一種人體姿態的檢測方法及裝置的製作方法

2023-06-11 11:43:26

專利名稱：一種人體姿態的檢測方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據處理領域，尤其涉及一種人體姿態的檢測方法及裝置。
背景技術：
對人的行為和本身性質的監控和判定具有廣泛的應用，由於過於含糊，或者是因為難以捕捉，聳肩、眨眼、搖頭這些行為的跟蹤本身是個困難的課題，現有技術是通過電腦前的攝像頭採集被測者的圖像，對輸入被測者的人體圖像進行人臉檢測，進而判斷被測者的姿勢狀態。現在的人臉檢測技術，對正面人臉的檢測可以達到實用的程度，典型的如通過 Adaboost算法實現對人臉的檢測。現有技術通過電腦前的攝像頭採集人臉圖像，對採集的人臉圖像進行檢測得到人臉的相關位置參數，例如對瞳孔進行定位得到瞳孔的中心點所在位置，將檢測得到的人臉位置參數與標準的人臉位置參數進行對比，確定人在電腦前的姿勢狀態，通過電腦發送短消息的形式給出健康信息提示，如確定被測者姿勢狀態為頭部前傾或人臉距離屏幕太近等，進而確定對應的調整指示信息如「頭部向後仰」或「遠離屏幕」 等，以上的方案都是基於人臉檢測，判斷被測者的姿勢狀態。因此現有技術中由於都是基於檢測得到的人臉位置參數，確定被測者的姿勢狀態，存在被測者的有些姿勢狀態無法確定的問題。

發明內容
為了解決現有技術中由於基於檢測得到的人臉位置參數，確定被測者的姿勢狀態，存在被測者的有些姿勢狀態無法確定，因此處理能力較弱的問題，本發明提供了一種人體姿態的檢測方法及裝置。本發明實施例提供的一種人體姿態的檢測方法，包括對輸入被測者的人體圖像進行雙肩檢測，通過邊緣提取算法對所述人體圖像進行處理後獲得雙肩的邊緣線，對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到雙肩的位置參數；根據得到的雙肩位置參數，確定被測者的姿勢狀態。本發明實施例還提供了一種人體姿態的檢測裝置，包括參數檢測單元，用於對輸入被測者的人體圖像進行雙肩檢測，通過邊緣提取算法對所述人體圖像進行處理後獲得雙肩的邊緣線，對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到雙肩的位置參數；確定單元，用於根據得到的雙肩位置參數，確定被測者的姿勢狀態。本發明實施例提供了一種新的人體姿態的檢測方案，對輸入圖像進行雙肩檢測和人臉瞳孔定位結合進而確定被測者的姿勢狀態。


圖1為本發明第一實施例的方法流程圖；圖2為本發明第一實施例的人臉向垂直方向上作投影示意圖3為本發明第一實施例的被測者雙肩以及擬合的拋物線示意圖；圖4為本發明第二實施例的裝置的結構圖。
具體實施例方式現結合說明書附圖對本發明實施例的技術方案進行詳細說明，分為兩個部分人臉檢測和姿態估計，以及雙肩檢測和姿態估計。正確的坐姿態包括兩個部分，一個是頭部姿態，另一個是雙肩姿態。第一部分是人臉檢測和姿態估計，第二部分是雙肩檢測和姿態估計。基本框架如圖1包括如下步驟步驟101，通過瞳孔11定位檢測檢測人臉與攝像頭的距離，確定被測者的姿勢狀態。由於人臉檢測技術的日益成熟，適應多角度變化的AdaBoost檢測器可以正確檢測出一定光照環境下，左右偏移60度的人臉圖像，通過定位出人臉和瞳孔11，並根據檢測得到的瞳孔距離和標準情況下的瞳孔距離的比較，可以得到被測者與攝像頭的距離。先限定攝像時的圖像格式和大小，譬如設定圖像大小為640x 480像素，標準情況下被測者在距離攝像頭60cm遠時，所攝入的圖像中人臉中瞳孔水平距離為L ；這樣，如果在攝像頭前，攝入圖像中一個人的兩眼瞳孔水平距離為L』，則人離電腦屏幕距離為χ = 60*L，/L cm ；人臉頭部姿態估計。對應於人眼定位，通過AdaBoost檢測算法對眼睛進行檢測， 定位眼睛(矩形區域)中心也就是瞳孔11。步驟102，檢測兩個瞳孔連線與水平線的角度，確定被測者的姿勢狀態。由於人臉檢測算法已經可以正確檢測左右偏60度方位的人臉，定位出瞳孔11後， 確定兩個瞳孔的連線是否和電腦屏幕的水平線基本平行，如果基本平行則說明人臉已經對正攝像頭，被測者人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整，若不是基本平行，則表明被測者的人臉沒有正對，需要調整。在確定兩個瞳孔連線是否在水平線上時，可以在定位出人臉和瞳孔11位置後，先計算兩個瞳孔所在的直線和水平線的銳角夾角θ ,若θ小於閾值10度，則說明基本平行， 否則不是基本平行。步驟103，檢測人臉瞳孔11、鼻孔12、嘴巴之間的比例關係，確定被測者的姿勢狀態。