为摔倒姿态，所述设定值为16。
优选地，图像采集位置超过设定值，即前脚位置坐标超过设定值，判定为奔跑姿态，所述设定值为16。
优选地，用户位于传送履带末端范围，即后脚跟位置坐标小于设定值，判定为缓慢移动姿态，设定值为5。
优选地，步骤4)中计算用户移动速度是采用高斯曲线建立用户移动速度与落脚位置之间相应关系的参数模型，利用软件滤波程序将离散的坐标点转变为相对平滑的曲线信号，即为对应的用户移动速度信号。
本发明提出一种基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院，包括双目摄像头模块、电源模块、通讯模块、MP4视频播放模块、主控模块、伺服电机模块、传送履带和影片显示屏，双目摄像头模块放置在传送履带的上端，MP4视频播放模块放于影片显示屏的侧面，伺服电机模块位于传送履带的底端，具体为：
双目摄像头模块：用于拍摄图像，将图像信号传输给主控模块；
电源模块：用于为整体发明机构供电；
通讯模块：用于完成各模块间的通讯功能，包括串口通讯模块和芯片内部功能模块集成电路总线IIC，串口通讯模块实现主控芯片MCU以RS232通讯方式将数据传送给伺服电机，内部功能模块集成电路总线IIC，用于各控制芯片间的数据传输，包括主控模块MCU与MP4视频播放模块控制芯片MCU间的数据传输；
MP4视频播放模块：与主控模块相连，实现视频播放，对视频播放速度进行实时监控，并且与主控模块相配合完成传送履带速度与视频播放速度的同步，实时地通过用户的移动速度变化改变视频的播放速度；
主控模块：根据采集的图像信号完成用户位置的计算，得到用户的移动速度，优先进行视频播放速度与传送履带速度的配合同步，然后将图像信号上的前脚脚尖和后脚脚跟参照点进行抓取，计算前脚脚尖和后脚脚跟参照点对应坐标，同时计算出用户移动速度，分别发送给MP4视频播放模块和伺服电机模块进行视频播放速度和传送履带速度的自适应调整；
伺服电机模块：与主控模块相连，带动传送履带运动。
优选地，所述双目摄像头模块包括2组OV5640的单目摄像头组合成双目摄像头；电源模块包括220V供电线圈，5V开关电源模块，通过电源芯片TLV62130RGB转换成3.3V和1.5V的转换模块，为伺服电机模块提供220V供电，为主控模块和MP4视频播放模块提供3.3V供电，为通讯模块提供5V供电，为双目摄像头定位模块提供1.5V供电。
优选地，通讯模块包括伺服电机与主控模块之间的RS232传输通讯，MP4视频播放模块与主控模块的集成电路总线IIC通讯。
发明所达到的有益效果：本发明是一种基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院及其控制方法，能够根据用户的移动速度进行电影视频播放速度自适应调节，解决了传统影院互动性较差的问题，用户可以实时的通过自己的移动速度来进行与电影情节的互动合作，更具有体验性和趣味性。
附图说明
图1是本发明的总体结构图；
图2是本发明的家庭影院控制器的硬件结构框图；
图3是本发明的家庭影院控制方法的软件结构框图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
图1是本发明的总体结构图，基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院，包括双目摄像头模块、电源模块、通讯模块、MP4视频播放模块、主控模块、伺服电机模块、传送履带和影片显示屏，双目摄像头模块放置在传送履带的上端，MP4视频播放模块放于影片显示屏的侧面，伺服电机模块位于传送履带的底端，具体为：
双目摄像头模块：用于拍摄图像，将图像信号传输给主控模块，双目摄像头对传送履带表面及用户姿态进行图片采集，将履带表面位置坐标化，用于检测落脚位置，通过图像传送给主控单元的信号，来确定用户位于传送带上的坐标信息，从而实现落脚位置定位；
