基于ReaISense的坐姿检测技术

摘要：针对越来越多的年轻人使用电脑进行办公的时间越来越长，坐姿不正确导致的颈肩腰部疾病发病率及视力下降的问题，设计了一种不需要额外佩戴智能硬件的坐姿检测技术。该方案使用Intel最新的ReaISense 3D摄像头进行画面采集，通过对三维数据的实时分析，准确的判断出用户的坐姿情况，相对于智能硬件的解决方案可以大幅度提高准确度，市场上新出的笔记本电脑中带有ReaISense的型号也较多，具有较好的应用前景。 
　　关键词：坐姿检测；实感摄像头；ReaISense；三维数据 
　　DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.1.021 
　　引言 
　　计算机的飞速普及，让人们将越来越多的工作放在计算机上去完成，各行各业，尤其是程序开发人员、文字工作者，在计算机上的工作时间越来越长，这种情况下不良的坐姿对颈肩腰椎都会产生很大影响，容易导致多种疾病的发生。青少年接触计算机的年龄越来越小，保持良好的坐姿对于青少年的成长发育以及保护视力都大有裨益。调查显示肩部腰部疾病的发病率越来越高，发病年龄越来越小，跟长期坐着工作有关，我们还发现有一些奇特的办公是站立办公甚至在跑步机上办公。这些问题都说明，坐姿正确与否对健康有很大影响。在工作强度越来越大、休息锻炼时间越来越少的今天，如何保持正确坐姿就变得非常有必要了。 
　　本文首先介绍英特尔ReaISense实感设备^[1]的组成结构以及该设备是如何获得现实场景下的三维数据。针对本课题，利用英特尔ReaISense官方SDK提取出用户面部大约70个特征点的三维数据。这些特征点的三维数据是本文坐姿检测算法的基础。在得到用户面部70多个点的三维数据之后，计算出用户此时头部的转动及俯仰角度、头部与计算机显示屏之间的距离，并使用支持向量机（SVM）^[2]进行训练和识别实验，实现了对“歪头”“驼背”“口视过大”“俯视过大”“距离屏幕过近”等不良坐姿的判定，并经过多次实验取得了较好的实验结果。通过与MySQL数据库^[3]的结合，将坐姿特征、每日不同坐姿的时间长度记录下来，进行数据分析，生成报表给用户，从而达到完整的检测、提醒、矫正的目的。 
　　1 实时坐姿检测算法 
　　1.1硬件及开发环境 
　　ReaISense是英特尔推出的深度摄像头，最新一代设备是全VGA分辨率（640x480 60fps）的深度摄像头，以及1080p分辨率的RGB摄像头，在拍摄1080p画面的时候传输速率为30fps。检测范围在0.2米至1.2米之间，根据不同的使用场景和使用的算法，检测的距离也不一样的。目前已经有多款笔记本电脑默认配备ReaISense实感摄像头，本文采用的是开发版本的ReaISense摄像头，用于开发人员进行开发，如图1。 
　　开发款的基本尺寸是150mmx30mmx58mm，根据官方介绍，需要的环境配置如下，需要具备USB3.0接口，根据实际测试，台式机最好使用后置USB3.0接口，保证足够稳定的供电。官方声称需要使用Intel第四代以及之后的酷睿系列CPU才能够完成开发，在本文开发过程中使用的是第三代的Core i5CPU同样能够正常使用。 
　　需要注意的是，目前Intel ReaISense SDK仅支持Windows8.1以及之后的Windows 64位搡作系统、暂不支持MacOS以及Linux。 
　　1.2坐姿检测算法 
　　1.2.1坐姿检测系统设计 
　　整套坐姿检测系统的设计流程如图2。 
　　坐姿检测系统包括五个主要部分，分别是用户信息的录入，设备初始化以及图像预处理，实时坐姿检测、坐姿信息进行统计、内容结果展示与提醒。其中实时坐姿检测模块是本文的重点研究，设计流程如图3。 
　　在实时坐姿检测当中，如果开启目光跟踪技术，则利用目光跟踪技术进行校正，进行辅助判断，以增强系统的稳定性和准确性。