CN109902669A - 基于图像识别的人工智能防溺水预警系统、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于图像识别的人工智能防溺水预警设备，包括穿戴式游泳设备，在穿戴式游泳设备设有图像识别区域，该图像识别区域设有图像识别特征。本发明还提供了基于图像识别的人工智能防溺水预警系统，该防溺水预警系统图像采集设备安装在水上设施附近，用于对水上设施内泳客状态进行图像采集；系统主机的输入端连接图像采集设备，系统主机的输出端连接预警装置；还包括用于图像识别的穿戴式游泳设备，泳客通过该用于图像识别的穿戴式游泳设备与图像采集设备视觉连接。本发明还提供了该基于图像识别的人工智能系统的防溺水预警方法。本发明可提高水上设施溺水事故识别率，协助救生员完成救生工作，提高水上设施的安全性。

Description

基于图像识别的人工智能防溺水预警系统、设备及方法

技术领域

本发明属于溺水防护技术领域，特别涉及一种用于图像识别的穿戴式游泳设备、预警系统及方法。

背景技术

目前各游泳馆（场所）救生方式主要为由救生员负责监视水面，发现溺水事件。纯人工作业，受人员因素影响较大，如救生员注意力不集中、打瞌睡等情况会造成较大安全隐患。

其他辅助方式为通过在泳客泳帽上面安装无线电发射器发射无线电信号，当该发射器没入水下一定时间，达到报警条件后，触发报警装置，引起救生员注意。该方式溺水判断为泳帽上的无线电发射器，该发射器位置不能完全代表人的鼻、口呼吸器官位置，报警条件与溺水条件不完全相符，另外无线电信号守水深、位置等客观因素影响较大，易造成溺水时间的漏报、误报。另外该装置安装于泳帽上的无线电发射器需要经过前台分发影响泳客入场效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述问题，本发明目的是通过人工智能图像识别技术，提高水上设施溺水事故识别率，协助救生员完成救生工作，提高水上设施安全性。

为了实现上述目的，本发明通过以下过程达到提高水上设施泳客游泳安全性的目的：

1、一种基于图像识别的人工智能防溺水预警设备，包括穿戴式游泳设备，其特征在于，在穿戴式游泳设备设有图像识别特征，该图像识别特征所表达的信息是有助于防溺水预警管理的信息。

进一步的，穿戴式游泳设备为泳帽、泳衣、防水贴纸、腕带式储物柜钥匙、或救生手环。

进一步的，穿戴式游泳设备的特定位置对应特定的图像识别特征，用于通过特定位置的图像识别特征表达特定的信息。

进一步的，根据游泳设备佩戴后在人体表面位置的不同，将游泳设备表面分为二个以上的图像识别区域。

进一步的，所述穿戴式游泳设备为泳帽，在泳帽表面设有二个以上的图像识别区域，包括前识别区和其他识别区。所述前识别区设置在人体佩戴位置的前部。所述其他识别区设置在人体佩戴位置的顶部、后部、左侧、或右侧，与前识别区在位置上互不重合。

进一步的，所述图像识别区域设置在穿戴式游泳设备上，图像识别特征设置在图像载体上，所述图像载体与图像识别区域可分离的连接。

进一步的，图像载体与图像识别区域通过魔术贴、拉链、吸铁扣、纽扣、四合扣、或磁力吸附装置可拆卸地连接。

以及，一种基于图像识别的人工智能防溺水预警系统，包括图像采集设备，其特征在于，还包括上述基于图像识别的人工智能防溺水预警设备，泳客通过该基于图像识别的人工智能防溺水预警设备与图像采集设备视觉连接。

进一步的，该防溺水预警系统可根据特定的图像识别特征识别出特定的可识别信息。

进一步的，该防溺水预警系统，包括水上设施、系统主机、图像采集设备、及预警装置。图像采集设备安装在水上设施附近，用于对水上设施内泳客状态进行图像采集。系统主机的输入端连接图像采集设备，系统主机的输出端连接预警装置。还包括用于图像识别的穿戴式游泳设备，泳客通过该用于图像识别的穿戴式游泳设备与图像采集设备相连接。

进一步的，该基于图像识别的防溺水预警系统内具有二个以上的不同含义的图像识别特征。

进一步的，所述预警装置包括预警信号显示器、救生预警手环、及预警信号发射器。救生预警手环佩戴在救生员身上，救生预警手环通过无线信号与预警信号发射器相连接。系统主机的输出端分别连接预警信号显示器、及预警信号发射器。

