CN113469055A - 人体姿势识别系统及人体姿势识别评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体姿势识别系统及人体姿势识别评估的方法，该系统包括服务器、口腔模拟教学实习系统、医师椅、位于医师椅左右及后侧的摄像装置和显示器，服务器将摄像装置设置的视频进行数据编码转换成计算机图像，并将其进行干扰项排除预处理后通过人工智能算法识别形成矢量特征图，对特征图与标准数据进行比对分析后将对比结果输出给显示器，由显示器实时影像、矢量特征图和分析结果，评估时还可以根据用户输入情况进行人体姿势检测以及评价或学生考核评价，系统与口腔模拟教学实习系统连接实现仅在有效的时段内进行姿势的评价，评价更加精准，便于用户及时的改正自己的姿势，本发明还可以用于学生进行姿势评估和考核。

Description

人体姿势识别系统及人体姿势识别评估的方法

技术领域

本发明涉一种智能识别技术领域，特别是指一种人体姿势识别系统及人体姿势识别评估的方法。

背景技术

在口腔模拟教学实习过程中，很多操作者在操作过程中常常姿势不标准，一方面影响口腔治疗操作的准确性，不利于提高治疗精度，另一方便，长期保持不标准的姿势，会导致在后续从业过程中出现职业病等问题。

目前在对人体姿势的监测领域，都是通过穿戴式设备，在穿戴式设备上设置传感器或特征点，由传感器传输信息或由摄像机采集到穿戴设备的特征点，从而识别对应的人体姿势。

这种依赖于穿戴设备的人体姿势识别方法，需要操作者在操作时穿着特殊的服装，不利于操作者进行精细的口腔治疗实习操作，且不管是通过传感器的信息采集，还是通过识别穿戴设备上的特征点，都难以对人体姿势进行精确识别，识别不够严谨，客观，且容易出现干扰项，影响特征抓取精度，目前在采用摄像机对穿戴设备上特征点进行识别时，一般都是采用1路摄像机，识别单个维度的姿势特征，因此特征采集数据精确度低，容易出现盲区，且都是单一时间点的姿势评价，无法对整个操作区间进行精确评价，其无数据采集，分析功能，无法客观对操作者进行整个操作区间的准确评估。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种人体姿势识别系统及人体姿势识别评估的方法，该人体姿势识别系统无需依赖穿戴设备，能够精确准确的对操作者的整个操作过程进行精确检测和准确评价。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案：一种人体姿势识别系统，包括摄像装置、服务器、显示器、口腔模拟教学实习系统和医师椅，所述医师椅设置于口腔模拟教学实习系统一侧，至少三个摄像装置分别固定安装于室内，三个摄像装置分别能够对位于坐于医师椅上操作者的背部方向和左右两侧方向进行摄像，三个摄像装置分别通过线缆与服务器电性连接通信；所述服务器内设有视频采集卡和实时姿势信息显示模块，所述实时姿势信息显示模块包括图像处理模块、点位识别模块、标准数据预存模块、对比分析模块、实时信息反馈模块和数据输出模块，视频采集卡能够将摄像装置设置的视频进行数据编码转换成计算机图像，所述标准数据预存模块用于存储人体姿势的标准数据，图像处理模块能够对视频采集卡转换的计算机图像进行干扰项排除预处理，点位识别模块能够对经过预处理的视频数据进行人工智能算法识别，形成具有各个人体特征点的矢量特征图，对比分析模块能够将点位识别模块获取的具有各个人体特征点的矢量特征图与标准数据预存模块的人体姿势标准数据进行比对分析，实时信息反馈模块能够通过数据输出模块将数据比对结果输出给显示器，显示器与服务器通过线缆电性连接通信，显示器能够显示三个摄像装置摄制的实时影像、各个人体特征点的矢量特征图和人体姿势分析结果。

