基于雙攝像頭的坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。特別是涉及一種利用雙目立體匹配、三維重建及人臉識(shí)別等技術(shù)對(duì)人體坐姿是否端正給出自動(dòng)判別的基于雙攝像頭的坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)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%?！皩懽肿藙?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)，寫字姿勢(shì)不正確，也會(huì)導(dǎo)致脊柱彎曲等問題。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》(參見下表)，在調(diào)查的近萬學(xué)生中，寫字姿勢(shì)問題人數(shù)比例達(dá)77.6%。
[0003]目前上市場(chǎng)上有關(guān)人體坐姿檢測(cè)通常是利用超聲波傳感器，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的角度，以及傳感器易被遮擋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠彌補(bǔ)常規(guī)超聲波測(cè)距技術(shù)的缺陷，抗干擾能力強(qiáng)，判別正確率高的基于雙攝像頭的坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于雙攝像頭的坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，是對(duì)設(shè)置在桌面上的由兩個(gè)同款攝像頭構(gòu)成的雙目攝像頭所采集的圖像進(jìn)行處理，具體包括如下步驟:
[0006]I)進(jìn)行攝像頭內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定；
[0007]2)通過雙目攝像頭采集人體坐姿立體圖像；
[0008]3)對(duì)采集的立體圖像對(duì)進(jìn)行立體匹配，根據(jù)已標(biāo)定的攝像頭內(nèi)外參數(shù)和匹配結(jié)果重建現(xiàn)場(chǎng)空間點(diǎn)云，并根據(jù)設(shè)定參數(shù)，對(duì)重建的現(xiàn)場(chǎng)三維點(diǎn)云，保留設(shè)定范圍的點(diǎn)云作為潛在的人體部分點(diǎn)云；
[0009]4)將步驟3)分割出的人體部位點(diǎn)云投影到步驟2)所采集的圖像中，確定出人在圖像中的區(qū)域，并在所述的區(qū)域中進(jìn)行基于圖像的人臉和人眼檢測(cè)；
[0010]5)判斷是否檢測(cè)到人臉，沒有則返回步驟2)，有則進(jìn)入步驟6);
[0011]6)判斷圖像旋轉(zhuǎn)角度是否大于設(shè)定閾值，如果圖像旋轉(zhuǎn)角度大于設(shè)定閾值，則人頭部不端正，判定為姿態(tài)錯(cuò)誤，返回步驟2)，否則進(jìn)入步驟7);
[0012]7)判斷是否檢測(cè)到人眼，檢測(cè)到則進(jìn)入步驟8)，否則設(shè)定檢測(cè)到的人臉區(qū)域中心點(diǎn)為人眼位置，進(jìn)入步驟8);
[0013]8)調(diào)入已標(biāo)定的攝像頭坐標(biāo)系相對(duì)于垂直面的旋轉(zhuǎn)變換R2，通過人眼附近的三維點(diǎn)云，計(jì)算出人眼到攝像頭的垂直距離；
[0014]9)將設(shè)定的雙目攝像頭到桌面的距離與人眼到攝像頭的距離相加，得出人眼到桌面的垂直距離；
[0015]10)判斷步驟9)計(jì)算出的人眼到桌面的垂直距離是否大于設(shè)定的人眼到桌面的垂直距離閾值，是則判定姿態(tài)正確，返回步驟2)，否則判定人眼到桌面距離太近，姿態(tài)錯(cuò)誤則輸出錯(cuò)誤結(jié)果，返回步驟2)。
[0016]所述的兩個(gè)攝像頭通過支架水平固定在桌面上，兩個(gè)攝像頭之間間隔為8.5?
