本发明涉及人体数据测量技术领域，尤其涉及一种人体数据测量装置和方法。
背景技术：
随着社会经济的不断发展，健康观念逐步深入人心，人们对自身身体数据越来越重视。现有针对测量身高体重的测量装置通常分为两种，分别为机械型测量仪和超声波型测量仪。机械型测量仪通过压块与被测人员的头顶接触，脚下设有体重计，然后通过读取竖直标尺上的读数来获得被测人员的头顶与基准面之间的距离。超声波型测量仪对于体重测量与机械型测量仪相差不大，其测量身高是利用安装于测量目标头顶上的超声波测距模块实现。上述两种测量装置，都需要在被测人员的头顶位置设置东西，使其支架为“7”型结构，导致测量装置结构高大、笨重，使用不方便。
技术实现要素：
本发明提供的人体数据测量装置和方法，其主要目的在于克服现有测量装置结构高大、笨重，使用不方便的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种人体数据测量装置，包括底座和设置在所述底座上的支架组件；
所述底座的盖板下方设有至少一个用于采集体重信息的称重传感器；
所述支架组件包括主支架、与所述底座垂直设置的导轨、滑块以及安装于所述滑块的摄像模块；
所述导轨固定于所述主支架，所述主支架上安装有驱动机构和传动机构；
所述驱动机构，与所述摄像模块连接，用于在摄像模块控制下驱动所述传动机构运行；
所述传动机构，与所述滑块连接，用于在所述传动机构运行时，带动所述滑块在所述导轨上移动；
所述摄像模块，与所述称重传感器连接，用于在所述摄像模块移动过程中，实时获取所述摄像模块距离所述盖板的位置信息和对应被测人员的人脸图像，并根据所述位置信息和人脸图像利用预设的高度模型生成被测人员的高度信息。
作为一种可实施方式，所述摄像模块包括位移传感器、处理器以及摄像头；
所述位移传感器，与所述摄像头设置于同一水平面，用于采集所述摄像头中心点至所述底座的位置信息；
所述处理器，分别与所述称重传感器、位移传感器以及摄像头连接，用于控制所述摄像头实时获取被测人员的人脸图像，并根据所述位置信息和人脸图像利用预设的高度模型得到高度信息；并控制驱动机构运行。
作为一种可实施方式，所述摄像模块还包括测距仪；
所述测距仪，设置在摄像头旁边，与所述处理器连接，用于在预设距离内出现物体时，生成拍摄控制信号，并将所述拍摄控制信号传输至所述处理器。
作为一种可实施方式，所述摄像模块还包括显示模块；
所述显示模块，与所述处理器连接，用于在所述处理器控制下显示体重信息、高度信息以及人脸图像。
作为一种可实施方式，所述支架组件还包括托架；
所述摄像模块通过所述托架安装在所述滑块上。
作为一种可实施方式，所述驱动机构包括电机和电机控制器；
所述电机安装在所述主支架中；
所述电机控制器，分别与所述电机和摄像模块连接，用于在所述摄像模块控制下使电机运行。
作为一种可实施方式，所述传动机构包括同步带轮、同步带以及轮盘；
所述同步带轮和轮盘分别设置在所述导轨两端，所述同步带轮与所述驱动机构连接；
所述同步带，设置在所述同步带轮和轮盘上，与所述滑块固定连接。
相应的，本发明还提供一种应用人体数据测量装置的测量方法，包括以下步骤；
在测量前，被测人员站到所述底座上，且面朝所述摄像模块的方向；
在测量时，将所述称重传感器采集到体重信息传输至所述摄像模块，通过所述摄像模块控制所述驱动机构驱动所述传动机构运行，使得与传动机构连接的滑块在导轨上向上移动；在所述摄像模块移动过程中，通过摄像模块实时获取所述摄像模块距离所述盖板的位置信息和对应被测人员的人脸图像；并根据所述位置信息和人脸图像利用预设的高度模型生成被测人员的高度信息。
作为一种可实施方式，所述在所述摄像模块移动过程中，通过摄像模块实时获取所述摄像模块距离所述盖板的位置信息和对应被测人员的人脸图像；并根据所述位置信息和人脸图像利用预设的高度模型生成被测人员的高度信息，包括以下步骤；
在所述摄像模块移动到与被测人员的鼻端点位置对齐时，获取所述摄像模块距离所述盖板的鼻端位置信息和对应被测人员的鼻端人脸图像；
在所述摄像模块移动到与被测人员的眉心点位置对齐时，获取所述摄像模块距离所述盖板的眉心位置信息和对应被测人员的眉心人脸图像；
利用预设的高度模型对所述鼻端位置信息、鼻端人脸图像、眉心位置信息以及眉心人脸图像进行估算，得到被测人员的高度信息。