作为本发明的进一步改进，还设有第一计时器、姿势评估设置模块和评估结果输出模块，所述第一计时模块能够给对比分析模块中超出规定误差范围的数据开始到结束的时间进行计时，姿势评估设置模块能够输入评价标准数据，姿势评估设置模块能够给对比分析模块中超出误差范围的数据进行不合格动作进行分类，并结合误差大小和第一计时模块获取的不合格动作持续时间对应评价标准数据进行姿势评价，评估结果输出模块能够将姿势评估设置模块的评价结果形成评价报告，评价报告能够通过显示器进行显示。

作为本发明的进一步改进，还设有打印机，所述打印机与服务器电性连接，评估结果输出模块与打印机进行数据通信，打印机能够将评价报告进行打印形成纸质评价报告。

作为本发明的进一步改进，所述口腔模拟教学实习系统与服务器电性连接通信，服务器内设有评价启停控制模块，所述评价启停控制模块能够获取口腔模拟教学实习系统的高低速手持磨削机、操作三用枪和吸唾机构中任意一个的启停状态，评价启停控制模块能够控制实时姿势信息显示模块启停。

作为本发明的进一步改进，所述服务器内还设有用户登录模块、用户信息管理模块和用户数据记录查询模块，所述用户登录模块用于用户登录系统并对用户身份信息进行识别，用户信息管理模块用于输入操作人员身份和身体情况信息，用户数据记录查询模块能够将各个操作人员的评价报告进行储存，并能够对储存的信息进行查询。

作为本发明的进一步改进，服务器内还设有考试信息输入模块、评分系统和第二计时模块，所述考试信息输入模块能够输入考生身份信息和考试类别信息，第二计时模块能够对考试时间进行计时，第二计时模块与评分系统电性连接通信，第二计时模块控制评分系统启动，评分系统与姿势评估设置模块进行信号通信，评分系统内预设评分标准，评分系统能够将姿势评估设置模块的评价结果与评分标准进行比对分析，获得考试分数并输出至评价报告上。

作为本发明的进一步改进，所述摄像装置为人工智能摄像头，至少3个人工智能摄像头分别对人体的大腿、小腿、膝盖、腰椎、胸椎、颈椎、大臂、小臂、手肘、眶耳平面和鼻翼耳平面进行识别，并将获取的视频信息传输给图像处理模块。

作为本发明的进一步改进，所述显示器为多屏显示器，多屏显示器的各个屏幕分别对应显示不同摄像装置的视频。

作为本发明的进一步改进，还设有警报模块，对比分析模块与警报模块进行信号传输通信，警报模块能够根据对比分析模块分析结果发出不同警报。

一种人体姿势识别评估的方法，具体步骤如下：

步骤一：操作人员坐到医师椅上做好操作准备；

步骤二：启动服务器主机、显示器、摄像装置和口腔模拟教学实习系统；

步骤三：打开人体姿势识别系统APP,进行用户登录；

步骤四：对于打开用户信息管理界面，输入操作人员身份信息，并点击开始按钮，软件开始运行对人体姿势进行监测和评价，或者打开考试信息输入界面，输入考生身份信息和考试类别信息，并点击开始按钮；

步骤五：操作人员交替拿取口腔模拟教学实习系统的高低速手持磨削机、操作三用枪和吸唾机构进行口腔治疗模拟操作；

步骤六：软件的实时姿势信息显示模块启动，摄像装置对人体特征进行识别，人体特征包括大腿、小腿、膝盖、腰椎、胸椎、颈椎、大臂、小臂、手肘、眶耳平面和鼻翼耳平面的人体，对比分析模块将将点位识别模块获取的具有各个人体特征点的矢量特征图与标准数据预存模块的人体姿势标准数据进行比对分析，一方面实时信息反馈模块通过数据输出模块将数据比对结果输出给显示器，显示器上在操作人员身体部位上显示矢量特征图，当操作人员身体姿势超出误差范围形成不合格动作时，显示器上开始显示不合格姿势的信息，同时相对应的人体特征点上出现相应的提示反馈，在此期间第一计时模块启动对不合格姿势进行计时，直到不合格姿势结束为止；