电源模块：用于为整体发明机构供电；
通讯模块：用于完成各模块间的通讯功能，包括串口通讯模块和芯片内部功能模块集成电路总线IIC，串口通讯模块实现主控芯片MCU以RS232通讯方式将数据传送给伺服电机，内部功能模块集成电路总线IIC，用于各控制芯片间的数据传输，包括主控模块MCU与MP4视频播放模块控制芯片MCU间的数据传输；
MP4视频播放模块：与主控模块相连，实现视频播放，对视频播放速度进行实时监控，并且与主控模块相配合完成传送履带速度与视频播放速度的同步，实时地通过用户的移动速度变化改变视频的播放速度，根据用户的移动来实时调节播放画面，和显示屏相结合，给用户身临其境的观影体验；
主控模块：根据采集的图像信号完成用户位置的计算，得到用户的移动速度，优先进行视频播放速度与传送履带速度的配合同步，然后将图像信号上的前脚脚尖和后脚脚跟参照点进行抓取，计算前脚脚尖和后脚脚跟参照点对应坐标，同时计算出用户移动速度，分别发送给MP4视频播放模块和伺服电机模块进行视频播放速度和传送履带速度的自适应调整；
伺服电机模块：与主控模块相连，带动传送履带运动。
优选地，所述双目摄像头模块包括2组OV5640的单目摄像头组合成双目摄像头；电源模块包括220V供电线圈，5V开关电源模块，通过电源芯片TLV62130RGB转换成3.3V和1.5V的转换模块，为伺服电机模块提供220V供电，为主控模块和MP4视频播放模块提供3.3V供电，为通讯模块提供5V供电，为双目摄像头定位模块提供1.5V供电。
优选地，通讯模块包括伺服电机与主控模块之间的RS232传输通讯，MP4视频播放模块与主控模块的集成电路总线IIC通讯。
图2是本发明的家庭影院控制器的硬件结构框图，整体智能影院系统硬件的控制板内部包括了主控模块、5V稳压电源模块、电源转换模块、双目摄像头模块、MP4视频播放模块和伺服电机模块等。
双目摄像头模块包括2组OV5640的单目摄像头组合成双目摄像头；电源模块包括220V供电线圈，5V开关电源模块，通过电源芯片TLV62130RGB转换成3.3V和1.5V的转换模块，为伺服电机模块提供220V供电，为主控模块和MP4视频播放模块提供3.3V供电，为通讯模块提供5V供电，为双目摄像头定位模块提供1.5V供电；通讯模块包括伺服电机与主控模块之间的RS232传输通讯，MP4视频播放模块与主控模块的集成电路总线IIC通讯。
图3是本发明的家庭影院控制方法的软件结构框图，一种基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院的控制方法，具体步骤如下：
1)预备阶段：启动智能家庭影院，电源模块给各硬件模块进行供电，双目摄像头采集图像信号，MP4视频播放模块通过集成电路总线IIC向主控模块传送视频正常播放的速度信号，对视频正常播放的速度信号进行比例放大或比例缩小，将比例放大或比例缩小的信号设定为传送履带的最大给定速度和用户移动的最大速度，在主控模块中将传送履带的最大给定速度值设定为变量MAX_Servo的参数值，使视频播放速度与传送履带速度的初始同步；
2)确定用户在传送履带上的落脚位置：通过双目摄像头拍摄传送履带平面图像，将所述传送履带平面图像数据传送给主控模块，以传送履带末端中点为坐标零点，传送履带的最前端中点为终点坐标，以等距离平行线的方式将传送履带分割成不同区域，每条线对应一个编号，形成坐标，从而将整体传送履带进行坐标化建模，读取双目摄像头先后拍摄的两幅图像，通过对参照点的抓取和分析，获得用户在传送履带上的实时落脚位置；
3)利用双目摄像头采集的图像，获得用户的姿态信息；
4)根据用户的落脚位置确定用户的移动速度：主控单元在主控芯片MCU中对用户的落脚位置进行获取，对变量MAX_Servo的参数值与落脚位置的对应关系进行计算，得出用户的移动速度；
