基于雙攝像頭的坐姿實時檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種坐姿實時檢測方法。特別是涉及一種利用雙目立體匹配、三維重建及人臉識別等技術(shù)對人體坐姿是否端正給出自動判別的基于雙攝像頭的坐姿實時檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中國青少年的近視率常年居于世界前列，根據(jù)國家教育部、衛(wèi)生部的調(diào)查表明:目前我國有4億多近視患者，其中青少年已成“重災(zāi)區(qū)”:小學生中近視率在30%以上，中學生達70%，大學生達到90%。“寫字姿勢不正確，用眼時間長”是導(dǎo)致近視的重要原因。同時，寫字姿勢不正確，也會導(dǎo)致脊柱彎曲等問題。根據(jù)2012年發(fā)布的《北京市西城區(qū)、石景山區(qū)14所小學學生形體健康檢測分析報告》(參見下表)，在調(diào)查的近萬學生中，寫字姿勢問題人數(shù)比例達77.6%。
[0003]目前上市場上有關(guān)人體坐姿檢測通常是利用超聲波傳感器，探測頭部與傳感器的距離，如果太靠近，臺燈發(fā)出警告糾正坐姿。然而這種方案存在先天的缺點，例如:對人體有輻射，不能測量頭部偏離身體中軸線的角度，以及傳感器易被遮擋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠彌補常規(guī)超聲波測距技術(shù)的缺陷，抗干擾能力強，判別正確率高的基于雙攝像頭的坐姿實時檢測方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于雙攝像頭的坐姿實時檢測方法，是對設(shè)置在桌面上的由兩個同款攝像頭構(gòu)成的雙目攝像頭所采集的圖像進行處理，具體包括如下步驟:
[0006]I)進行攝像頭內(nèi)外參數(shù)標定；
[0007]2)通過雙目攝像頭采集人體坐姿立體圖像；
[0008]3)對采集的立體圖像對進行立體匹配，根據(jù)已標定的攝像頭內(nèi)外參數(shù)和匹配結(jié)果重建現(xiàn)場空間點云，并根據(jù)設(shè)定參數(shù)，對重建的現(xiàn)場三維點云，保留設(shè)定范圍的點云作為潛在的人體部分點云；
[0009]4)將步驟3)分割出的人體部位點云投影到步驟2)所采集的圖像中，確定出人在圖像中的區(qū)域，并在所述的區(qū)域中進行基于圖像的人臉和人眼檢測；
[0010]5)判斷是否檢測到人臉，沒有則返回步驟2)，有則進入步驟6);
[0011]6)判斷圖像旋轉(zhuǎn)角度是否大于設(shè)定閾值，如果圖像旋轉(zhuǎn)角度大于設(shè)定閾值，則人頭部不端正，判定為姿態(tài)錯誤，返回步驟2)，否則進入步驟7);
[0012]7)判斷是否檢測到人眼，檢測到則進入步驟8)，否則設(shè)定檢測到的人臉區(qū)域中心點為人眼位置，進入步驟8);
[0013]8)調(diào)入已標定的攝像頭坐標系相對于垂直面的旋轉(zhuǎn)變換R2，通過人眼附近的三維點云，計算出人眼到攝像頭的垂直距離；
[0014]9)將設(shè)定的雙目攝像頭到桌面的距離與人眼到攝像頭的距離相加，得出人眼到桌面的垂直距離；
[0015]10)判斷步驟9)計算出的人眼到桌面的垂直距離是否大于設(shè)定的人眼到桌面的垂直距離閾值，是則判定姿態(tài)正確，返回步驟2)，否則判定人眼到桌面距離太近，姿態(tài)錯誤則輸出錯誤結(jié)果，返回步驟2)。
[0016]所述的兩個攝像頭通過支架水平固定在桌面上，兩個攝像頭之間間隔為8.5?