11.5cm，調(diào)節(jié)攝像頭的仰角為能夠?qū)⑷梭w坐姿位于圖像中部的角度。
[0017]步驟I)所述的攝像頭標(biāo)定，包括:
[0018](I)在攝像頭前方0.5m?2m處設(shè)置棋盤格標(biāo)定板；
[0019](2)利用雙目攝像頭同步拍攝若干組棋盤格標(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)即第二個(gè)攝像頭相對(duì)第一個(gè)攝像頭的平移Tl和旋轉(zhuǎn)變換R1，設(shè)定第一個(gè)攝像頭的外參數(shù)是單位陣I和〔0，0，0〕τ，則第二個(gè)攝像頭的外參數(shù)是Rl和Tl ;
[0020](3)利用第一攝像頭拍攝垂直擺放的棋盤格標(biāo)定板，基于已標(biāo)定內(nèi)參數(shù)Kl和Κ2通過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 ;
[0021](4)將所有標(biāo)定出的參數(shù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)文件中。
[0022]步驟3)所述的設(shè)定參數(shù)，包括:設(shè)定人與攝像頭之間的距離范圍為0.5?1.5m ;人體部分點(diǎn)云范圍，即長(zhǎng)寬高均為0.7m的立方體范圍內(nèi)；攝像頭位置到桌面的距離。
[0023]步驟4)中進(jìn)行基于圖像的人臉和人眼檢測(cè)時(shí)，為了檢測(cè)人頭部歪斜狀態(tài)，在圖像檢測(cè)不到人臉時(shí)，將圖像間隔5?10度左右旋轉(zhuǎn)，直至檢測(cè)到人臉，或者將圖像間隔左右旋轉(zhuǎn)角度大于90度為止。
[0024]步驟4)所述的人臉和人眼檢測(cè)，是通過調(diào)用訓(xùn)練好的瀑布級(jí)聯(lián)分類器cascade來進(jìn)行模式匹配完成。
[0025]步驟8)所述的計(jì)算出人眼到攝像頭的垂直距離，是由于重建點(diǎn)云建立在攝像頭坐標(biāo)系下，利用攝像頭與垂直面的旋轉(zhuǎn)變換將點(diǎn)云變換到垂直狀態(tài)，點(diǎn)云沿垂直方向的坐標(biāo)即為人眼到攝像頭的距離。
[0026]本發(fā)明的基于雙攝像頭的坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，通過基于雙目立體視覺、三維重建、人臉及眼睛檢測(cè)算法結(jié)合，綜合利用二維圖像和三維空間點(diǎn)云的信息，以及圖像旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)ψ酥谐Ｒ姷耐崮X袋、眼睛離書本(桌面)太近等錯(cuò)誤姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，自動(dòng)檢測(cè)人體的坐姿，對(duì)坐姿的正確與否給出判斷。算法魯棒、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，判別正確率高。在初始標(biāo)定后，檢測(cè)過程全自動(dòng)完成，無需任何人工交互。而且可以通過參數(shù)閾值調(diào)節(jié)，滿足兒童和成人等不同身高人的使用。
【附圖說明】
[0027]圖1攝像頭的安裝及拍攝標(biāo)定板示意；
[0028]其中:1:支架2:攝像頭3:棋盤格標(biāo)定板
[0029]圖2是坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)的基本流程。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的基于雙攝像頭的坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)方法做出詳細(xì)說明。
[0031]如圖2所示，本發(fā)明的基于雙攝像頭的坐姿實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，是對(duì)設(shè)置在桌面上的由兩個(gè)同款攝像頭構(gòu)成的雙目攝像頭所采集的圖像進(jìn)行處理，所述的兩個(gè)攝像頭通過支架水平固定在桌面上，兩個(gè)攝像頭之間間隔為8.5?11.5cm，調(diào)節(jié)攝像頭的仰角為能夠?qū)⑷梭w坐姿位于圖像中部的角度，即使圖像中人體部分盡可能居中。所述的處理包括如下步驟:
[0032]I)進(jìn)行攝像頭內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定；
[0033]所述的攝像頭標(biāo)定，始圖1所示，包括:
[0034](I)在攝像頭前方0.5m?2m處設(shè)置棋盤格標(biāo)定板；
[0035](2)利用雙目攝像頭同步拍攝若干組棋盤格標(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)即第二個(gè)攝像頭相對(duì)第一個(gè)攝像頭的平移Tl和旋轉(zhuǎn)變換R1，設(shè)定第一個(gè)攝像頭的外參數(shù)是單位矩陣I和〔0，0，0〕τ，則第二個(gè)攝像頭的外參數(shù)是Rl和Tl ;
[0036](3)利用第一攝像頭拍攝垂直擺放的棋盤格標(biāo)定板，基于已標(biāo)定內(nèi)參數(shù)Kl和Κ2通過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 ;
[0037](4)將所有標(biāo)定出的參數(shù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)文件中。
[0038]然后如圖2所示:
[0039]2)通過雙目攝像頭采集人體坐姿立體圖像；
[0040]將固定好的攝像頭擺放于桌面的合適位置，距離人約0.5m第一右，且端坐的人在攝像頭中成像盡可能位于圖像中間。
[0041]3)對(duì)采集的立體圖像對(duì)進(jìn)行立體匹配，根據(jù)已標(biāo)定的攝像頭內(nèi)外參數(shù)和匹配結(jié)果重建現(xiàn)場(chǎng)空間點(diǎn)云，并根據(jù)設(shè)定參數(shù)，對(duì)重建的現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云進(jìn)行處理，保留設(shè)定范圍的點(diǎn)云作為潛在的人體部分點(diǎn)云；所述的設(shè)定參數(shù)，包括:設(shè)定人與攝像頭之間的距離范圍為0.5?1.5m ;人體部分點(diǎn)云范圍，即長(zhǎng)寬高均為0.7m的立方體范圍內(nèi)；攝像頭位置到桌面的距離。
[0042]雙攝像頭實(shí)時(shí)同步采集坐姿圖像，假設(shè)第一、第二攝像頭分別拍攝圖像為I