5)实时改变传送履带的速度：利用用户的姿态信息调整传送履带速度，若用户的姿态没有改变，则将用户的移动速度同步设定为传送履带的速度，主控模块将传送履带的速度传送给伺服电机，实时地调整传送履带的相应速度；
6)实时改变视频播放速度：主控模块将用户的移动速度等比例放大或等比例缩小得到视频的播放速度信号，通过集成电路总线IIC方式将视频的播放速度信号传送给MP4视频播放模块，控制视频播放速度，通过MP4视频播放模块中的主控芯片MCU中的定时器功能，不断刷新人的移动速度信息以改变视频的播放速度信号，达到用户移动快，视频稍微快进，用户移动慢，视频稍微减慢。
优选地，步骤2)中参照点为前脚脚尖和后脚脚跟。
优选地，步骤3)中基于双目摄像头拍摄的图像，获得用户姿态信息，具体过程为：通过双目摄像头拍摄图像，根据像素点的抓取来设定用户前脚脚尖和后脚脚跟的两个点作为用户位姿判断的参照点，如果用户前后两个参照点距离超过设定值，即前脚脚尖位置坐标减去后脚脚跟位置坐标的值超过了设定值，判定为摔倒姿态，控制传送履带速度骤降为0；如果图像采集位置超过设定值，即前脚脚尖位置坐标超过设定值，判定为奔跑姿态，控制传送履带速度提高以适应跑步的位置姿态；如果用户位于传送履带末端范围，即后脚脚跟位置坐标小于设定值，判定为缓慢移动姿态，控制传送履带速度缓降为0，避免突降。
优选地，用户前后两个参照点距离超过设定值，即前脚位置坐标减去后脚位置坐标的值超过了设定值，判定为摔倒姿态，所述设定值为16。
优选地，图像采集位置超过设定值，即前脚位置坐标超过设定值，判定为奔跑姿态，所述设定值为16。
优选地，用户位于传送履带末端范围，即后脚跟位置坐标小于设定值，判定为缓慢移动姿态，设定值为5。
优选地，步骤4)中计算用户移动速度是采用高斯曲线建立用户移动速度与落脚位置之间相应关系的参数模型，利用软件滤波程序将离散的坐标点转变为相对平滑的曲线信号，即为对应的用户移动速度信号。
用户可以通过自己在传送带上的移动来带动电影中画面的移动，具有投入电影中的感觉，有着很好的互动体验。
Claims (7)
1.一种基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)预备阶段：启动智能家庭影院，电源模块给各硬件模块进行供电，双目摄像头采集图像信号，MP4视频播放模块通过集成电路总线IIC向主控模块传送视频正常播放的速度信号，对视频正常播放的速度信号进行比例放大或比例缩小，将比例放大或比例缩小的信号设定为传送履带的最大给定速度和用户移动的最大速度，在主控模块中将传送履带的最大给定速度值设定为变量MAX_Servo的参数值，使视频播放速度与传送履带速度的初始同步；
2)确定用户在传送履带上的落脚位置：通过双目摄像头拍摄传送履带平面图像，将所述传送履带平面图像数据传送给主控模块，以传送履带末端中点为坐标零点，传送履带的最前端中点为终点坐标，以等距离平行线的方式将传送履带分割成不同区域，每条线对应一个编号，形成坐标，从而将整体传送履带进行坐标化建模，读取双目摄像头先后拍摄的两幅图像，通过对参照点的抓取和分析，获得用户在传送履带上的实时落脚位置；
3)利用双目摄像头采集的图像，获得用户的姿态信息；
4)根据用户的落脚位置确定用户的移动速度：主控单元在主控芯片MCU中对用户的落脚位置进行获取，对变量MAX_Servo的参数值与落脚位置的对应关系进行计算，得出用户的移动速度；
5)实时改变传送履带的速度：利用用户的姿态信息调整传送履带速度，若用户的姿态没有改变，则将用户的移动速度同步设定为传送履带的速度，主控模块将传送履带的速度传送给伺服电机，实时地调整传送履带的相应速度；
6)实时改变视频播放速度：主控模块将用户的移动速度等比例放大或等比例缩小得到视频的播放速度信号，通过集成电路总线IIC方式将视频的播放速度信号传送给MP4视频播放模块，控制视频播放速度，通过MP4视频播放模块中的主控芯片MCU中的定时器功能，不断刷新人的移动速度信息以改变视频的播放速度信号。