本发明还提供了上述基于图像识别的人工智能防溺水预警系统的预警方法，包括以下步骤：

（1）实时监控水上设施画面；

（2）对监控区域的实时监控画面进行图像识别，根据图像识别特征识别穿戴式游泳设备上的可识别信息，判断佩戴该游泳设备的泳客的行为状态；

（3）若泳客的行为状态处于危险状态，则发出预警信息。

进一步的，防溺水预警系统对监控区域的实时监控画面进行图像识别时，还结合面部识别、人体识别、或姿势识别对泳客的行为状态进行识别；防溺水预警系统对图像识别特征的识别与面部识别、人体识别、或姿势识别相独立，通过各识别手段的结合降低误判率。

进一步的，该方法预先建立图像识别特征数据库，穿戴式游泳设备上的图像识别特征属于预先建立的数据库中的图像识别特征。

进一步的，上述图像识别特征数据库中的特定的图像识别特征对应于特定的可识别信息。

具体地，一种基于图像识别的人工智能防溺水预警方法，包括如下步骤：

（1）根据泳帽上的图像识别特征定位到泳客的面部；

（2）根据人脸面部的特点定位泳客的呼吸器官；

（3）以呼吸器官位于水下的时长作为泳客的行为状态是否处于危险状态的判断依据。若泳客的行为状态处于危险状态，则发出预警信息。

本发明的有益效果为：

本发明通过图像识别技术，提高水上设施溺水事故识别率，协助救生员完成救生工作，提高水上设施安全性。

附图说明

图1为第一实施例的游泳设备示意图；

图2为第一实施例的不同识别区域的示意图；

图3为第二实施例的游泳设备示意图；

图4为第三实施例的游泳设备示意图；

图5为基于图像识别的防溺水预警系统的示意图。

图中：1、穿戴式游泳设备；2、图像识别区域；3、后识别区；4、侧识别区；5、前识别区；6、泳帽；7、泳衣；8、防水贴纸；9、图像采集设备；10、预警信号发射器；11、系统主机；12、预警系统显示器；13、救生预警手环；14、救生员；15、泳客。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但是本领域技术人员应当明白，以下说明的目的在于令本领域技术人员更加明白本发明的实施原理，而不在于对本发明作出限制。

参照图5，图5为本发明预警系统的示意图。本发明所采用的防溺水预警系统是基于现有图像识别防溺水系统所作出的改进型发明创造。在现有的防溺水图像识别系统中，其功能部件主要包括图像采集设备（9）、系统主机（11）、及预警装置。在本实施例中，预警装置即为救生员（14）所佩戴的救生预警手环（13）、及安装在水上设施附近醒目位置的预警系统显示器（12）。

在现有的防溺水预警系统中，图像采集设备（9）安装在水上设施附近，其镜头实时采集水上设施画面，对水上设施内泳客状态进行图像采集。图像采集设备（9）与系统主机（11）电气连接，系统主机（11）接收到图像采集设备（9）拍摄的画面后，基于图像识别技术对泳客（15）的躯体、面部特征进行分析，模拟出泳客（15）在水上设施中的实时状态。系统主机（11）还与预警装置电气连接，当系统主机（11）判断泳客处于危险状态时，当系统主机（11）向预警装置发出预警信号，预警装置作出响应，进而对一些危险行为作出预警。

在上述基于图像识别的防溺水预警系统中，对于泳客（15）在水中挣扎等状态可以作出及时而准确的状态分析，进而发出预警信号，提醒救生员（14）及时援救。但在水上设施、水上乐园等娱乐设施的实际运营过程中，更危险的一种情形在于部分泳客（15）会在水中进行潜泳。对此，目前最为常见的做法之一就是令救生员（14）值守在救生台上实时监控水面，对潜泳行为及时制止。当泳客（15）潜入水中后，基于图像识别的防溺水预警系统难以分辨出该泳客（15）正在实施危险动作，进而也就难以及时作出预警提示。

本发明的目的在于解决现有的基于图像识别的防溺水预警系统难以对泳客（15）的潜泳等危险行为作出预警判断的问题，并提升传统预警系统判断时的准确率。

参照图1~5，本发明所采用的手段在于在泳客（15）人体特征外增加额外的识别特征，建立泳客（15）与系统主机（11）间新的基于图像识别的联系，从而提升机器对泳客（15）行为的判断的正确率。因此，本发明的防溺水预警系统的关键点，在于佩戴在泳客（15）身体上的用于图像识别的穿戴式游泳设备（1），该游泳设备（1）上增加了图像识别特征。