步骤七：操作结束后，评估结果输出模块形成评价报告，评价报告在用户数据记录查询模块内进行存储和查询，同时以电子报告或纸件报告的形式给到操作者和管理者，评价报告上显示操作者不合格姿势的种类、不合格等级、持续时间和评分数值。

本发明的有益效果是：本发明通过三路摄像装置分别采集人体背向和两侧方向的视频图像，从前后左右各个维度对人体的姿势进行全面的识别，得到全面、有效、合理的特征点，有助于对姿势的准确评估，在服务器中设置图像处理模块会自动排除计算干扰人群的特征，从而使得最后得到的评价更加客观，对人体姿势进行评价过程中，不是纯粹的针对单个时间点的评价，而是针对时间段的评价，在有效的时段内进行姿势的评价，使得评价更加精准，当测试者姿势标准没有达到标准设定的值或者范围时，警报模块会发出警报提示，使的测试者能够及时的得到反馈，从而及时的改正自己的姿势，本发明还可以利用采集到的大量数据，进行不同人群姿势的评估，从而获取不同人群的姿势规律，预先提醒对应人群正确的姿势，起到预防的作用，还可以对将要进入特定岗位的学生进行姿势评估和考核，对于不合格者进行及时提示，起到防止职业病的目的。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的通信关系图；

图3为本发明结构原理立体图；

图4为本发明形成的左侧人体特征点矢量特征图；

图5为本发明形成的后侧人体特征点矢量特征图；

图6为本发明形成的右侧人体特征点矢量特征图。

具体实施方式

实施例：一种人体姿势识别系统，包括摄像装置1、服务器16、显示器17、口腔模拟教学实习系统2和医师椅3，所述医师椅3设置于口腔模拟教学实习系统2一侧，至少三个摄像装置1分别固定安装于室内，三个摄像装置1分别能够对位于坐于医师椅3上操作者4的背部方向和左右两侧方向进行摄像，三个摄像装置1分别通过线缆与服务器16电性连接通信；所述服务器16内设有视频采集卡18和实时姿势信息显示模块25，所述实时姿势信息显示模块25包括图像处理模块19、点位识别模块20、标准数据预存模块21、对比分析模块22、实时信息反馈模块23和数据输出模块24，视频采集卡18能够将摄像装置1设置的视频进行数据编码转换成计算机图像，所述标准数据预存模块21用于存储人体姿势的标准数据，图像处理模块19能够对视频采集卡18转换的计算机图像进行干扰项排除预处理，点位识别模块20能够对经过预处理的视频数据进行人工智能算法识别，形成具有各个人体特征点的矢量特征图，对比分析模块22能够将点位识别模块20获取的具有各个人体特征点的矢量特征图与标准数据预存模块21的人体姿势标准数据进行比对分析，实时信息反馈模块23能够通过数据输出模块24将数据比对结果输出给显示器17，显示器17与服务器16通过线缆电性连接通信，显示器17能够显示三个摄像装置1摄制的实时影像、各个人体特征点的矢量特征图和人体姿势分析结果。该人体姿势识别系统通过至少三路摄像装置1进行多维度确认人体的姿势特征，当干扰人群误入评价的空间范围时，通过图像处理模块19的计算和以对之前人体特征识别作为的参照，系统会自动排除计算干扰人群的特征，然后由点位识别模块20形成准确的人体特征点的矢量特征图，便于对比分析模块22对实时矢量特征图与标准数据进行比对分析，判断实时人体姿势是否在误差范围内，是否为不合格姿势，并有显示器17对监测结果进行实时显示，便于操作者4和管理员了解操作人员的操作姿势，有利于及时更改不合格姿势。

还设有第一计时器26、姿势评估设置模块27和评估结果输出模块28，所述第一计时模块能够给对比分析模块22中超出规定误差范围的数据开始到结束的时间进行计时，姿势评估设置模块27能够输入评价标准数据，姿势评估设置模块27能够给对比分析模块22中超出误差范围的数据进行不合格动作进行分类，并结合误差大小和第一计时模块获取的不合格动作持续时间对应评价标准数据进行姿势评价，评估结果输出模块28能够将姿势评估设置模块27的评价结果形成评价报告，评价报告能够通过显示器17进行显示。通过设置第一计时器26，对不合格姿势持续时间进行计时，实现对操作者4姿势进行一段时间的评价，在有效的时段内进行姿势的评价，使得评价更加客观。

