學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的位置；距離計(jì)算模塊，用于計(jì)算頭部與肩部的距離；數(shù)據(jù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置不同身高及性別理想姿勢(shì)下對(duì)應(yīng)的頭部與肩部的距離預(yù)設(shè)值、相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值；角度計(jì)算模塊，用于計(jì)算頭部相對(duì)變化角度■’姿勢(shì)判斷模塊，用于將頭部相對(duì)變化角度與預(yù)設(shè)的頭部相對(duì)變化角度范圍進(jìn)行比較，判斷姿勢(shì)正確與否；報(bào)警模塊，用于在姿勢(shì)錯(cuò)誤時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。本發(fā)明將立體視覺技術(shù)應(yīng)用于學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒，可以實(shí)時(shí)地監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)姿勢(shì)并進(jìn)行提醒，可應(yīng)用于廣大的學(xué)生群體。
【專利說明】學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于學(xué)生用姿勢(shì)提醒系統(tǒng)，具體為一種學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)及方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 學(xué)生的健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)至關(guān)重要，可以降低近視眼，斜視眼，駝背，含胸，腰椎間盤突 出等疾病的發(fā)生，幫助學(xué)生輕松學(xué)習(xí)、健康生活。目前促進(jìn)學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)主要有三種方 式：1.家長(zhǎng)（教師）人為提醒，2.健康學(xué)習(xí)桌椅，能一定程度使學(xué)生保持坐姿，3.糾正讀寫 姿勢(shì)產(chǎn)品，如背背佳、坐姿矯正椅等。
[0003] 學(xué)習(xí)桌椅主要通過調(diào)節(jié)椅子、桌子的高度和傾斜度，輔以輔助照明以促進(jìn)學(xué)生保 持學(xué)習(xí)姿勢(shì)，該方式屬于模具式，缺少人文關(guān)懷，并且桌椅也不能隨學(xué)習(xí)姿勢(shì)的變化而自動(dòng) 調(diào)節(jié)。背背佳、坐姿矯正椅等產(chǎn)品主要針對(duì)已有不良學(xué)習(xí)姿勢(shì)的學(xué)生矯正用。背背佳遵循 人體生物力學(xué)中"脊柱三維整體活動(dòng)模式"的整體穩(wěn)定性特點(diǎn)，利用"三維一體"矯姿原理 研制而成。坐姿矯正椅包括椅座、椅背和椅腿，椅背正面設(shè)有肩部約束帶。學(xué)生坐立時(shí)，通 過肩部約束帶將學(xué)生的上半身約束，這樣學(xué)生坐姿得以控制，有效防保持正確的讀寫姿勢(shì)。 以上兩種產(chǎn)品借助外部器件對(duì)坐姿進(jìn)行固定，強(qiáng)行矯正，見效快，但存在易反復(fù)的問題。坐 姿矯正器有耳掛式、佩戴式兩種，設(shè)計(jì)小巧，方便佩戴。學(xué)生在頭部姿勢(shì)不正確時(shí)，坐姿矯正 器馬上奏響音樂輕聲提醒，糾正不良讀寫姿勢(shì)。該產(chǎn)品僅是監(jiān)控頭部姿勢(shì)，而健康學(xué)習(xí)姿勢(shì) 包括身軀（脊椎、頸部、肩部、頭部）的姿勢(shì)，所以該產(chǎn)品難以保證健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)。隨著現(xiàn)代 科技的不斷發(fā)展，相關(guān)技術(shù)卻沒有應(yīng)用到健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)產(chǎn)品中去。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)及方法，可以 實(shí)時(shí)地監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)姿勢(shì)（頭部、肩部）并進(jìn)行提醒，可應(yīng)用于廣大的學(xué)生群體。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系 統(tǒng)，其特征在于：它包括
[0006] 數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的位置，利用三角法計(jì)算學(xué)生 身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)，相機(jī)為2個(gè)，學(xué)生身上的識(shí)別標(biāo)志包括左肩標(biāo)志、右肩標(biāo)志和頭部標(biāo) 志，其中2個(gè)相機(jī)和學(xué)生身上的任何一個(gè)識(shí)別標(biāo)志均不在同一條直線上；
[0007] 距離計(jì)算模塊，用于根據(jù)相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)計(jì)算頭部與肩部的距 離；
[0008] 數(shù)據(jù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置不同身高及性別理想姿勢(shì)下對(duì)應(yīng)的頭部與肩部的距離預(yù) 設(shè)值、相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值；
[0009] 角度計(jì)算模塊，用于根據(jù)數(shù)據(jù)模塊得到的學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)、以及數(shù)據(jù)設(shè) 置模塊中相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值，計(jì)算頭部相對(duì)變化角度，包括左右變化 角度和前傾后仰變化角度；
