[发明专利]一种基于Kinect的跌倒检测及报警系统及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及家庭监护领域，特别涉及跌倒检测领域，具体是指一种跌倒检测及报警系统。

背景技术

目前的跌倒检测技术根据获取跌倒信息手段的不同可以分为：

(1)用户自主启动型报警系统

用户在摔倒之后必须没有失去意识，有一定的活动能力，并且用户不能是患有老年痴呆或者其他精神疾病的老年人。这使得很多情况的跌倒无法被检测和识别。

(2)基于穿戴式的跌倒探测系统

这种检测系统可以实时监测人体的活动，当人体的运动参数发生改变时，通过算法判断是否发生了跌倒。但这种系统需要随身携带，比较不方便，可能会影响用户的正常生活。

(3)基于视频装置的跌倒探测系统

基于视频装置的跌倒探测系统是指通过视频监测技术来对人的姿态进行监控，达到在人体跌倒之后进行识别的系统。其准确度及报警有效性仍需提高。

因此，急需一个系统，其既可以不影响用户生活，又可以实时监控人体活动达到准确识别跌倒并有效进行报警。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种基于kinect的跌倒检测及报警系统。该系统准确度高、做到实时监控又不影响用户正常生活、能以视频通话、邮件传输、短信提醒三种方式进行报警。

为了实现上述的目的，本发明的一种跌倒检测及报警系统具有如下构成：

一种基于Kinect的跌倒检测及报警系统，包括：数据采集单元，由Kinect组件构成，用于检测用户的运动状态；数据处理单元，由电脑及应用程序模块构成，能够处理跌倒检测单元传递来的数据，得出用户跌倒提示；其特征在于：通过数据采集单元得到用户骨骼节点信息；数据处理单元根据用户骨骼节点信息通过建立人体重心、重力作用线及重力支撑面模型来进行用户跌倒检测。

所述数据采集单元通过对人体骨骼数据的采集，用以判断人体重心位置信息。

所述数据采集单元用Kinect组件进行用户骨骼的构造和追踪，并将骨骼节点的三维坐标提供给数据处理单元。数据处理单元中的应用程序首先会分别计算11个部分单独的重心位置。之后乘上相应的比例相加得到整体的重心位置；数据处理单元根据重心位置建立三维坐标，形成重力作用线的模型；此外，数据处理单元以用户双脚的重心位置作为焦点，双脚的重心位置间距的两倍作为长轴长，脚长的两倍作为短轴长，在双脚所处平面建立椭圆形的重力支撑面模型；当重力作用线超出了重力支撑面的范围，数据处理单元会判定用户具有跌倒的趋势。

所述数据处理单元的应用程序模块采用KinectSDK软件平台进行开发，达到跌倒检测的功能。

所述数据处理单元采用重心速度阈值法实现对各种跌倒情况的检测，所采用阈值由实验法取得。

优选的，本发明还包括Kinect姿态调整单元，由云台组件构成，用于辅助数据采集单元进行视角变化；Kinect姿态调整单元同时与数据处理单元相连，通过分析跌倒检测单元的数据对Kinect姿态调整单元进行角度调节。

所述云台组件由Netduino控制，能自动跟踪人体旋转。

优选的，本发明还包括报警单元，由所述数据处理单元的电脑和报警软件模块构成，用于在得到数据处理单元做出的用户跌倒提示后，对外发出报警。

所述报警单元以视频通话方式进行报警。

所述报警单元以深度图像和彩色图像传输方式进行报警。

所述报警单元以短信提醒方式进行报警。

一种操作基于Kinect的跌倒检测及报警系统的方法，所述方法包括：

(一)数据采集单元监控用户的运动状态，并获得用户骨骼节点数据；

(二)(1)数据处理单元分析用户骨骼跌点数据；

(2)数据处理单元利用软件系统获得用户重心位置；

(3)数据处理单元利用阈值法判断用户行为状态；

(三)数据处理单元在得出用户跌倒的判断后，向报警单元发出信号；

(四)报警单元在得到数据处理单元做出的用户跌倒提示后，对外发出报警。

所述Kinect组件通过KinectSDK系统开发工具包中相应API应用程序接口获得监测对象的人体骨骼数据(即人体动作数据)，KinectforWindowsSDK主要以Windows7为平台进行开放，设计，内含驱动程序、丰富的原始感测数据流程式开发接口(RawSensorStreamsAPI)、自然用户接口、安装文件以及参考数据。

在本设计中，该SDK主要能调用的功能模块包括：