[发明专利]一种基于Kinect传感器的人体姿势矫正装置

说明书

技术领域

本发明涉及运动保健器械领域，尤其是一种利用Kinect传感器检测人体关节信息对人体姿势进行判断从而矫正身体姿势的装置。 

背景技术

一直以来，青少年健康成长问题都是人类生活中的重要课题，青少年长时间的不良坐姿、睡姿或运动习惯都会对青少年骨骼健康成长造成很大影响。 

近年来，三维人体扫描技术在医疗、运动器材的使用越来越普遍，但提取图像信息的方法仍存在问题，影响其潜在运用。与传统的3D扫描仪相比,Kinect设备能在视频速率下获得深度图像数据并且不用过分考虑光线和纹理环境，并且kinect设备在采集人体骨骼数据时不需要接触人体，对人体也没有激光、辐射等损害，采集骨骼数据更加准确快速，且能提供相应的反馈信息。而人体形态姿势是人体某一部分和其他部分之间的一种静态关系，即关节点之间的相对位置就能确定一个姿势，因此可以通过关节点位置的重叠交叉或关节点之间的角度进行姿势判定和识别。可通过对人体进行扫描，获取人体深度数据及人体的重要骨骼关节点的坐标信息，然后判断关节点的相对位置是否处于合理状态，并为坐卧或运动时的人体形态提供正确的人体关节模型。 

在目前市场中，为了预防和矫正青少年不良坐姿和睡姿，已出现各种功能的姿势矫正装置。例如：在专利号为201120471743.9、专利名称为坐姿矫正仪的专利中设计了一种矫正坐姿的仪器。该仪器由红外线收发器、控制器和报警 器组成，通过红外线收发器接收信号，再通过控制器分析处理信号后对报警器进行控制，用以对人体坐姿进行监控和报警。再如，在专利号为200820083314.2、专利名称为坐姿矫正器的专利中也设计了一种矫正坐姿的装置，该装置是将支架通过连接装置安装在椅子上，在支架两侧设有钩爪，两个钩爪之间设有联动装置，使两个钩爪可以同时开合。另外，在专利号为201210227711.3、专利名称为一种婴儿睡姿智能识别方法及装置的专利中，通过智能检测识别装置和报警装置可远程监护看管婴儿，并具有视频功能和预警功能。 

但是，以上所述的各种坐姿矫正装置或设备虽然都具备矫正功能和警示功能，可在实际使用过程中，但都无法对人体骨骼关节信息进行监控和判断，从而不能精确判断人体的姿势以及下一步动作，因此上述矫正装置普遍存在较大误差，无法满足使用要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种通过Kinect传感器获取人体深度数据及人体重要骨骼关节坐标信息从而判断人体姿势的基于Kinect传感器的人体姿势矫正装置。 

本发明所述矫正装置包括骨骼信息采集单元、控制单元和报警单元； 

所述骨骼信息采集单元包括Kinect传感器、景深数据获取模块和关节点信息处理模块；景深数据获取模块由红外线发射器、红外线摄影器和景深数据处理器组成，获取测量空间的图像景深数据；Kinect传感器将捕捉到的人体红外信号通过红外线发射器发送至红外线摄影器中，红外线摄影器输出端与景深数据处理器连接，景深数据处理器输出端与关节点信息处理模块连接，关节点信息 处理模块与控制单元连接；关节点信息处理模块从该景深数据处理器中提取各关节点信息，并将含有关节点坐标及关节点名称的关节点信息发送给该控制单元； 

所述控制单元包括姿势判断模块和警报信号发送模块；姿势判断模块由坐姿识别模块、睡姿识别模块和运动姿势识别模块组成；姿势判断模块中的各识别模块输入端与关节点信息处理模块连接，各识别模块的输出端与警报信号发送模块连接；所述控制单元与报警单元连接并对其控制，将判断处理后的关节点信息发送至报警单元； 

所述报警单元包括警报信号接收模块、警报模块、警报短信生成模块和3G模块；警报信号接收模块的输入端与控制单元中的警报信号发送模块连接，警报信号接收模块的输出端与警报模块和警报短信生成模块连接，警报短信生成模块再与3G模块连接，3G模块将警报短信发送至通信设备上。 

本发明的大体工作过程如下： 

首先，通过Kinect传感器提取人体姿势的关节点信息，然后进行人体图像采集和记录，根据kinect传感器采集的图像和数据，由样例特征建模，对样例图像的纹理特征及人体骨骼点特征进行分析，通过特征融合生成样例特征模板库。在实时特征分析时对设定的监控区域进行特征分析处理，并结合样例特征模板库进行姿势识别，判断人体坐姿或睡姿或运动姿势是否正确，如果姿势不正确，姿势识别模块会将信息传输至警报信号发送模块，通过警报信号发送模块将报警信号发至警报信号接收模块，最后通过警报模块进行报警，并通过3G 模块向通信设备发送文字短信进行远程报警。