[0010] 姿勢(shì)判斷模塊，用于將角度計(jì)算模塊計(jì)算的頭部相對(duì)變化角度與預(yù)設(shè)的頭部相對(duì) 變化角度范圍進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)算的頭部相對(duì)變化角度在頭部相對(duì)變化角度范圍內(nèi)，則判斷 姿勢(shì)正確，反之則判斷姿勢(shì)錯(cuò)誤；
[0011] 報(bào)警模塊，用于在姿勢(shì)錯(cuò)誤時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。
[0012] 一種利用上述學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒方法，其 特征在于：它包括以下步驟：
[0013] S1、設(shè)置不同身高及性別理想姿勢(shì)下對(duì)應(yīng)的頭部與肩部的距離預(yù)設(shè)值、相機(jī)和學(xué) 生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值；
[0014] S2、選擇待測(cè)學(xué)生的身高和性別，選擇對(duì)應(yīng)的頭部與肩部的距離預(yù)設(shè)值、相機(jī)和學(xué) 生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值；
[0015] S3、采集相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的位置，利用三角法計(jì)算學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的 坐標(biāo)，相機(jī)為2個(gè)，學(xué)生身上的識(shí)別標(biāo)志包括左肩標(biāo)志、右肩標(biāo)志和頭部標(biāo)志，其中2個(gè)相機(jī) 和學(xué)生身上的任何一個(gè)識(shí)別標(biāo)志均不在同一條直線上；
[0016] S4、根據(jù)相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)計(jì)算頭部與肩部的距離；
[0017] S5、根據(jù)學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)、以及相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值， 計(jì)算頭部相對(duì)變化角度，包括左右變化角度和前傾后仰變化角度；
[0018] S6、將頭部相對(duì)變化角度與預(yù)設(shè)的頭部相對(duì)變化角度范圍進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)算的頭 部相對(duì)變化角度在頭部相對(duì)變化角度范圍內(nèi)，則判斷姿勢(shì)正確，反之則判斷姿勢(shì)錯(cuò)誤；
[0019] S7、在姿勢(shì)錯(cuò)誤時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。
[0020] 按上述方法，所述的S1理想姿勢(shì)下頭部與肩部的距離預(yù)設(shè)值、相機(jī)和學(xué)生身上識(shí) 別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值由人為設(shè)置，或者以待測(cè)學(xué)生正確姿勢(shì)下采集到的數(shù)據(jù)作為對(duì)應(yīng)的預(yù) 設(shè)值。
[0021] 按上述方法，所述的三角法計(jì)算學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)具體為：
[0022] 頭部標(biāo)志：通過相機(jī)參數(shù)計(jì)算頭部標(biāo)志在2個(gè)相機(jī)的相平面上的投影坐標(biāo)，根據(jù)2 個(gè)相機(jī)的坐標(biāo)和頭部標(biāo)志坐標(biāo)形成一個(gè)三角形，依據(jù)2個(gè)相機(jī)與頭部標(biāo)志在該相機(jī)的相平 面上的投影的連線的交點(diǎn)即為頭部標(biāo)志的坐標(biāo)；
[0023] 左肩標(biāo)志和右肩標(biāo)志的坐標(biāo)同理可得。
[0024] 按上述方法，設(shè)Q、C2為兩個(gè)相機(jī)，Q、C2的坐標(biāo)分別為（ Xel，yel，zj和 (Xc2，yc2，z c2)，I" 12為Q、C2的相平面，頭部標(biāo)志Bjx^z)在(^、C2的相平面上的投影 Bm (u" vj、B1I2 (u2, v2)的坐標(biāo)根據(jù)公式⑴獲得：

【權(quán)利要求】
1. 一種學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)，其特征在于：它包括 數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的位置，利用三角法計(jì)算學(xué)生身上 識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)，相機(jī)為2個(gè)，學(xué)生身上的識(shí)別標(biāo)志包括左肩標(biāo)志、右肩標(biāo)志和頭部標(biāo)志， 其中2個(gè)相機(jī)和學(xué)生身上的任何一個(gè)識(shí)別標(biāo)志均不在同一條直線上； 距離計(jì)算模塊，用于根據(jù)相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)計(jì)算頭部與肩部的距離； 數(shù)據(jù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置不同身高及性別理想姿勢(shì)下對(duì)應(yīng)的頭部與肩部的距離預(yù)設(shè) 值、相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值； 