[发明专利]基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法

说明书

本发明涉及基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法，属于光纤传感以及姿态识别技术领域。所述姿态识别方法放置传感器于被检测关节处，记录关节位置与传感器反射波长对应关系；宽带光经光纤耦合器进入各柔性传感器支路，再依次进行两次光强衰减、一次反射，进入光纤光谱解调设备，该设备采集各传感器的反射光波长与强度信息；波长和光强信息进行解耦和分离；光的强度平滑、去抖动；依据光强信息，推算出对应关节弯曲角度的方向和大小；绘制人体的骨骼模型得到姿态信息；所述方法使用光纤复合柔性传感器解决了传统电学传感器因材料导致的穿戴不便和易受电磁干扰的问题；解决了光纤分布式传感系统不能用于需要大应变测量人体姿态检测场景的问题。

技术领域

本发明涉及基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法，尤其涉及一种分布式光纤柔性传感用于人体姿态的识别方法，属于光纤传感以及姿态识别技术领域。

背景技术

近年来，随着人机交互、医疗健康、虚拟现实和增强现实(VR/AR)等领域飞跃式的发展对于人体姿态的信息的运用越来越广泛。

目前，人体姿态识别的方法主要有利用机器视觉，在图像处理中通过标记特征点结合识别算法方法来识别人体姿态。随着图像处理技术的不断创新使得利用机器视觉来识别人体姿态的方法具有的良好的实时性和高的准确率，但同时也存在明显的局限性，如下：

(1)采集图像时场景的光线对识别结果产生影响，成像效果不好会导致图像识别效果下降。

(2)摄像头在采集图像时可能会存在信息过采集，存在隐私问题，在特殊情况下不能采用该方法进行采集。

(3)图像采集受到摄像头固定安装位置的影响，对人体姿态的采集有区域的局限性，不能全方位的识别人体姿态。

以上问题都是基于摄像头的机器视觉来识别人体姿态过程中图像处理中不可避免的问题。例如在健康监测过程中出现的环境视线遮挡、夜间实时监测等。

近年来，基于石英玻璃的分布式光纤传感器系统已经在需要微小拉伸或者不拉伸的系统中得到广泛应用，比如对应变、压力、振动、加速度、温度和湿度传感。为了克服石英光纤的不可拉伸性，研究者们对此已经作了很多的工作，也已经开发出很多种类的可伸缩传感器。但，研究者通常关注于具有可承受大应变和重复变形的光波导材料。由于传统二氧化硅光纤具有体积小，方便大规模集成，价格便宜，配套设施市场成熟等优点也一直受到人们的关注。因此，使用其作为柔性传感元件有较大的前景。同时，柔性传感元件在人体姿态识别等人机交互领域表现出区别于机器视觉的优势，解决了利用机器视觉存在的场景光照、隐私和视线遮挡等局限性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有分布式光纤传感系统存在的在人体姿态等需要较大应变测量的场景中的不足，提出了基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

基于光纤复合柔性传感器的人体姿态识别方法依托的姿态识别系统，包括基于光纤复合柔性传感器、终端处理及显示设备、光纤光谱解调设备、光纤耦合器以及数字信号采集卡；

光纤复合柔性传感器，即柔性传感器，包括光纤布拉格光栅以及光纤应变传感模块；

所述光纤光谱解调设备，内置有宽带光源和用于探测光纤光栅反射光波长和强度的光电探测器；所述光纤应变传感模块与光纤布拉格光栅串联，该光纤应变传感模块给光纤预留了拉伸，该模块置于光纤光栅与光纤耦合器中间，靠近光纤光栅，由弯曲的光纤凝固在硅胶中组成；

其中，光纤弯曲的曲率半径为1cm到2cm；光纤布拉格光栅，即FBG；该柔性传感器的数量大于1；终端处理及显示设备、光纤光谱解调设备、光纤耦合器、数字信号采集卡、光纤布拉格光栅以及光纤应变传感模块的数量为1；

所述姿态识别系统中各组成部件的连接关系如下：