还设有打印机29，所述打印机29与服务器16电性连接，评估结果输出模块28与打印机29进行数据通信，打印机29能够将评价报告进行打印形成纸质评价报告。评价报告由打印机29进行打印，便于操作人员了解自己的操作姿势情况。

所述口腔模拟教学实习系统2与服务器16电性连接通信，服务器16内设有评价启停控制模块30，所述评价启停控制模块30能够获取口腔模拟教学实习系统2的高低速手持磨削机、操作三用枪和吸唾机构中任意一个的启停状态，评价启停控制模块30能够控制实时姿势信息显示模块25启停。口腔模拟教学实习系统2与电脑服务器16连接通信，当高低速手手持磨削机磨削牙齿时以及操作三用枪和吸唾进行口腔治疗辅助时，能够自动启动姿势识别，并且保存记录，等所有操作完成后，对有效动作进行整理和评价，避免对操作者4没有进行口腔治疗操作以外的姿态进行评价，实现仅对口腔治疗姿势进行评价，确保评价精确，避免出现误评。

5.根据权利要求2所述的人体姿势识别系统，其特征在于：所述服务器16内还设有用户登录模块31、用户信息管理模块32和用户数据记录查询模块33，所述用户登录模块31用于用户登录系统并对用户身份信息进行识别，用户信息管理模块32用于输入操作人员身份和身体情况信息，用户数据记录查询模块33能够将各个操作人员的评价报告进行储存，并能够对储存的信息进行查询。便于对评估数据进行存储和查询，同时可以根据用户信息管理模块32进行大量数据采集，进行不同人群坐姿的评估，从而发现一定的规律，预先提醒对应人群正确的坐姿，起到预防的作用。

6.根据权利要求5所述的人体姿势识别系统，其特征在于：服务器16内还设有考试信息输入模块34、评分系统35和第二计时模块36，所述考试信息输入模块34能够输入考生身份信息和考试类别信息，第二计时模块36能够对考试时间进行计时，第二计时模块36与评分系统35电性连接通信，第二计时模块36控制评分系统35启动，评分系统35与姿势评估设置模块27进行信号通信，评分系统35内预设评分标准，评分系统35能够将姿势评估设置模块27的评价结果与评分标准进行比对分析，获得考试分数并输出至评价报告上。该模块适用于学生实习考核评分，室内可以多名同学一同进行同时监测和评估，分别针对各个同学进行评估，分别给出评价报告，对于评价报告上评分低的不同学针对不合格项进行及时提示和校正，起到防止职业病的目的。

7.根据权利要求1所述的人体姿势识别系统，其特征在于：所述摄像装置1为人工智能摄像头，至少3个人工智能摄像头分别对人体的大腿5、小腿6、膝盖7、腰椎8、胸椎9、颈椎10、大臂11、小臂12、手肘13、眶耳平面14和鼻翼耳平面15进行识别，并将获取的视频信息传输给图像处理模块19。采用人工智能摄像头进行摄像，摄像精度和清晰度更好，便于对人体特征点的精确识别。

所述显示器17为多屏显示器17，多屏显示器17的各个屏幕分别对应显示不同摄像装置1的视频。

还设有警报模块，对比分析模块22与警报模块进行信号传输通信，警报模块能够根据对比分析模块22分析结果发出不同警报。警报模块可以为在相对应的人体特征点上出现相应的提示反馈(譬如：利用震动球)也可以是不同的灯光显示等等，主要起到提示。

一种人体姿势识别评估的方法，具体步骤如下：

步骤一：操作人员坐到医师椅3上做好操作准备；

步骤二：启动服务器16主机、显示器17、摄像装置1和口腔模拟教学实习系统2；

步骤三：打开人体姿势识别系统APP,进行用户登录；

步骤四：对于打开用户信息管理界面，输入操作人员身份信息，并点击开始按钮，软件开始运行对人体姿势进行监测和评价，或者打开考试信息输入界面，输入考生身份信息和考试类别信息，并点击开始按钮；