11.5cm，調(diào)節(jié)攝像頭的仰角為能夠?qū)⑷梭w坐姿位于圖像中部的角度。
[0017]步驟I)所述的攝像頭標定，包括:
[0018](I)在攝像頭前方0.5m?2m處設(shè)置棋盤格標定板；
[0019](2)利用雙目攝像頭同步拍攝若干組棋盤格標定板圖像，利用基于平面的雙目立體標定算法，標定出兩個攝像頭的內(nèi)參數(shù)矩陣Kl和K2，及外參數(shù)即第二個攝像頭相對第一個攝像頭的平移Tl和旋轉(zhuǎn)變換R1，設(shè)定第一個攝像頭的外參數(shù)是單位陣I和〔0，0，0〕τ，則第二個攝像頭的外參數(shù)是Rl和Tl ;
[0020](3)利用第一攝像頭拍攝垂直擺放的棋盤格標定板，基于已標定內(nèi)參數(shù)Kl和Κ2通過PnP算法，標定出攝像頭坐標系相對于垂直面的旋轉(zhuǎn)變換R2 ;
[0021](4)將所有標定出的參數(shù)存儲到系統(tǒng)文件中。
[0022]步驟3)所述的設(shè)定參數(shù)，包括:設(shè)定人與攝像頭之間的距離范圍為0.5?1.5m ;人體部分點云范圍，即長寬高均為0.7m的立方體范圍內(nèi)；攝像頭位置到桌面的距離。
[0023]步驟4)中進行基于圖像的人臉和人眼檢測時，為了檢測人頭部歪斜狀態(tài)，在圖像檢測不到人臉時，將圖像間隔5?10度左右旋轉(zhuǎn)，直至檢測到人臉，或者將圖像間隔左右旋轉(zhuǎn)角度大于90度為止。
[0024]步驟4)所述的人臉和人眼檢測，是通過調(diào)用訓練好的瀑布級聯(lián)分類器cascade來進行模式匹配完成。
[0025]步驟8)所述的計算出人眼到攝像頭的垂直距離，是由于重建點云建立在攝像頭坐標系下，利用攝像頭與垂直面的旋轉(zhuǎn)變換將點云變換到垂直狀態(tài)，點云沿垂直方向的坐標即為人眼到攝像頭的距離。
[0026]本發(fā)明的基于雙攝像頭的坐姿實時檢測方法，通過基于雙目立體視覺、三維重建、人臉及眼睛檢測算法結(jié)合，綜合利用二維圖像和三維空間點云的信息，以及圖像旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)ψ酥谐Ｒ姷耐崮X袋、眼睛離書本(桌面)太近等錯誤姿態(tài)進行實時檢測，自動檢測人體的坐姿，對坐姿的正確與否給出判斷。算法魯棒、實時性強，設(shè)備簡單，抗干擾能力強，判別正確率高。在初始標定后，檢測過程全自動完成，無需任何人工交互。而且可以通過參數(shù)閾值調(diào)節(jié)，滿足兒童和成人等不同身高人的使用。
【附圖說明】
[0027]圖1攝像頭的安裝及拍攝標定板示意；
[0028]其中:1:支架2:攝像頭3:棋盤格標定板
[0029]圖2是坐姿實時檢測的基本流程。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的基于雙攝像頭的坐姿實時檢測方法做出詳細說明。
[0031]如圖2所示，本發(fā)明的基于雙攝像頭的坐姿實時檢測方法，是對設(shè)置在桌面上的由兩個同款攝像頭構(gòu)成的雙目攝像頭所采集的圖像進行處理，所述的兩個攝像頭通過支架水平固定在桌面上，兩個攝像頭之間間隔為8.5?11.5cm，調(diào)節(jié)攝像頭的仰角為能夠?qū)⑷梭w坐姿位于圖像中部的角度，即使圖像中人體部分盡可能居中。所述的處理包括如下步驟:
[0032]I)進行攝像頭內(nèi)外參數(shù)標定；
[0033]所述的攝像頭標定，始圖1所示，包括:
[0034](I)在攝像頭前方0.5m?2m處設(shè)置棋盤格標定板；
[0035](2)利用雙目攝像頭同步拍攝若干組棋盤格標定板圖像，利用基于平面的雙目立體標定算法，標定出兩個攝像頭的內(nèi)參數(shù)矩陣Kl和K2，及外參數(shù)即第二個攝像頭相對第一個攝像頭的平移Tl和旋轉(zhuǎn)變換R1，設(shè)定第一個攝像頭的外參數(shù)是單位矩陣I和〔0，0，0〕τ，則第二個攝像頭的外參數(shù)是Rl和Tl ;
[0036](3)利用第一攝像頭拍攝垂直擺放的棋盤格標定板，基于已標定內(nèi)參數(shù)Kl和Κ2通過PnP算法，標定出攝像頭坐標系相對于垂直面的旋轉(zhuǎn)變換R2 ;
[0037](4)將所有標定出的參數(shù)存儲到系統(tǒng)文件中。
[0038]然后如圖2所示:
[0039]2)通過雙目攝像頭采集人體坐姿立體圖像；
[0040]將固定好的攝像頭擺放于桌面的合適位置，距離人約0.5m第一右，且端坐的人在攝像頭中成像盡可能位于圖像中間。
[0041]3)對采集的立體圖像對進行立體匹配，根據(jù)已標定的攝像頭內(nèi)外參數(shù)和匹配結(jié)果重建現(xiàn)場空間點云，并根據(jù)設(shè)定參數(shù)，對重建的現(xiàn)場點云進行處理，保留設(shè)定范圍的點云作為潛在的人體部分點云；所述的設(shè)定參數(shù)，包括:設(shè)定人與攝像頭之間的距離范圍為0.5?1.5m ;人體部分點云范圍，即長寬高均為0.7m的立方體范圍內(nèi)；攝像頭位置到桌面的距離。
[0042]雙攝像頭實時同步采集坐姿圖像，假設(shè)第一、第二攝像頭分別拍攝圖像為I