[发明专利]一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法

说明书

本发明公开一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法，包括以下步骤：在游泳池上方间隔一定距离安装多台双目摄像头设备，由上往下拍摄，并把图像实时传输给计算机；根据实时图像，利用目标检测算法检测出水面上的人头图像；计算出目标人头图像所有点位的三维坐标，并进行头部最高点的标注，判定人头呼吸部位是否处于水下；使用目标跟踪程序算法，对目标进行跟踪；实时对跟踪目标的三维坐标进行存储分析，计算人头呼吸部位在水下的持续时间，根据人头呼吸部位在水下的单次持续时间和单位时间内在水下时间总和做出危险评估，如超过危险阈值，发出溺水警报。本发明能有效的实时检测游泳者是否处于溺水状态，用以提示安全人员施救。

技术领域

本发明涉及溺水监控技术领域，具体涉及一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法。

背景技术

据卫生部统计，我国每年约有57000人溺水死亡，相当于每天150多人溺亡，有许多是发生在有专业救生员的公共游泳池。由于人自身生理条件的限制，救生员是很难长时间保持注意力高度集中，很难高效地保证泳池内的人员安全。另外，游泳池的水面上会有光的反射，这也使得救生员在疲劳时，难以及时分辨正常游泳者与溺水者。对救生员来说，溺水又是低概率事件，容易产生麻痹大意的心理状态。而一旦发生溺水事故，仅数分钟就会造成无法治愈的脑部伤害或者直接死亡。针对人工监测的弊端，国外在溺水报警方面的研究始于70年代初，这方面研究受到欧美各国政府的高度重视，到目前为止，溺水报警系统的实现主要有以下三种方式：

1.游泳者随身携带传感器监测系统

主要由入水式随身携带装置与岸上固定装置构成。入水装置可佩戴在游泳者的腕部、裤带或泳帽处，通常包括一个传感器、一个信号收发器和一个微处理器。传感器主要用来监测人体脉搏和游泳者的入水深度等信息。如果游泳者在水下时间超过一定阈值，或者游泳者心跳发生异常，或者岸上装置信号失联，那么就发出警报。这种装置安装、使用、维护比较麻烦，且耗资巨大，水下运动误报率高、且也无法跟踪每个游泳者，最主要是游泳者本身相对比较排斥携带设备入水。所以这种监测系统并未大规模的推广使用。

2.声呐探测报警系统

通过在水下或泳池底部安装一套声呐发射、接收装置，利用探测器去确定是否有障碍物存在，然后根据设定的溺水判据(如障碍物大小，障碍物入水深度、障碍物静止时间)来判定是否溺水。这类系统也存在很多缺点：1)声呐鉴定一个溺水者基本是看他身体里含有多少空气，如果是肺部充满水的深度溺水，得到的信号就无法肯定，甚至不进行判定了。2)此套设备需要用几百伏的电压去产生声呐脉冲，而安全规定不得超过在12V或24V(各国标准略有不同)。3)如果身体与墙非常近时，因为声呐信号中包含回声，泳池墙壁不利于消除噪声信号，很难提取出监测溺水所必须的信号。4)泳池人数过多时，无法对每个人进行跟踪鉴别。因而，声呐报警系统也未得到大规模推广使用。

3.基于视频的报警系统

主要优点是救生员能够看到有关溺水者的视频信息，就能立即掌握游泳者的情况。现有的基于视频的溺水报警系统比较出名的是法国Vision IQ公司的Poseidon系统和新加坡南洋科技大学的DEWS系统。2001年法国Vision IQ公司发明了世界上第一套基于视频的溺水报警系统Poseidon。该系统是在水底安装大量摄像机，游泳池上方也安装大量摄像机，通过水下水上网络实时监测游泳者的活动，该系统的软件通过图像来判断游泳者的轨迹、速度、位置。结合溺水判定依据来发出警报，并在游泳池边上的屏幕上标出溺水者的位置。目前，该系统已经在很多欧美国家投入使用，并拯救了许多生命。但是，Poseidon系统价格相当昂贵，每套达数百万美元。在我国推广这套系统很不符合实际。

新加坡南洋科技大学的DEWS系统则是利用安装在游泳池上方的一组摄像机作为监测设备，对每个游泳者进行动作识别，依据是否挣扎，身体垂直的溺水特征来提示报警。但是，溺水者的动作特征与正常游泳者相差并不大，深度溺水后更是缺乏动作。所以目前该系统还没有形成成型的产品。