確定被測者人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整後，還需要進一步檢測人臉是前傾還是後仰，並給出角度。下面討論判定前傾和後仰程度的方法。採集後仰、前傾、標準正面三種情況下的人臉圖像，同時確定兩個瞳孔連線，兩個鼻孔連線和嘴所在的矩形中心。得出人臉圖像中瞳孔11所在直線和鼻孔12所在直線之間的距離Μ，兩個鼻孔所在直線和嘴所在矩形的中心點的距離N，根據大量的統計可以確定標準正面情況下Μ/Ν的比例關係大約是1 1，這樣，可以根據統計得到標準正面情況下Μ/Ν 的比例關係標準，或者針對具體被測者，在確定其標準正面對著攝像頭的情況下得到的Μ/Ν 的比例，以此作為該被測者標準正面情況下Μ/Ν的比例關係標準。Μ/Ν的比例關係標準是一個範圍值，作為優選的方案本實施例中的M/N的比值在0. 9-1. 1之間。將檢測得到的M/N 與M/N的比例關係標準進行比較，若檢測得到的M/N在預定的M/N的比例關係標準範圍內， 則確定人臉不需要進行前傾或後仰的調節，否則，確定人臉需要進行前傾或後仰的調節。本實施例確定M和N的方法如下，在對瞳孔11定位之後，確定鼻孔12和嘴所在矩形的中心13，因為瞳孔11的位置確定，將兩個瞳孔所在直線的下方區域的人臉向垂直方向上作投影，即把水平方向的各平行線上的像素求和，然後作平均，將得到的平均值畫成bin 圖，如圖2所示，將人臉做垂直方向上的投影，鼻子和嘴，會有2個局部極小值出現，由於瞳孔11的位置已知，因此可以定位鼻孔12和嘴所在矩形的中心13的位置，即得到的平均值最小的2條平行線，將這2條平行線作為兩個鼻孔所在直線和嘴所在矩形的中心點所在直線，由此得到M和N。此外亦可以考慮採集大量的嘴和鼻子的圖像，用類似於人臉檢測，眼睛檢測的Adaboost算法，得到嘴和鼻子的檢測器，以此確定鼻孔13和嘴所在矩形的中心13 所在的位置。步驟104，檢測雙肩的位置參數，確定被測者的姿勢狀態。通過前面的描述可知可以通過人臉檢測器對輸入圖像進行人臉檢測，得到人臉的位置參數。同樣可以對輸入圖像進行雙肩檢測，得到雙肩的位置參數，本步驟可獨立於之前的步驟單獨實施，當然本步驟也可以先於步驟101實施。雙肩的位置在一個人臉下，約在人臉大小3x1. 5 (寬X高)倍的矩形範圍內，首先通過邊緣提取算法對圖像進行處理後獲得雙肩的邊緣線21，例如通過帶權的Hough變換對圖像處理後獲得雙肩的邊緣線，之後對得到的雙肩的邊緣線用2次拋物線進行擬合。以兩個瞳孔的連線中心為坐標原點，確定2D坐標系，拋物線22可描述為f (χ) = ax2+bx+c, χ為橫坐標值，係數a，b，c，被測者雙肩圖像以及擬合的拋物線如圖3所示，本實施例中採用a，b，c作為檢測得到的雙肩的位置參數。對合乎規範的雙肩和不合健康習慣的雙肩圖像，分別進行採集，通過拋物線擬合，得到不同的係數參數，這不同的參數組，確定了正確的雙肩姿勢和不合乎健康的姿勢，將參數組作為向量，得到兩組數據。具體實施時，基於得到的係數a，b，c用Fisher判別準則訓練得到判定函數0(a，b，c)，以，b'，c')值作為雙肩姿勢的判定標準值，其中a'，b'，c' 是正確的合乎健康的參數，這樣對不同條件下的人的雙肩，根據Φ (a'，b'，c')值可以做出姿勢的判定，例如Φ (a，b，c)值若小於Φ (a'，b' ,c')值，則確定雙肩的姿勢需要調整，否則，確定雙肩的姿勢不需要調整。具體實施時可對有代表性的一些合乎健康習慣的雙肩圖像進行雙肩檢測，得到(al、bl、cl)，(a2,b2,c2)··· (am.bm.cm)構成正樣本，對不合乎健康的雙肩邊緣提取，獲得的係數(al，、bl，、cl，)，(a2，、b2，、c2，)··· (an\bn\cn') 構成負樣本。為了更精確地表示雙肩姿態，亦可用3次以上的曲線，擬合雙肩邊緣，其方法與上類似。本發明第二實施例提供了一種人體姿態的檢測裝置，如圖4所示，該裝置包括參數檢測單元201，用於對輸入被測者的人體圖像進行雙肩檢測，通過邊緣提取算法對所述人體圖像進行處理後獲得雙肩的邊緣線，對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到雙肩的位置參數；確定單元202，用於根據得到的雙肩位置參數，確定被測者的姿勢狀態。進一步，參數檢測單元201，還用於根據對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到拋物線f (X)，其中f(x) = ax2+bx+c，x為橫坐標值，a，b，c為係數，採用a，b，c作為雙肩的位