需要说明的是，本发明中游泳设备与系统主机（11）间建立了一种视觉连接，这种视觉连接与无线信号连接、光学信号连接是相类似的，是一种发射器与接收器间的连接关系（发射器：图像识别区域（2）内的图像识别特征；接收器：图像采集设备（9）与系统主机（11）建立起的图像识别预警系统）。

在此基础上，本领域技术人员应当明白，佩戴于泳客（15）身体上的用于图像识别的穿戴式游泳设备（1）成为了基于图像识别的防溺水预警系统的一部分，起到了信号发射器的作用。一旦该游泳设备（1）离开了防溺水预警系统，该游泳设备（1）就不再起到防溺水预警的作用。因此，在本发明的防溺水预警系统里，亦不应将两者视为两个互不相干的独立个体。

该基于图像识别的防溺水预警系统所采用的方法包括如下步骤：

1）实时监控水面画面；

2）对监控区域的实时监控画面进行图像识别，根据图像识别特征识别穿戴式游泳设备（1）的图像识别特征信息，判断泳客（15）的行为状态；

3）若判断泳客（15）的行为状态处于危险状态，则发出预警信息，提示救生员（14）注意泳客（15）的行为。

在实际场景中，游泳馆或其他水上娱乐设置管理员可通过更灵活的方式实施本发明的预警方法。例如，管理员可通过多角度多方位的摄像头（9）监控水面情况，提升预警安全性。该基于图像识别的防溺水预警系统也可将游泳设备（1）上的图像识别特征与人脸识别、肢体识别、动作识别等技术相结合，通过多重识别方式减少机器图像识别的误报率，保证水上设施内人员财产安全。

又如，关于穿戴式游泳设备（1）的图像识别特征的录入方式，管理员可在更衣室出口设置多方位摄像头，自泳客（15）更衣完毕进入水上设施时，自动由更衣室出口的多方位摄像头完成图像识别特征的录入工作。又或者将提前完成录入工作的具备图像识别特征的泳帽（6）以出借的形式借给泳客（15）佩戴使用，待泳客（15）离场时统一进行收回，亦可以实现穿戴式游泳设备（1）的统一管理。

当然，基于降低本发明方法的实施成本、提高图像识别特征识别准确率等目的，现阶段较优的实施方案仍是采用提前建立数据库的方式，将图像识别特征提前录入数据库中。以泳客（15）随机购买的具有不特定卡通图像的泳帽为对比，将数据提前录入数据库的好处在于：首先，有限种类的可识别特征有利于降低数据库容量，且通过训练的机器对特定的简单图形的识别准确率远高于对不特定图形或复杂图形的准确率；其次，提前录入的不同图像识别特征可用于表示不同的识别信息，而不特定的图形由于没有提前录入，防溺水预警系统临时录入后仅能用于表示简单的可识别信息，无法像提前录入的图像识别特征那样进行负载复杂的信息，不利于统一管理。

以下结合应用场景对本发明的防护方法作进一步的说明：

第一步，将带有特殊图形识别特征的泳帽（6）所有的图像识别特征输入本系统主机（11）数据库，使之成为本系统的可识别泳帽（6）。

第二步，将可识别泳帽（6）售卖/赠送给进入泳区的泳客（15）。并要求泳客（15）佩戴可识别泳帽（6）进入水上设施。

第三步，位于泳区的一个或多个摄像头（9）监视水面。实时采集泳客（15）所佩戴的可识别泳帽（6）及泳客（15）面部图像，通过图像识别技术同时对可识别泳帽（6）和泳客面部图像进行识别，并判断泳客（15）口、鼻是否位于水面下，如果过位于水面下则开始计时，如果计时时长超过预设值，触发溺水预警。该过程系统对可识别泳帽（6）和泳客面部图像进行独立的同时识别，独立判断，以提高预警准确度。

第四步，当系统判断有溺水事件发生触发溺水预警后，系统主机（11）将预警信号一方面通过预警信号发射器（10）将预警信号通过无线电形式发送给救生员（14）所佩戴的救生手环（13），救生手环（13）通过声音、闪光、震动等形式提示救生员（15）进行泳区查看，并实施救生；另一方面系统主机（11）将预警信号传输显示到系统配置的位于用泳区的显示屏（12）上，使工作人员（14）和泳客（15）可以看到预警信息，进行泳区查看，协助救生。

