基于Kinect体感交互技术坐姿检测方法.doc

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基于Kinect体感交互技术坐姿检测方法

基于Kinect体感交互技术坐姿检测方法   摘 要:本研究提出了一种基于Kinect的坐姿检测方法。该方法使用Kinect体感传感器,实时监测使用者的身体动作,将捕捉到的关节位置信息输入计算机,计算机对关节位置信息进行处理,应用坐姿识别算法,判断使用者坐姿,并对不正确的坐姿进行警告 关键词:体感交互;坐姿检测;方法 1 背景 现代社会中,随着计算机技术的迅速发展,越来越多的人群在工作生活中长时间处于坐姿。现代人33%以上的时间都坐着生活、学习和工作。长时间的不正确坐姿会导致许多疾病,比如近?、颈椎病、颈椎畸形、腰疼等。如在保持坐姿中脊椎弯曲,会对腰部造成较大负荷[1]。对于儿童,坐姿不正确会导致左右眼屈光度数不一致,并且左右眼度数增长情况也不一致[2]。对于青少年,不良坐姿加重颈部肌肉和韧带的负担,长期下去是引发颈椎病的重要原因,而采用标准坐姿能够减少颈椎部的负荷[3]。据调查统计[4],某城市6.89%中小学生患有颈椎病,中学生比例已经达到9.07%,其重要原因之一就是坐姿不当。由此可见,保持正确的坐姿对于维持健康的身体状态有着重要的作用 对人体行为进行识别是判定坐姿的关键。目前,国内外行为识别的方式主要有两种:基于传感器的行为识别和基于机器视觉的行为识别,还有两者混合的方法存在[5]。在坐姿检测方面,Alejandro James等人2005年提出通过头部中心轴、左右肩和水平的角度来判断人体坐姿[6]。LanMu等人2010年提出根据人脸大小和位置进行判断的方法[7]。武松林、崔荣一等人在2010年通过PCA算法对常见坐姿进行识别[8]。可以看出,目前对于坐姿检测的研究尚处于初期阶段,还需深入研究 2 原理与方法 Kinect传感器是由微软公司开发的、用于Xbox主机的设备。它让玩家不需要手持或踩踏控制器,而使用语音指令和手势来操作Xbox系统界面。它也能捕捉使用者全身的动作,让使用者用身体动作与系统进行交互 Kinect传感器有三个摄像头,分别是是RGB彩色摄影机、红外线发射器、CMOS摄影机。红外摄影机投射红外光谱,红外摄像头分析红外光谱,创建可视范围内的人体、物体深度图像,彩色摄像头用于拍摄视角范围内的彩色视频图像。红外线发射器和CMOS摄影机构成了3D结构光深度感应器。Kinect还搭配了追焦技术,底部马达会随着对焦物体的移动而转动。Kinect也内建阵列式麦克风,由多组麦克风同时收音,比对后消除杂音 Kinect使用红外摄影机和红外摄像头,通过发射近红外光,使用Light Coding技术给需要测量的空间编码,来获取深度图。获取深度图像后,分析深度图像,逐点扫描像素,区别出人体各个部位,通过特征值将人体部位分类,将人体从背景环境中分离出来。根据骨骼追踪的20个关节点,生成一幅骨架系统,评估出人体所处的位置 本研究在使用Kinect检测使用者坐姿时,将Kinect置于使用者的正前方,由KinectSDK提供的API函数获取使用者全身20个关节点的空间位置信息。在计算角度时,由于传感器正对使用者,可以将空间位置化简为与使用者和传感器连线相垂直的平面位置,设计算法使用横纵坐标检测使用者的姿势。其中,在平面中,设由Kinect传感器得到的两个关节点坐标分别为(X1,Y1)和(X2,Y2),则两个关节点之间的夹角为 (1) 本研究设计了四个算法,分别用于检测头部倾斜、肩部倾斜、身体前倾、脊椎前曲四种不正确的坐姿。在判断使用者是否头部倾斜时,通过API函数获取使用者头部关节点位置和肩膀左部关节点位置。通过公式(1)计算出两点之间夹角?兹1。设定阈值?兹0角度为65°,如果|?兹1| 1

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