置參數；確定單元202，還用於將得到的雙肩位置參數a，b，c對應的判定函數Φ (a, b，c) 值，與預定義的雙肩位置參數a'，b'，c'對應的判定函數Φ (a'，b'，c')值進行比較， 確定被測者的姿勢狀態。進一步，參數檢測單元201，還用於對輸入被測者的人體圖像進行人臉檢測，得到人臉的位置參數；確定單元202，根據得到的人臉的位置參數確定被測者的姿勢狀態以及對應的調整指示信息。進一步，參數檢測單元201，還用於將檢測得到的人臉兩個瞳孔的距離和標準情況下的人臉兩個瞳孔的距離進行比較，得到人臉與圖像獲取裝置的距離，檢測人臉的兩個瞳孔所在直線和水平線的銳角夾角；確定單元202，還用於若人臉與圖像獲取裝置的距離在預定的範圍內，則確定人臉與圖像獲取裝置之間的距離不需要調整，否則，確定人臉與圖像獲取裝置之間的距離需要調整，若銳角夾角小於閾值，則確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整，否則，確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上需要調整。進一步，參數檢測單元201，還用於當確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整後，檢測人臉的兩個瞳孔所在直線和人臉的兩個鼻孔所在直線之間的距離M，檢測人臉的兩個鼻孔所在直線和嘴所在矩形的中心點的距離N ；確定單元202，還用於若M/N的比值在預定的範圍內，則被測者的姿勢狀態為標準正面，確定調整指示信息為人臉不需要進行前傾或後仰的調節，否則，確定被測者的姿勢狀態前傾或後仰，調整指示信息為人臉需要進行前傾或後仰的調節。進一步，參數檢測單元201，還用於對人臉的兩個瞳孔所在直線的下方區域的各條水平方向的平行線中每一條平行線上的像素分別求和後取平均值，確定其中平均值最小和次小的兩條平行線，將上方的一條作為兩個鼻孔所在直線，將下方的一條作為嘴所在矩形的中心點所在直線。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種人體姿態的檢測方法，其特徵在於，包括對輸入被測者的人體圖像進行雙肩檢測，通過邊緣提取算法對所述人體圖像進行處理後獲得雙肩的邊緣線，對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到雙肩的位置參數； 根據得到的雙肩位置參數，確定被測者的姿勢狀態。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，得到雙肩的位置參數具體為根據對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到拋物線f (χ)，其中f (χ) = ax2+bx+c,x為橫坐標值，a, b，c為係數，採用a，b，c作為雙肩的位置參數； 根據得到的雙肩位置參數，確定被測者的姿勢狀態具體為將得到的雙肩位置參數a，b，c對應的判定函數Φ (a, b，c)值，與預定義的雙肩位置參數a'，b' ,c'對應的判定函數，b' ,c')值進行比較，確定被測者的姿勢狀態。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括對輸入被測者的人體圖像進行人臉檢測，得到人臉的位置參數； 根據得到的人臉的位置參數確定被測者的姿勢狀態以及對應的調整指示信息。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，對輸入被測者的人體圖像進行人臉檢測，得到人臉的位置參數具體為將檢測得到的人臉中的兩個瞳孔的距離和標準情況下的人臉中的兩個瞳孔的距離進行比較，得到人臉與圖像獲取裝置的距離；檢測人臉的兩個瞳孔所在直線和水平線的銳角夾角；根據得到的人臉的位置參數確定被測者的姿勢狀態以及對應的調整指示信息具體為若人臉與圖像獲取裝置的距離在預定的範圍內，則確定人臉與圖像獲取裝置之間的距離不需要調整，否則，確定人臉與圖像獲取裝置之間的距離需要調整；若銳角夾角小於閾值，則確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整，否則，確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上需要調整。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，對輸入被測者的人體圖像進行人臉檢測，得到人臉的位置參數具體為當確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整後，檢測人臉的兩個瞳孔所在直線和人臉的兩個鼻孔所在直線之間的距離M，檢測人臉的兩個鼻孔所在直線和嘴所在矩形的中心點的距離N ；根據得到的人臉的位置參數確定被測者的姿勢狀態以及對應的調整反饋信息具體為若M/N的比值在預定的範圍內，則被測者的姿勢狀態為標準正面，確定調整指示信息為人臉不需要進行前傾或後仰的調節，否則，確定被測者的姿勢狀態前傾或後仰，調整指示信息為人臉需要進行前傾或後仰的調節。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括對人臉的兩個瞳孔所在直線的下方區域的各條水平方向的平行線中每一條平行線上的像素分別求和後取平均值，確定其中平均值最小和次小的兩條平行線，將上方的一條作為兩個鼻孔所在直線，將下方的一條作為嘴所在矩形的中心點所在直線。