在本发明中，穿戴式游泳设备（1）可为泳帽（6）、泳衣（7）、防水贴纸（8）、腕带式储柜钥匙、救生手环等各类可佩戴于人体表面的游泳设备，下面结合各实施例进行逐一说明：

第一实施例

参照图1、图2，图1、图2提供了一种用于图像识别的泳帽，包括泳帽（6），在泳帽（6）表面设有图像识别区域（2）。图像识别区域（2）内设有图像识别特征。泳帽（6）通过图像识别区域（2）的图像识别特征与系统主机（11）建立联系。换言之，泳客（15）佩戴泳帽（6）进入水上设施，图像采集设备（9）与系统主机（11）建立起的特征信号接收器获取图像识别区域（2）内的图像识别特征，建立起泳客（15）与系统主机（11）的联系。

在此基础上，可将防溺水预警系统所识别的图像识别特征设置为多个不同的识别特征，利用不同的图像识别特征为防溺水预警系统提供不同的可识别信息。

其原理如下：

例如，根据佩戴后泳帽（6）的佩戴位置，可将泳帽（6）划分为多个识别区域，例如前、后、左、右、及顶部等部位。图2提供了一个具有多个识别区域的泳帽（6）的示意图。在图2中，根据佩戴后部位的不同，将泳帽（6）表面划分为前识别区（5）、侧识别区（4）、及后识别区（3），令这三个图像识别区域（2）分别载有不同的图像识别特征，预警系统即可轻易地区分出泳客（15）的面部朝向等信息。

需要说明的是，本实施例中特定区域的图像识别特征用于表达的是特定的信息。所谓特定区域的特定识别特征，既可以是不同区域采用不同的特征表达不同的信息，也可以是不同区域采用相同的特征表达相同的信息，更可以是不同区域采用不同的特征表达相同的信息。例如，对于左侧与右侧两个部位，除采用不同特征分别表达外，也可以采用相同的特征表达该特征区域为头部侧面，更可以在左、右分别采用两个不同的特征分别表达该区域为头部侧面。识别特征与其表达的信息间的对应关系是特定的，但是不应当理解为不同的识别特征必须分别对应不同的可识别信息。

更进一步的，由于泳帽（6）佩戴后具有类似于球体的形状，可以直接在泳帽（6）上提供各图像识别特征位置的球面坐标信息（如由多个图像识别符号组成的点阵，每四个相邻点的符号组成一个图像识别特征），预警系统根据图像采集装置（9）所采集到的球面坐标信息容易推知人体头部的实时朝向、姿态等信息，进而实现快速定位人体面部、在面部快速定位口鼻等呼吸器官等目的。

再如，关于防溺水预警系统如何判断泳客（15）处于危险状态，也可基于上述泳帽（6）进行识别。例如，预警系统可以自泳客（15）呼吸器官（口、鼻）没于水面下时起开始计时，一旦计时时长超过设定阈值，就会触发溺水预警。

当然，本领域技术人员也可以利用不同的图像识别特征对游泳设备（1）的使用人群进行区分，令幼年儿童佩戴具备A特征的游泳设备、青壮年佩戴具备B特征的游泳设备、老年人佩戴具备C特征的游泳设备……。区分后，防溺水预警系统更易识别出幼年儿童、老年人等高危人群在水中的状态。

实际上，在特定图像识别区域（2）内，可以通过多种图形符号的排列组合，组成具备特定排列的图像识别特征，这些不同组合的图像识别特征可用于向系统提供不同的可识别信息，例如泳客（15）的年龄段、性别、设备（1）的朝向等信息，便于水上设施管理。

此外，参照图3，也可将泳帽（6）、泳衣（7）等设备相结合，通过泳帽（6）、泳衣（7）的图像识别特征相结合，为防溺水预警系统提供人体东作捕捉中的捕捉点，进而分析出泳客（15）在水上设施中的姿态信息。

第二实施例

参照图3，作为第一实施例的一个变种，第二实施例将图像识别区域（2）设立在泳客（15）所穿戴的泳衣（7）上，其同样可用于防溺水预警系统进行图像识别。其原理与第一实施例相似。

泳衣（7）与泳帽（6）的区别在于泳衣（7）、或泳帽（6）与泳衣（7）的结合可用于泳客（15）的躯干识别，而泳帽（6）则用于泳客（15）的头部、面部、五官、或呼吸器官识别。在此实施例中，预警系统可通过追踪泳客（15）在水中的游动姿态，判断泳客（15）是否在以危险姿势进行游动，若泳客（15）的泳帽（6）及泳衣（7）的图像识别特征完全没入水中，则判定泳客（15）开始进行潜泳，溺水预警触发。