步骤五：操作人员交替拿取口腔模拟教学实习系统2的高低速手持磨削机、操作三用枪和吸唾机构进行口腔治疗模拟操作；

步骤六：软件的实时姿势信息显示模块25启动，摄像装置1对人体特征进行识别，人体特征包括大腿5、小腿6、膝盖7、腰椎8、胸椎9、颈椎10、大臂11、小臂12、手肘13、眶耳平面14和鼻翼耳平面15的人体，对比分析模块22将将点位识别模块20获取的具有各个人体特征点的矢量特征图与标准数据预存模块21的人体姿势标准数据进行比对分析，一方面实时信息反馈模块23通过数据输出模块24将数据比对结果输出给显示器17，显示器17上在操作人员身体部位上显示矢量特征图，当操作人员身体姿势超出误差范围形成不合格动作时，显示器17上开始显示不合格姿势的信息，同时相对应的人体特征点上出现相应的提示反馈(譬如：利用震动球)，在此期间第一计时模块启动对不合格姿势进行计时，直到不合格姿势结束为止；

步骤七：操作结束后，评估结果输出模块28形成评价报告，评价报告在用户数据记录查询模块33内进行存储和查询，同时以电子报告或纸件报告的形式给到操作者4和管理者，评价报告上显示操作者4不合格姿势的种类、不合格等级、持续时间和评分数值。

Claims (10)

1.一种人体姿势识别系统，其特征在于：包括摄像装置(1)、服务器(16)、显示器(17)、口腔模拟教学实习系统(2)和医师椅(3)，所述医师椅设置于口腔模拟教学实习系统一侧，至少三个摄像装置分别固定安装于室内，三个摄像装置分别能够对位于坐于医师椅上操作者(4)的背部方向和左右两侧方向进行摄像，三个摄像装置分别通过线缆与服务器电性连接通信；所述服务器内设有视频采集卡(18)和实时姿势信息显示模块(25)，所述实时姿势信息显示模块包括图像处理模块(19)、点位识别模块(20)、标准数据预存模块(21)、对比分析模块(22)、实时信息反馈模块(23)和数据输出模块(24)，视频采集卡能够将摄像装置设置的视频进行数据编码转换成计算机图像，所述标准数据预存模块用于存储人体姿势的标准数据，图像处理模块能够对视频采集卡转换的计算机图像进行干扰项排除预处理，点位识别模块能够对经过预处理的视频数据进行人工智能算法识别，形成具有各个人体特征点的矢量特征图，对比分析模块能够将点位识别模块获取的具有各个人体特征点的矢量特征图与标准数据预存模块的人体姿势标准数据进行比对分析，实时信息反馈模块能够通过数据输出模块将数据比对结果输出给显示器，显示器与服务器通过线缆电性连接通信，显示器能够显示三个摄像装置摄制的实时影像、各个人体特征点的矢量特征图和人体姿势分析结果。

2.根据权利要求1所述的人体姿势识别系统，其特征在于：还设有第一计时器(26)、姿势评估设置模块(27)和评估结果输出模块(28)，所述第一计时模块能够给对比分析模块中超出规定误差范围的数据开始到结束的时间进行计时，姿势评估设置模块能够输入评价标准数据，姿势评估设置模块能够给对比分析模块中超出误差范围的数据进行不合格动作进行分类，并结合误差大小和第一计时模块获取的不合格动作持续时间对应评价标准数据进行姿势评价，评估结果输出模块能够将姿势评估设置模块的评价结果形成评价报告，评价报告能够通过显示器进行显示。

3.根据权利要求2所述的人体姿势识别系统，其特征在于：还设有打印机(29)，所述打印机与服务器电性连接，评估结果输出模块与打印机进行数据通信，打印机能够将评价报告进行打印形成纸质评价报告。