7.一種人體姿態的檢測裝置，其特徵在於，包括參數檢測單元，用於對輸入被測者的人體圖像進行雙肩檢測，通過邊緣提取算法對所述人體圖像進行處理後獲得雙肩的邊緣線，對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到雙肩的位置參數；確定單元，用於根據得到的雙肩位置參數，確定被測者的姿勢狀態。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，參數檢測單元，還用於根據對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到拋物線f (χ)，其中 f(x) = ax2+bx+c, χ為橫坐標值，a, b，c為係數，採用a，b，c作為雙肩的位置參數；確定單元，還用於將得到的雙肩位置參數a，b，c對應的判定函數Φ (a, b，c)值，與預定義的雙肩位置參數a'，b' ,c'對應的判定函數Φ (a'，b' ,c')值進行比較，確定被測者的姿勢狀態。
9.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，參數檢測單元，還用於對輸入被測者的人體圖像進行人臉檢測，得到人臉的位置參數；確定單元，根據得到的人臉的位置參數確定被測者的姿勢狀態以及對應的調整指示信息。
10.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，參數檢測單元，還用於將檢測得到的人臉兩個瞳孔的距離和標準情況下的人臉兩個瞳孔的距離進行比較，得到人臉與圖像獲取裝置的距離，檢測人臉的兩個瞳孔所在直線和水平線的銳角夾角；確定單元，還用於若人臉與圖像獲取裝置的距離在預定的範圍內，則確定人臉與圖像獲取裝置之間的距離不需要調整，否則，確定人臉與圖像獲取裝置之間的距離需要調整，若銳角夾角小於閾值，則確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整，否則，確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上需要調整。
11.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，參數檢測單元，還用於當確定人臉的兩個瞳孔在水平方向上不需要調整後，檢測人臉的兩個瞳孔所在直線和人臉的兩個鼻孔所在直線之間的距離M，檢測人臉的兩個鼻孔所在直線和嘴所在矩形的中心點的距離N ；確定單元，還用於若M/N的比值在預定的範圍內，則被測者的姿勢狀態為標準正面，確定調整指示信息為人臉不需要進行前傾或後仰的調節，否則，確定被測者的姿勢狀態前傾或後仰，調整指示信息為人臉需要進行前傾或後仰的調節。
12.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，參數檢測單元，還用於對人臉的兩個瞳孔所在直線的下方區域的各條水平方向的平行線中每一條平行線上的像素分別求和後取平均值，確定其中平均值最小和次小的兩條平行線，將上方的一條作為兩個鼻孔所在直線，將下方的一條作為嘴所在矩形的中心點所在直線。
全文摘要
本發明涉及數據處理領域，尤其涉及一種人體姿態的檢測方法及裝置，解決了現有技術中只是基於檢測得到的人臉位置參數，確定被測者的姿勢狀態，存在被測者的有些姿勢狀態無法確定，因此處理能力較弱的問題，該方法包括對輸入被測者的人體圖像進行雙肩檢測，通過邊緣提取算法對所述人體圖像進行處理後獲得雙肩的邊緣線，對雙肩的邊緣線進行拋物線擬合，得到雙肩的位置參數；根據得到的雙肩位置參數，確定被測者的姿勢狀態，通過本發明的技術方案可以實現基於雙肩檢測進而確定被測者的姿勢狀態，因此處理能力得到加強。
文檔編號G06K9/00GK102298692SQ201010217970
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者崔國勤, 邱嵩 申請人:北京中星微電子有限公司