第三实施例

参照图4，第三实施例作为第一实施例的另一个变种，将穿戴式游泳设备（1）替换为了防水贴纸（8）。在此实施例中，图像识别区域（2）与泳客（15）的结合变得更为灵活。当然，不论是将第一实施例的泳帽（6）替换为泳衣（7）、防水贴纸（8），亦或者游泳馆分发给泳客的腕带式储物柜钥匙等，均不改变本发明的工作原理，落入本发明的保护范围。

通常情况下，图像识别特征通过烫印、印刷等技术负载于设备（1）的识别区域（2），形成了一种固定连接。作为以上实施例的变种，亦可以在游泳设备（1）上设立魔术贴、拉链、吸铁扣、纽扣、四合扣、或磁力装置等连接装置，而将图像识别区域（2）设立在同样设有连接装置的图像载体上。此时游泳设备（1）通过连接装置与图像识别区域（2）的载体建立了一种可拆卸的连接关系。载有图像识别区域（2）的图像载体由游泳馆入场前分发给泳客（15），而在泳客（15）离场前进行回收，方便游泳馆统一管理。

最后，本领域技术人员还应当明白，在上述实施例中，图片所展示的特征图像不应当被理解为本领域司空见惯的几何图案。游泳设备表面的装饰设计等能否被认定为图像识别特征，应当综合考虑该图像在图像识别领域是否易于被区分、以及该图形是否被用作于防溺水预警系统的图像识别特征。本领域司空见惯的无意义的装饰图案、且该图案未被用于表达特定的有助于防溺水预警管理的可识别信息时，不在本发明的保护范围之内。

以市面上常见的二维码为例，当二维码记载的信息是厂商的网址、app、商标版权等信息，且该二维码也未被特定的图像识别系统用作于图像识别特征时，其所记载的不是有利于防溺水预警的有用信息，自然也就不落入本发明的保护范围。但若二维码记载的是用于动作捕捉的人体坐标信息、人体部位信息、朝向方向信息、以及用于分类管理的人群特征信息等，则落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于图像识别的人工智能防溺水预警设备，包括穿戴式游泳设备，其特征在于，该穿戴式游泳设备设有图像识别特征，所述图像识别特征所表达的信息是有助于防溺水预警管理的信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的人工智能防溺水预警设备，其特征在于，穿戴式游泳设备为泳帽、泳衣、防水贴纸、腕带式储物柜钥匙、或救生手环。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的人工智能防溺水预警设备，其特征在于，穿戴式游泳设备的特定位置对应特定的图像识别特征，用于通过特定位置的图像识别特征表达特定的信息。

4.一种基于图像识别的人工智能防溺水预警系统，包括图像采集设备，其特征在于，还包括权利要求1或2所述的基于图像识别的人工智能防溺水预警设备，泳客通过该基于图像识别的人工智能防溺水预警设备与图像采集设备视觉连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于图像识别的人工智能防溺水预警系统，其特征在于，该防溺水预警系统可根据特定的图像识别特征识别出特定的可识别信息。

6.一种基于图像识别的人工智能防溺水预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时监控水上设施画面；

对监控区域的实时监控画面进行图像识别，根据图像识别特征识别穿戴式游泳设备上的可识别信息，判断佩戴该游泳设备的泳客的行为状态；

若泳客的行为状态处于危险状态，则发出预警信息。

7.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的人工智能防溺水预警方法，其特征在于，防溺水预警系统对监控区域的实时监控画面进行图像识别时，还结合面部识别、人体识别、或姿势识别对泳客的行为状态进行识别；防溺水预警系统对图像识别特征的识别与面部识别、人体识别、或姿势识别相独立，通过各识别手段的结合降低误判率。

8.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的人工智能防溺水预警方法，其特征在于，预先建立图像识别特征数据库，穿戴式游泳设备上的图像识别特征属于预先建立的数据库中的图像识别特征。

9.根据权利要求8所述的一种基于图像识别的人工智能防溺水预警方法，其特征在于，图像识别特征数据库中的特定的图像识别特征对应于特定的可识别信息。

10.一种基于图像识别的人工智能防溺水预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据泳帽上的图像识别特征定位到泳客的面部；

根据人脸面部的特点定位泳客的呼吸器官；

以呼吸器官位于水下的时长作为泳客的行为状态是否处于危险状态的判断依据。