一種坐姿監(jiān)測(cè)儀及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種坐姿監(jiān)測(cè)儀。特別是涉及一種具有自動(dòng)檢測(cè)用戶(hù)坐姿和聯(lián)網(wǎng)功能的坐姿監(jiān)測(cè)儀及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)青少年的近視率常年居于世界前列，根據(jù)國(guó)家教育部、衛(wèi)生部的調(diào)查表明:目前我國(guó)有4億多近視患者，其中青少年已成“重災(zāi)區(qū)”:小學(xué)生中近視率在30%以上，中學(xué)生達(dá)70%，大學(xué)生達(dá)到90%?！皩?xiě)字姿勢(shì)不正確，用眼時(shí)間長(zhǎng)”是導(dǎo)致近視的重要原因。同時(shí)，寫(xiě)字姿勢(shì)不正確，也會(huì)導(dǎo)致脊柱彎曲等問(wèn)題。根據(jù)2012年發(fā)布的《北京市西城區(qū)、石景山區(qū)14所小學(xué)學(xué)生形體健康檢測(cè)分析報(bào)告》，在調(diào)查的近萬(wàn)學(xué)生中，寫(xiě)字姿勢(shì)問(wèn)題人數(shù)比例達(dá)77.
[0003]目前市場(chǎng)上尚未有專(zhuān)門(mén)檢測(cè)青少年坐姿從而預(yù)防近視和骨骼畸形的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，有一種和普通臺(tái)燈相結(jié)合的“智能防近視臺(tái)燈”，其基本原理是在桌子邊緣固定超聲波傳感器，探測(cè)頭部與傳感器的距離，如果太靠近，臺(tái)燈發(fā)出警告糾正坐姿。然而這種方案存在先天的缺點(diǎn)，例如:對(duì)人體有輻射，不能測(cè)量頭部偏離身體中軸線(xiàn)的角度，以及傳感器易被遮擋。本發(fā)明中的坐姿監(jiān)測(cè)儀采用雙目立體視覺(jué)技術(shù)，彌補(bǔ)了常規(guī)超聲波測(cè)距技術(shù)的缺陷，抗干擾能力強(qiáng)，識(shí)別率高，填補(bǔ)同類(lèi)產(chǎn)品的空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種通過(guò)雙目立體匹配和人臉識(shí)別等技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)用戶(hù)的坐姿，并對(duì)錯(cuò)誤坐姿進(jìn)行提示，從而保護(hù)用戶(hù)視力和骨骼健康的坐姿監(jiān)測(cè)儀及控制方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種坐姿監(jiān)測(cè)儀，包括有底座，所述的底座上通過(guò)支架支撐有攝像頭殼體，所述的底座內(nèi)設(shè)置有控制電路，所述的攝像頭殼體上分別設(shè)置有位于兩側(cè)的構(gòu)成雙目攝像頭的第一攝像頭和第二攝像頭，以及位于中部的揚(yáng)聲器，所述第一攝像頭、第二攝像頭和揚(yáng)聲器分別通過(guò)依次貫穿攝像頭殼體、支架和底座的導(dǎo)線(xiàn)連接所述控制電路，所述殼體上設(shè)置有用于外部電源與控制電路相連的電源開(kāi)關(guān)以及SET鍵。
[0006]所述的控制電路包括:CPU中央處理器，分別與所述的CPU中央處理器相連用于提供直流電源的DC - DC電源模塊、存儲(chǔ)器、W1-Fi模塊和音頻編解碼模塊，其中，所述AC -DC電源模塊的電源輸入端通過(guò)設(shè)置在底座上的電源開(kāi)關(guān)連接外部電源，所述W1-Fi模塊連接內(nèi)置天線(xiàn)，所述的音頻編解碼模塊的音頻輸出端通過(guò)功率放大模塊連接揚(yáng)聲器，所述的第一攝像頭和第二攝像頭分別連接所述的CPU中央處理器，所述SET鍵連接CPU中央處理器的信號(hào)輸入端。
[0007]所述音頻編解碼模塊的外部音頻輸入端連接麥克風(fēng)。
[0008]—種坐姿監(jiān)測(cè)儀的控制方法，包括進(jìn)行攝像頭內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定和系統(tǒng)控制，其中:
[0009]所述的攝像頭標(biāo)定，包括:
[0010](I)在攝像頭前方0.5m?2m處設(shè)置棋盤(pán)格標(biāo)定板；
