[发明专利]一种智能矫姿座椅、矫姿方法及系统

说明书

本发明涉及一种智能矫姿座椅、矫姿方法及系统。该智能矫姿座椅包括：传感器、摄像机、步进电机、蜂鸣器、扬声器、显示器和单片机，传感器用于采集人体坐姿数据，摄像机用于采集人体坐姿图像，传感器和摄像机与单片机连接，步进电机与单片机连接，单片机用于对人体坐姿数据和人体坐姿图像进行分析，通过控制步进电机改变座椅的高度和椅背的倾斜角度，单片机分别与蜂鸣器、扬声器和显示器连接，扬声器用于提示颈部的倾斜度改变量，显示器用于显示颈部的倾斜度改变量，蜂鸣器用于在人体坐姿数据和人体坐姿图像超过设定阈值设定值后发出报警。本发明能够提升坐姿检测信息的准确性。

技术领域

本发明涉及座椅智能矫姿领域，特别是涉及一种智能矫姿座椅、矫姿方法及系统。

背景技术

目前在相关实验中检测人体坐姿的方法，主要有以下三种：

通过对头部和肩膀与水平方向的角度关系分析的方法。首先进行背景相减得到人体的轮廓，然后进行水平投影，找出投影的最低点，将头部和躯干分隔开来。再根据头部与躯干的分界线，寻找肩膀所在边缘像素点，得到肩膀所在的直线，最后就可得到头部垂直轴，左右肩膀与水平方向的角度，通过判断角度是否在标准角度范围内，来确定坐姿是否标准。但此方法有如下缺点：当室内环境改变时，比如光照，需要重新取一张作为背景；确定肩膀所在的直线容易受到干扰；根据三个角度来判断坐姿，只能从某一方面来纠正人体坐姿，不能对坐姿进行全面的分析判断。

根据人脸的大小和位置或头顶的位置来判断的方法。此方法先要采取一个良好的坐姿图像作为标准(人脸大小和位置)，后续判别就与标准相比较。例如，如果待分析图像中的人脸占图像的比例大于标准图像，则说明人体距离显示器比较近，如果人脸的位置在图像中向左偏移了，则说明人体向右倾斜了。基于这种判别便可以对人体坐姿的位置进行检测判断。但此方法的局限在于目标人物不能有任何头部动作，在具体应用中很难实现。

对人体坐姿中的头部位置的改变进行实时数据分析的方法。使用摄像头将头像的位置完全记录下来，以一定规律的时间间隔读取视频中人体头型位置，判断头像位置的偏移程度、角度等与标准坐姿下的头像坐标所产生的不同，以此来判断人体是否处于标准坐姿。利用机器视觉技术对监控图像进行差分，与标准的监测矩形对比分析，计算出视频中人体的整体轮廓在检测矩形中的占有率，系统计算分析从而确定人体坐姿的状态。还可以利用人体监控中提取的头像、肩膀等定位，根据对关键点的定位分析，判断出目标图像是人体坐姿的正面还是侧面等。但在检测过程中检测出的信息只有人体与显示器的相对位置，无法确定人体脊椎是否弯曲。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能矫姿座椅、矫姿方法及系统，能够提升坐姿检测信息的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种智能矫姿座椅，包括：传感器、摄像机、步进电机、蜂鸣器、扬声器、显示器和单片机，所述传感器用于采集人体坐姿数据，所述摄像机用于采集人体坐姿图像，所述传感器和所述摄像机与所述单片机连接，所述步进电机与所述单片机连接，所述单片机用于对所述人体坐姿数据和所述人体坐姿图像进行分析，通过控制所述步进电机改变座椅的高度和椅背的倾斜角度，所述单片机分别与所述蜂鸣器、所述扬声器和所述显示器连接，所述扬声器用于提示颈部的倾斜度改变量，所述显示器用于显示颈部的倾斜度改变量，所述蜂鸣器用于在所述人体坐姿数据和所述人体坐姿图像超过设定阈值设定值后发出报警。

可选的，所述传感器包括加速度传感器、超声波传感器和肌电传感器，所述加速度传感器用于采集人体不同坐姿下颈部的倾斜度变化量，所述超声波传感器用于采集人体头部和椅背的距离，所述肌电传感器用于采集人体不同坐姿下腰部和肩部的肌电信号。

可选的，所述超声波传感器采用HC-SR04超声波传感器。

可选的，所述单片机采用STM32F407单片机。

可选的，所述显示器采用TFTLCD显示屏。