[发明专利]一种基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统。

背景技术

目前，我国的青少年儿童近视发病率已居世界第二位，相关资料显示:在校学生近视率日渐上升，大学生达70％、中学生达30％～40％、小学生已达20％。同时，因坐姿不正确产生的脊椎弯曲的学生比例也很高。预防青少年儿童近视和驼背是全社会关心的问题。儿童学习时坐姿歪斜、弯腰曲背、视距过近等现象是导致近视、斜视和颈椎发育不良的主要原因。当前国内外解决青少年儿童错误坐姿的主要方法是物理类的矫正器，如耳挂式坐姿矫正器、脊椎矫正器等,它们大多从物理角度起到预防近视的目的，并要求学生长期佩戴这些矫正器。而长时间佩戴矫正器，可能会导致孩子们的不适甚至厌烦。利用超声波测距传感技术开发的矫正器，起到了一定的作用，但通常情况下因为笔杆以及手臂遮挡的影响，使得系统误差率较大，给使用者到来不悦的体验。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统，在不直接接触学生身体的情况下，通过视频图像实现对学生坐姿的实时监控，对错误姿态进行语音提示，从而达到及时发现和纠正错误坐姿的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统，包括：

人脸图像检测模块，用于检测进入拍摄区域的人脸图像；

人脸姿态估计模块，用于获取人脸器官的几何特征，定位人脸特征点并利用获得的人脸特征点构建人脸特征三角形；当人脸发生姿态变化时，利用该人脸特征三角形的位置变化进行姿态参数的估计，获得估计姿态参数：

音频输出模块，用于比较估计姿态参数与标准姿态参数，并根据比较结果输出姿态纠正提示音频。

所述人脸特征点包括2个眼角、2个嘴角和鼻尖。

所述标准姿态参数对应的人脸特征三角形为等腰三角形。

所述利用该人脸特征三角形的位置变化进行姿态参数的估计，获得估计姿态参数，具体是计算人脸特征三角形的三个角的顶点坐标，然后根据该顶点坐标计算三个角的角度变化，获得估计姿态参数。

所述人脸图像检测模块还用于检测人脸图像相对于标准图像的大小，以判断人脸的远近，并由所述音频输出模块输出相应的提示音频。

所述人脸姿态估计模块包括：

特征点定位模块，用于获取人脸器官的几何特征，定位人脸特征点并利用获得的人脸特征点构建人脸特征三角形；

姿态估计模块，用于当人脸发生姿态变化时，利用该人脸特征三角形的位置变化进行姿态参数的估计，获得估计姿态参数。

所述基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统，包括嵌入式处理器、显示器、视频采集模块；所述嵌入式处理器包括所述人脸图像检测模块、人脸姿态估计模块；所述显示器通过视频线接口与嵌入式处理器连接，所述视频采集模块通过USB连接线连接嵌入式处理器，所述音频输出模块与嵌入式处理器连接。

所述嵌入式处理器连接RTC时钟模块。

本发明在不直接接触学生身体的情况下，通过视频图像实现对学生坐姿的实时监控，对错误姿态进行语音提示，从而达到及时发现和纠正错误坐姿的目的。

附图说明

图1是基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统的结构示意图；

图2是不同种人脸姿态的估计示意图；

图3是人脸特征三角形的构建示意图；

图4是头部相对三个坐标轴的运动示意图；

图5是不同种人脸姿态的分析效果示意图；

图6是基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统的检测流程图；

图7是基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

参见图1所示，一种基于图像识别的学生坐姿检测与纠正系统，包括：

人脸图像检测模块，用于检测进入摄像区域的人脸图像；

人脸姿态估计模块，用于获取人脸器官的几何特征，定位人脸特征点并利用获得的人脸特征点构建人脸特征三角形，当人脸发生姿态变化时，利用该人脸特征三角形的位置变化进行姿态参数的估计，获得估计姿态参数；

音频输出模块，用于比较估计姿态参数与标准姿态参数，并根据比较结果输出姿态纠正提示音频。