基于Kinect的青少年坐姿监测技术的研究
发布时间：2020-08-15 10:20
【摘要】：现代生活使越来越多的人成为了“久坐族”,但长期的不良坐姿习惯会对人体健康造成极大的危害。尤其对于处在身体发育阶段的青少年群体,长时间的保持不良坐姿会造成视距过近、脊椎承受过量的压力,长此以往,就会导致罹患近视、颈椎病甚至脊椎畸形等疾病。所以通过坐姿监测进而帮助青少年们及时纠正错误坐姿甚至养成良好的坐姿习惯具有重大的意义。针对这一问题,本文对青少年坐姿监测相关技术进行了研究。相比起传统的穿戴式物理矫正器或基于加速度传感器、水平传感器的简易的电子矫正器,基于机器视觉技术对青少年的不规范坐姿进行识别的方法具有更加精确、灵活的优点。而且相比起传统的基于二维图像的视觉技术,三维图像具有不易受到光照、遮挡的影响,故本文选用Kinect深度传感器进行对青少年的坐姿监测、通过关节点信息的处理对坐姿进行识别。本文的主要研究工作如下:(1)设计并实现了一套基于Microsoft Kinect的坐姿监测系统,通过测算用户相关联关节点间连线的夹角对比用户在各标准坐姿下的角度,实现对用户坐姿的判断并给出错误的原因。通过实验验证了该系统对用户坐姿判断的准确性。(2)针对Kinect在观测条件不理想的情况下容易出现对用户关节点定位不准的情况,本文对Kinect关节点信息的修复方法进行了研究。根据人体结构以及运动连续性的原理对从Kinect获取的关节点信息进行可信度判断,并对其中的不可信信息进行修复,有效地提高了坐姿监测系统的准确度。(3)通过对人体姿态和动作识别方法的研究,实现了利用关节点角度测量的姿态识别功能以及基于隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)算法对用户坐姿行为过程中的常见动作(喝水动作、接听电话)的识别功能。通过姿态识别,系统可以自动根据用户所处于的坐姿行为状态切换坐姿判断的标准,这些功能大大提高了系统的实用性。(4)制定了一个积极有效的劝导策略以促使用户及时意识到坐姿问题,分别使用信息告知式劝导法以及潜移默化式劝导法帮助他们养成健康的坐姿习惯,从而起到避免不良坐姿对身体带来危害的作用,达到保护视力、促进身体正常生长发育的目的,并通过实验验证了坐姿劝导策略的有效性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.6;TP391.41
【图文】：
取得了 96.2%的识别准确率。陆中秋等[25]通过对单个动作的关节点信息和深度信息中的四方形骨骼深度运动图特征进行提取，利用 SVM 进行特征的识别和分类-Action3D 和 DHA 数据库上具有较强的鲁棒性。与国内学者相比，国外的研究着更倾向于对 Kinect 在人机交互方面的开发。Raptis 等[26]在 Kinect 一代面世后不久就发布了一套基于 Kinec模型和音乐节拍识别的舞姿识别系统，线下分类识别的准确率达到了 nezaki N 等[27]利用 Kinect 获取到的人体目标关节点信息和深度信息实对患者跑步、体操等康复训练过程的监测系统。美国弗吉尼亚州林奇大学斥资 5000 万美元与微软公司合作商 InfoStrat 公司合作研发了1 英尺的多媒体交互墙，并安装在大学图书馆的入口处。如图 1-1 所示上展示了该校师生在社交网络上分享的照片，并通过数台 Kinect 设备别参观者的手势和肢体动作实现对墙上展示内容的控制，例如调整图放大缩小图片等操作。