[0011](2)利用雙目攝像頭同步拍攝若干組棋盤(pán)格標(biāo)定板圖像，利用基于平面的雙目立體標(biāo)定算法，標(biāo)定出兩個(gè)攝像頭的內(nèi)參數(shù)矩陣Kl和K2，及外參數(shù)即第二攝像頭相對(duì)第一攝像頭的平移Tl和旋轉(zhuǎn)變換R1，設(shè)定第一攝像頭的外參數(shù)是單位陣I和〔0，0，0〕\則第二攝像頭的外參數(shù)是Rl和Tl ；
[0012](3)利用第一攝像頭拍攝垂直擺放的棋盤(pán)格標(biāo)定板，基于已標(biāo)定內(nèi)參數(shù)Kl和K2通過(guò)PnP算法，標(biāo)定出攝像頭坐標(biāo)系相對(duì)于垂直面的旋轉(zhuǎn)變換R2 ;
[0013](4)將標(biāo)定參數(shù)保存到保存到存儲(chǔ)器；
[0014]所述的系統(tǒng)控制包括如下步驟:
[0015]I)系統(tǒng)上電后進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括依次進(jìn)行的:
[0016]初始化異常向量表和存儲(chǔ)系統(tǒng)；初始化堆棧；初始化設(shè)備和特殊端口及應(yīng)用程序；設(shè)置處理器模式；調(diào)用應(yīng)用程序；
[0017]2)同時(shí)進(jìn)入主控制流程、初始參數(shù)設(shè)置流程和工作參數(shù)設(shè)置流程；
[0018]其中，所述的主控制流程包括圖像處理和坐姿監(jiān)測(cè)儀狀態(tài)控制流程；所述的初始參數(shù)設(shè)置流程，是在主程序運(yùn)行的同時(shí)系統(tǒng)隨時(shí)判斷是否有SET鍵觸動(dòng)，當(dāng)有SET鍵觸動(dòng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)初始參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置后，繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行判斷是否有SET鍵觸動(dòng)，否則繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行判斷是否有SET鍵觸動(dòng)。
[0019]所述的初始參數(shù)設(shè)置流程是在有SET鍵觸動(dòng)時(shí)進(jìn)行如下步驟:
[0020](I)攝像頭掃描手機(jī)所顯示的W1-Fi的SSID和密碼二維碼圖片；
[0021](2)解析并配置W1-Fi的SSID和密碼，實(shí)現(xiàn)坐姿監(jiān)測(cè)儀與無(wú)線(xiàn)路由器以及手機(jī)的連接；
[0022](3)綁定用戶(hù)手機(jī)號(hào)碼；
[0023](4)設(shè)置坐姿監(jiān)測(cè)儀名稱(chēng)。
[0024]所述的工作參數(shù)設(shè)置流程包括:
[0025](I)坐姿監(jiān)測(cè)儀與手機(jī)進(jìn)行通信；
[0026](2)判斷是否有手機(jī)APP的設(shè)置參數(shù)信息，有進(jìn)入下一步驟，否則返回上一步驟；
[0027](3)接收手機(jī)APP的設(shè)置參數(shù)信息，并將參數(shù)信息寫(xiě)入flash ；
[0028](4)固件是否升級(jí)，是進(jìn)入下一步驟，否則進(jìn)入步驟⑴；
[0029](5)從遠(yuǎn)程服務(wù)器下載最新固件，寫(xiě)入flash ;
[0030](6)重新啟動(dòng)系統(tǒng)，安裝下載的新固件后，返回步驟(I)。
[0031]步驟(3)所述的參數(shù)信息包括眼睛與桌面的允許垂直距離、頭部允許偏離垂直中線(xiàn)的角度。
[0032]所述的圖像處理和坐姿監(jiān)測(cè)儀狀態(tài)控制流程，包括:
[0033](I)第一攝像頭和第二攝像頭采集圖像:
[0034](2)進(jìn)行雙目立體匹配，根據(jù)第一攝像頭和第二攝像頭標(biāo)定參數(shù)和設(shè)定參數(shù)再結(jié)合匹配結(jié)果重建現(xiàn)場(chǎng)空間點(diǎn)云；根據(jù)設(shè)定的坐姿監(jiān)測(cè)儀與人之間的距離和設(shè)定的人體空間大小約束，分割出人體部位點(diǎn)云，判斷所采集的圖像是否在檢測(cè)范圍內(nèi)，是進(jìn)入步驟(3)，否則進(jìn)入步驟(6);
