[发明专利]基于Kinect骨架追踪的人体摔倒自动检测方法

摘要

本发明提出一种基于Kinect骨架追踪的人体摔倒自动检测方法。本检测方法通过Kinect对人体进行骨架追踪，获取人体头、左肩、右肩、左髋、右髋和两髋中心（定义为人体质心点）6个骨架关节点的空间坐标，计算人体质心点的运动速度和人体质心点与地表平面的距离，对非摔倒事件进行排除，对人体质心点静止状态计时，形成6个判别条件，判定人体摔倒事件是否发生，摔倒事件一旦发生，通过手机短信报警。本检测方法误判率低，无需穿戴传感设备、不依赖可见光，并可实现对人体的24小时连续实时检测。

主权项

一种基于Kinect骨架追踪的人体摔倒自动检测方法，其特征在于：具体步骤如下：A、准备一台安装有KinectDeveloperToolkit‑v1.8.0和KinectSDK‑v1.8的计算机，KinectSDK‑v1.8是Kinect的驱动程序，用于Kinect与计算机相连，进行数据交互，KinectDeveloperToolkit‑v1.8.0开发包中包含了Kinect中各传感器的接口以及应用程序编程接口API；B、将Kinect安装于检测环境内较高位置处，距离地面高度2.5m至4m，并保证Kinect视野内无障碍物遮挡，Kinect的下俯视角可调节；C、通过计算机开启基于Kinect骨架追踪的摔倒自动检测系统，用户可以在规定的检测环境内部自由地进行日常活动；D、在计算机主机的驱动下，Kinect驱动其自带的VGA摄像头和红外摄像头，通过摄像头覆盖整个检测环境，对整个检测环境内部的物体进行扫描，借助人体体型匹配算法对检测环境内部的类人物体进行持续照射和追踪，并对类人物体尝试匹配人体骨架模型，当20个骨架关节点被追踪到或推测出，系统确认类人物体为人体，则人体骨架模型数据流形成；E、Kinect在获取检测环境内人体骨架模型数据流后，通过其内部的解码芯片对获取的人体骨架模型数据流进行解码运算，获取检测环境下人体20个主要关节点在空间内的三维坐标值；F、在计算机上，通过Kinect For Windows SDK中的Skeleton Basics数据接口，可在计算机屏幕上显示Kinect实时获取的检测环境内的人体骨架模型；G、Kinect将获取的检测环境内的人体骨架关节点三维坐标值通过应用程序编程接口API传递至已编写完成的应用程序，计算人体质心点的运动速度和人体质心点与地表平面的距离，对非摔倒事件进行排除，对人体质心点静止状态计时，形成6个判别条件，判别人体摔倒事件是否发生，如果发生，通过手机短信报警；所述步骤G中的具体检测过程如下：(1)、计算人体质心点运动速度，形成判定条件一和判定条件二：在检测环境内部，人体质心点的运动速度可反映为在场景坐标系OXSYSZS内XS、YS、ZS三个方向上速度的和向量，其中ZS方向垂直并指向地面；取20个骨架关节点中的两髋中心关节点作为人体质心点，摔倒情况分为快速摔倒和缓慢摔倒：快速摔倒过程中，人体质心点在ZS方向上的速度在V中权重较大，在摔倒事件检测过程中，人体质心点在ZS方向上的速度时，可认为此事件满足摔倒事件的判定条件一Th1；缓慢摔倒造成人体质心点ZS方向上的速度不一定每次都能达到快速摔倒事件中的临界值因此，引入人体质心点在场景坐标系XS方向与YS方向上的速度，并以XS和YS方向上的速度向量和作为评定参数，当时，则可认为此事件满足摔倒事件的判定条件二Th2：判定条件一：即检测过程中，当人体质心点ZS方向上的运动速度超过判别临界值时，满足条件一的要求；判定条件二：即检测过程中，人体质心点XS和YS方向上的运动速度向量和超过判别临界值时，满足条件二的要求；(2)、计算人体质心点与地表平面的距离，形成判定条件三：在引入人体质心点运动速度判定条件的同时，将人体质心点与地表平面的距离作为判定条件三，将第i帧人体质心点与地表平面的距离定义为Li，当Li≤LT时，摔倒事件条件触发；将人体腰厚尺寸的1/2、臀宽尺寸的1/2，作为临界值LT取值大小的依据：判定条件三：Th3＝[Li≤LT]，即检测过程中，当人体质心点第i帧的位置与地表平面的距离Li小于等于判别临界值LT时，满足条件三的要求；(3)、排除非摔倒事件，形成判定条件四和判定条件五：设人体弯腰、下蹲为第一场景，即场景1，并设d1、d2、d3、d4、d5分别为左肩关节点、右肩关节点、头关节点、左髋关节点、右髋关节点至地表平面的距离，为过左肩关节点和右肩关节点的向量；根据人体尺寸，当(d1+d2)/2‑(d4+d5)/2≥437mm且d3‑(d4+d5)/2≥575mm成立，且与平面FDEC的夹角小于等于30°时，检测系统认为此时人体不属于摔倒事件；判定条件四：Th4＝[人体不处于场景1状态]，即检测过程中，当人体不处于第一场景状态时，满足条件四的要求；设人体快速坐地为第二场景，即场景2，设g1、g2、g3、g4分别为左肩关节点、右肩关节点、左髋关节点、右髋关节点至地表平面的距离；根据人体尺寸，当(g1+g2)/2≥489mm且(g3+g4)/2≤74mm成立，检测系统认为此时人体不属于摔倒事件；判定条件五：Th5＝[人体不处于场景2状态]，即检测过程中，当人体不处于第二场景时，满足条件五的要求；(4)、对人体质心点静止状态计时，形成判定条件六：人体质心点在测试场景内第fi帧的坐标为PHC(x(i)HC,y(i)HC,z(i)HC)，第fi+1帧的坐标为QHC(x(i+1)HC,y(i+1)HC,z(i+1)HC),当时，P为设定值，人体质心点停留时间t进行计时，当t≥10s时，人体摔倒事件判定条件六成立；若t在计时期间，且t∈[0,10)S时，则t归0，重新开始计时；判定条件六：Th6＝[t≥10s]，当t≥10s时，满足条件六的要求；综上，当时，本基于骨架追踪的自动检测方法判定人体摔倒事件发生。