角度計(jì)算模塊，用于根據(jù)數(shù)據(jù)模塊得到的學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)、以及數(shù)據(jù)設(shè)置模 塊中相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值，計(jì)算頭部相對(duì)變化角度，包括左右變化角度 和前傾后仰變化角度； 姿勢(shì)判斷模塊，用于將角度計(jì)算模塊計(jì)算的頭部相對(duì)變化角度與預(yù)設(shè)的頭部相對(duì)變化 角度范圍進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)算的頭部相對(duì)變化角度在頭部相對(duì)變化角度范圍內(nèi)，則判斷姿勢(shì) 正確，反之則判斷姿勢(shì)錯(cuò)誤； 報(bào)警模塊，用于在姿勢(shì)錯(cuò)誤時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。
2. -種利用權(quán)利要求1所述的學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì) 提醒方法，其特征在于：它包括以下步驟： 51、 設(shè)置不同身高及性別理想姿勢(shì)下對(duì)應(yīng)的頭部與肩部的距離預(yù)設(shè)值、相機(jī)和學(xué)生身 上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值； 52、 選擇待測(cè)學(xué)生的身高和性別，選擇對(duì)應(yīng)的頭部與肩部的距離預(yù)設(shè)值、相機(jī)和學(xué)生身 上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值； 53、 采集相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的位置，利用三角法計(jì)算學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)， 相機(jī)為2個(gè)，學(xué)生身上的識(shí)別標(biāo)志包括左肩標(biāo)志、右肩標(biāo)志和頭部標(biāo)志，其中2個(gè)相機(jī)和學(xué) 生身上的任何一個(gè)識(shí)別標(biāo)志均不在同一條直線上； 54、 根據(jù)相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)計(jì)算頭部與肩部的距離； 55、 根據(jù)學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)、以及相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值，計(jì)算 頭部相對(duì)變化角度，包括左右變化角度和前傾后仰變化角度； 56、 將頭部相對(duì)變化角度與預(yù)設(shè)的頭部相對(duì)變化角度范圍進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)算的頭部相 對(duì)變化角度在頭部相對(duì)變化角度范圍內(nèi)，則判斷姿勢(shì)正確，反之則判斷姿勢(shì)錯(cuò)誤； 57、 在姿勢(shì)錯(cuò)誤時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒方法，其特征在于：所述的S1理想姿 勢(shì)下頭部與肩部的距離預(yù)設(shè)值、相機(jī)和學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)預(yù)設(shè)值由人為設(shè)置，或者 以待測(cè)學(xué)生正確姿勢(shì)下采集到的數(shù)據(jù)作為對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒方法，其特征在于：所述的三角法計(jì) 算學(xué)生身上識(shí)別標(biāo)志的坐標(biāo)具體為： 頭部標(biāo)志：通過相機(jī)參數(shù)計(jì)算頭部標(biāo)志在2個(gè)相機(jī)的相平面上的投影坐標(biāo)，根據(jù)2個(gè)相 機(jī)的坐標(biāo)和頭部標(biāo)志坐標(biāo)形成一個(gè)三角形，依據(jù)2個(gè)相機(jī)與頭部標(biāo)志在該相機(jī)的相平面上 的投影的連線的交點(diǎn)即為頭部標(biāo)志的坐標(biāo)； 左肩標(biāo)志和右肩標(biāo)志的坐標(biāo)同理可得。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的學(xué)生健康學(xué)習(xí)姿勢(shì)提醒方法，其特征在于：設(shè)(；、C2為兩個(gè) 相機(jī)，Cp C2的坐標(biāo)分別為（xel，yel，zel)和（x e2, ye2, ζ?)，Ip 12為Cp C2的相平面，頭部標(biāo)志 Bi (x，y，z)在Q、C2的相平面上的投影Bm (Ul，Vl)、B1I2 (u2, v2)的坐標(biāo)根據(jù)公式⑴獲得：
(1), 式中，K、W為相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)矩陣和外部參數(shù)矩陣，且
其中：f為相機(jī)的焦距，Pw是相平面橫向的像素尺寸，Ph是相平面縱向的像素尺寸， μ 〇、ν〇是相平面的投影中心，R，t為相機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣； 依據(jù)
和1
的交點(diǎn)即為頭部標(biāo)志的坐標(biāo)，依據(jù)公式（2)計(jì)算出頭部標(biāo)志 的坐標(biāo)（xB1, yB1, zB1):
⑵，
式中，
，由相機(jī)內(nèi)外參數(shù)和 構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G08B21/24GK104217554SQ201410481795
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】吳迎峰, 劉雪鋒 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)