2.根据权利要求1所述的基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院的控制方法，其特征在于，步骤2)中参照点为前脚脚尖和后脚脚跟。
3.根据权利要求1所述的基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院的控制方法，其特征在于，步骤3)中基于双目摄像头拍摄的图像，获得用户姿态信息，具体过程为：通过双目摄像头拍摄图像，根据像素点的抓取来设定用户前脚脚尖和后脚脚跟的两个点作为用户位姿判断的参照点，如果用户前后两个参照点距离超过设定值，即前脚脚尖位置坐标减去后脚脚跟位置坐标的值超过了设定值，判定为摔倒姿态，控制传送履带速度骤降为0；如果图像采集位置超过设定值，即前脚脚尖位置坐标超过设定值，判定为奔跑姿态，控制传送履带速度提高以适应跑步的位置姿态；如果用户位于传送履带末端范围，即后脚脚跟位置坐标小于设定值，判定为缓慢移动姿态，控制传送履带速度缓降为0，避免突降。
4.根据权利要求1所述的基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院的控制方法，其特征在于，步骤4)中计算用户移动速度是采用高斯曲线建立用户移动速度与落脚位置之间相应关系的参数模型，利用软件滤波程序将离散的坐标点转变为相对平滑的曲线信号，即为对应的用户移动速度信号。
5.一种基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院，其特征在于，包括双目摄像头模块、电源模块、通讯模块、MP4视频播放模块、主控模块、伺服电机模块、传送履带和影片显示屏，双目摄像头模块放置在传送履带的上端，MP4视频播放模块放于影片显示屏的侧面，伺服电机模块位于传送履带的底端，具体为：
双目摄像头模块：用于拍摄图像，将图像信号传输给主控模块；
通讯模块：用于完成各模块间的通讯功能，包括串口通讯模块和芯片内部功能模块集成电路总线IIC，串口通讯模块实现主控芯片MCU以RS232通讯方式将数据传送给伺服电机，内部功能模块集成电路总线IIC，用于各控制芯片间的数据传输，包括主控模块MCU与MP4视频播放模块控制芯片MCU间的数据传输；
MP4视频播放模块：与主控模块相连，实现视频播放，对视频播放速度进行实时监控，并且与主控模块相配合完成传送履带速度与视频播放速度的同步，实时地通过用户的移动速度变化改变视频的播放速度；
主控模块：根据采集的图像信号完成用户位置的计算，得到用户的移动速度，优先进行视频播放速度与传送履带速度的配合同步，然后将图像信号上的前脚脚尖和后脚脚跟参照点进行抓取，计算前脚脚尖和后脚脚跟参照点对应坐标，同时计算出用户移动速度，分别发送给MP4视频播放模块和伺服电机模块进行视频播放速度和传送履带速度的自适应调整；
伺服电机模块：与主控模块相连，带动传送履带运动。
6.根据权利要求5所述的基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院，其特征在于，所述双目摄像头模块包括2组OV5640的单目摄像头组合成双目摄像头；电源模块包括220V供电线圈，5V开关电源模块，通过电源芯片TLV62130RGB转换成3.3V和1.5V的转换模块，为伺服电机模块提供220V供电，为主控模块和MP4视频播放模块提供3.3V供电，为通讯模块提供5V供电，为双目摄像头定位模块提供1.5V供电。
7.根据权利要求5所述的基于人体位姿检测的互动式智能家庭影院，其特征在于，通讯模块包括伺服电机与主控模块之间的RS232传输通讯，MP4视频播放模块与主控模块的集成电路总线IIC通讯。
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