[0035](3)將無(wú)人計(jì)數(shù)器清零，然后判斷坐姿監(jiān)測(cè)儀前原先是否處于有人的狀態(tài)，是進(jìn)入步驟(5)，否則進(jìn)入步驟(4);
[0036](4)將坐姿監(jiān)測(cè)儀前設(shè)置為有人的狀態(tài)，啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)計(jì)時(shí)器后進(jìn)入下一步驟；
[0037](5)執(zhí)行姿態(tài)檢測(cè)流程后再延時(shí)設(shè)定的時(shí)間后返回步驟(I);
[0038](6)判斷坐姿監(jiān)測(cè)儀前原先是否處于有人的狀態(tài)，是將無(wú)人計(jì)數(shù)器加1，進(jìn)入步驟(7)，否則延時(shí)設(shè)定的時(shí)間后返回步驟(I);
[0039](7)判斷無(wú)人計(jì)數(shù)器的值是否大于設(shè)定值，是進(jìn)入步驟⑶，否則延時(shí)設(shè)定的時(shí)間后返回步驟(I);
[0040](8)將坐姿監(jiān)測(cè)儀前設(shè)置為無(wú)人的狀態(tài)，暫停時(shí)長(zhǎng)計(jì)時(shí)器，延時(shí)設(shè)定的時(shí)間后返回步驟⑴。
[0041]步驟(5)所述的姿態(tài)檢測(cè)流程包括:
[0042](51)將分割出的人體部位點(diǎn)云投影到所采集的圖像中，確定出人在所述的圖像中的區(qū)域，并在所述的區(qū)域中進(jìn)行人臉和眼睛的檢測(cè)，得出頭部偏離垂直中線(xiàn)的角度；
[0043](52)通過(guò)眼睛附近的點(diǎn)云，根據(jù)已標(biāo)定攝像頭的外參數(shù)，計(jì)算出眼睛到攝像頭的垂直距離，加上系統(tǒng)設(shè)定的攝像頭到坐姿監(jiān)測(cè)儀底面的距離，計(jì)算出眼睛到桌面的垂直距離；
[0044](53)判斷步驟(51)得到的角度是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，是則將角度錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器清零后進(jìn)入步驟(55)，否則將角度錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加I后進(jìn)入步驟(54);
[0045](54)判斷角度錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)是否大于設(shè)定值，是則通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警角度錯(cuò)誤后進(jìn)入步驟(55)，否則直接進(jìn)入步驟(55);
[0046](55)判斷步驟(52)得到的距離值是在設(shè)定的范圍內(nèi)，是則將距離錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器清零后進(jìn)入步驟(57)，否則將距離錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加I后進(jìn)入步驟(56);
[0047](56)判斷距離錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)是否大于設(shè)定值，是由通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警距離錯(cuò)誤后進(jìn)入步驟(57)，否則直接進(jìn)入步驟(57);
[0048](57)判斷距離錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器和角度錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)是否均為零，是則延長(zhǎng)設(shè)定的時(shí)間后返回圖像處理和坐姿監(jiān)測(cè)儀狀態(tài)控制流程繼續(xù)，否則，直接返回圖像處理和坐姿監(jiān)測(cè)儀狀態(tài)控制流程繼續(xù)。
[0049]本發(fā)明的一種坐姿監(jiān)測(cè)儀及控制方法，通過(guò)雙目立體匹配和人臉識(shí)別等技術(shù)，自動(dòng)檢測(cè)