结合 RGB 摄像头采集的图像信息，实现实时的人体骨骼关节点的识别与定3]。哪怕以现在的眼光去看，第一代 Kinect 也依然是一部充满“黑科技”的。由于其新颖的操作体验以及 149 美元这样一个诚意满满的价格，Kinect2010 年上市后的 60 天内，就狂销 800 万台，这样的数字简直令人咋舌，是斯记录认证过的世界上销售速度最快的消费者设备，并最终收获了 3000 多的销量，这个成绩连 IPhone 都无法企及。Kinect 是微软在 2010 年 6 月 14 日为这款给 XBOX360 配备的体感游戏外设发布的名字，Kinect 一词是由 kinetics 加上 connection 组合而成，表达了微这部设备的人体识别及追踪能力的肯定。如图 2-1 所示：可以看到 Kinect三个镜头，其中左侧的红外线发射装置以及右侧的红外线 CMOS 摄像头组 Kinect 最核心的深度感应器，可以 30fps 的速度生成视场内的深度图像；中一个可获取 30fps 的 480p 彩色图像的 RGB 彩色摄像头。红外发射装置彩色摄像头 红外摄像头
14图 2-2 Kinect v2 实物图与结构图 Kinect 提供的深度、彩色以及音频数据这三大数踪、身份识别以及语音识别这三大处理过程的示 的系统框架。究者对 Kinect 功能的探索，Kinect 的技术发展早体感游戏的设计初衷，对于 Kinect 技术的研究与虚拟现实以及人机交互等领域的热门研究方向，育、医疗保健以及视频监控等行业中。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.6;TP391.41
【图文】：
取得了 96.2%的识别准确率。陆中秋等[25]通过对单个动作的关节点信息和深度信息中的四方形骨骼深度运动图特征进行提取，利用 SVM 进行特征的识别和分类-Action3D 和 DHA 数据库上具有较强的鲁棒性。与国内学者相比，国外的研究着更倾向于对 Kinect 在人机交互方面的开发。Raptis 等[26]在 Kinect 一代面世后不久就发布了一套基于 Kinec模型和音乐节拍识别的舞姿识别系统，线下分类识别的准确率达到了 nezaki N 等[27]利用 Kinect 获取到的人体目标关节点信息和深度信息实对患者跑步、体操等康复训练过程的监测系统。美国弗吉尼亚州林奇大学斥资 5000 万美元与微软公司合作商 InfoStrat 公司合作研发了1 英尺的多媒体交互墙，并安装在大学图书馆的入口处。如图 1-1 所示上展示了该校师生在社交网络上分享的照片，并通过数台 Kinect 设备别参观者的手势和肢体动作实现对墙上展示内容的控制，例如调整图放大缩小图片等操作。
结合 RGB 摄像头采集的图像信息，实现实时的人体骨骼关节点的识别与定3]。哪怕以现在的眼光去看，第一代 Kinect 也依然是一部充满“黑科技”的。由于其新颖的操作体验以及 149 美元这样一个诚意满满的价格，Kinect2010 年上市后的 60 天内，就狂销 800 万台，这样的数字简直令人咋舌，是斯记录认证过的世界上销售速度最快的消费者设备，并最终收获了 3000 多的销量，这个成绩连 IPhone 都无法企及。Kinect 是微软在 2010 年 6 月 14 日为这款给 XBOX360 配备的体感游戏外设发布的名字，Kinect 一词是由 kinetics 加上 connection 组合而成，表达了微这部设备的人体识别及追踪能力的肯定。如图 2-1 所示：可以看到 Kinect三个镜头，其中左侧的红外线发射装置以及右侧的红外线 CMOS 摄像头组 Kinect 最核心的深度感应器，可以 30fps 的速度生成视场内的深度图像；中一个可获取 30fps 的 480p 彩色图像的 RGB 彩色摄像头。红外发射装置彩色摄像头 红外摄像头
14图 2-2 Kinect v2 实物图与结构图 Kinect 提供的深度、彩色以及音频数据这三大数踪、身份识别以及语音识别这三大处理过程的示 的系统框架。究者对 Kinect 功能的探索，Kinect 的技术发展早体感游戏的设计初衷，对于 Kinect 技术的研究与虚拟现实以及人机交互等领域的热门研究方向，育、医疗保健以及视频监控等行业中。
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本文编号：2793979
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