4.根据权利要求1或2所述的人体姿势识别系统，其特征在于：所述口腔模拟教学实习系统与服务器电性连接通信，服务器内设有评价启停控制模块(30)，所述评价启停控制模块能够获取口腔模拟教学实习系统的高低速手持磨削机、操作三用枪和吸唾机构中任意一个的启停状态，评价启停控制模块能够控制实时姿势信息显示模块启停。

5.根据权利要求2所述的人体姿势识别系统，其特征在于：所述服务器内还设有用户登录模块(31)、用户信息管理模块(32)和用户数据记录查询模块(33)，所述用户登录模块用于用户登录系统并对用户身份信息进行识别，用户信息管理模块用于输入操作人员身份和身体情况信息，用户数据记录查询模块能够将各个操作人员的评价报告进行储存，并能够对储存的信息进行查询。

6.根据权利要求5所述的人体姿势识别系统，其特征在于：服务器内还设有考试信息输入模块(34)、评分系统(35)和第二计时模块(36)，所述考试信息输入模块能够输入考生身份信息和考试类别信息，第二计时模块能够对考试时间进行计时，第二计时模块与评分系统电性连接通信，第二计时模块控制评分系统启动，评分系统与姿势评估设置模块进行信号通信，评分系统内预设评分标准，评分系统能够将姿势评估设置模块的评价结果与评分标准进行比对分析，获得考试分数并输出至评价报告上。

7.根据权利要求1所述的人体姿势识别系统，其特征在于：所述摄像装置为人工智能摄像头，至少3个人工智能摄像头分别对人体的大腿(5)、小腿(6)、膝盖(7)、腰椎(8)、胸椎(9)、颈椎(10)、大臂(11)、小臂(12)、手肘(13)、眶耳平面(14)和鼻翼耳平面(15)进行识别，并将获取的视频信息传输给图像处理模块。

8.根据权利要求1所述的人体姿势识别系统，其特征在于：所述显示器为多屏显示器，多屏显示器的各个屏幕分别对应显示不同摄像装置的视频。

9.根据权利要求1所述的人体姿势识别系统，其特征在于：还设有警报模块，对比分析模块与警报模块进行信号传输通信，警报模块能够根据对比分析模块分析结果发出不同警报。

10.一种采用权利要求1所述的人体姿势识别系统进行人体姿势识别评估的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：操作人员坐到医师椅上做好操作准备；

步骤二：启动服务器主机、显示器、摄像装置和口腔模拟教学实习系统；

步骤三：打开人体姿势识别系统APP,进行用户登录；

步骤四：对于打开用户信息管理界面，输入操作人员身份信息，并点击开始按钮，软件开始运行对人体姿势进行监测和评价，或者打开考试信息输入界面，输入考生身份信息和考试类别信息，并点击开始按钮；

步骤五：操作人员交替拿取口腔模拟教学实习系统的高低速手持磨削机、操作三用枪和吸唾机构进行口腔治疗模拟操作；

步骤六：软件的实时姿势信息显示模块启动，摄像装置对人体特征进行识别，人体特征包括大腿、小腿、膝盖、腰椎、胸椎、颈椎、大臂、小臂、手肘、眶耳平面和鼻翼耳平面的人体，对比分析模块将将点位识别模块获取的具有各个人体特征点的矢量特征图与标准数据预存模块的人体姿势标准数据进行比对分析，一方面实时信息反馈模块通过数据输出模块将数据比对结果输出给显示器，显示器上在操作人员身体部位上显示矢量特征图，当操作人员身体姿势超出误差范围形成不合格动作时，显示器上开始显示不合格姿势的信息，同时相对应的人体特征点上出现相应的提示反馈，在此期间第一计时模块启动对不合格姿势进行计时，直到不合格姿势结束为止；

步骤七：操作结束后，评估结果输出模块形成评价报告，评价报告在用户数据记录查询模块内进行存储和查询，同时以电子报告或纸件报告的形式给到操作者和管理者，评价报告上显示操作者不合格姿势的种类、不合格等级、持续时间和评分数值。

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