作为一种可实施方式，还包括以下步骤；
在所述摄像模块移动过程中，根据测距仪在预设距离内采集的感应信号，判断在预设距离内是否出现物体；在预设距离内出现物体时，则根据所述摄像模块获取的图像信息，判断是否存在人脸图像；在存在人脸图像时，调整所述摄像模块的高度获取对应位置的人脸图像。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本发明提供的人体数据测量装置和方法，利用设置在底座下方的称重传感器测量被测人员的体重信息，并通过摄像模块控制驱动机构驱动传动机构运行，使得滑块在垂直于底座的导轨上移动，从而使安装于滑块上的摄像模块也移动获取位置信息和对应被测人员的人脸图像，最后利用摄像模块中预设的高度模型生成被测人员的高度信息。本发明不需要在被测人员的头顶位置设置东西，有效减少测量装置整体高度，同时降低整体重量；在测量身高的同时，也能同时测量体重和获取人脸图像。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的人体数据测量装置的爆炸图；
图2为本发明实施例二提供的人体数据测量方法的流程示意图；
图3为人脸图像的特征点示意图。
图中：11、盖板；12、称重传感器；21、主支架；22、导轨；23、滑块；24、摄像模块；241、测距仪；31、电机；41、同步带轮；42、同步带；43、轮盘；5、托架。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
请参阅图1，本发明实施例一提供的人体数据测量装置，包括底座和设置在底座上的支架组件；底座的盖板11下方设有至少一个用于采集体重信息的称重传感器12；支架组件包括主支架21、与底座垂直设置的导轨22、滑块23以及安装于滑块23的摄像模块24；导轨22固定于主支架21，主支架21上安装有驱动机构和传动机构；驱动机构与摄像模块24连接，用于在摄像模块24控制下驱动传动机构运行；传动机构与滑块23连接，用于在传动机构运行时，带动滑块23在导轨22上移动；摄像模块24与称重传感器12连接，用于在摄像模块24移动过程中，实时获取摄像模块24距离盖板11的位置信息和对应被测人员的人脸图像，并根据位置信息和人脸图像利用预设的高度模型生成被测人员的高度信息。
需要说明的是，底座的盖板11是被测人员站立测量的地方，需要被测人员脱鞋站在盖板11上面进行测量。也是测量身高的零基准，即在摄像模块24移动过程中，摄像模块24距离盖板11的位置信息为，摄像模块24距离盖板11上表面的位置信息，可以理解为摄像模块24的摄像头中心点距离盖板11上表面的高度。而盖板11下方设置的称重传感器12可以是1个或多个。于本实施例中，称重传感器12的数量为4个，呈四边形分布。称重传感器12的型号可以为mt1241-100。被测人员站在盖板11上时不容易晃动，从而使得称重传感器12采集的体重信息更加准确。
驱动机构和传动机构可以安装在主支架21上，使得驱动机构和传动机构配合紧凑，避免额外配合机构。驱动机构可以是液压驱动机构、气动驱动机构以及电机31驱动机构，对此并不进行限制。而传动机构是与上述各类驱动机构配合的，在驱动机构驱动下带动滑块23在导轨22上移动。比如，传动机构为传送带。于其他实施例中，驱动机构可以安装在底座中或者外置的。当驱动机构是液压泵结合液压阀实现时，那么液压泵一般来说是外置的。
导轨22是设置在主支架21上，且垂直于底座的盖板11的水平面；滑块23与导轨22相匹配，使得滑块23在传动机构带动下在导轨22上移动。那么安装于滑块23上的摄像模块24自然也随着滑块23的移动而移动。在移动过程中，摄像模块24可以实时获取位置信息和对应的人脸图像。于本实施例中，驱动机构可以直接让滑块23从最低位置上升到最高位置，再从最高位置到最低位置实现一个来回。通过对实时获取位置信息和对应的人脸图像来计算被测人员的高度信息。也可以是只计算对特定几个位置获取的位置信息和对应的人脸图像来计算被测人员的高度信息。如果是后者，这摄像模块24驱动驱动机构的驱动信号也是不一样的。后者需要具有调整的驱动信号。具体的可以是，摄像模块24接收称重传感器12的体重信息生产初始驱动信号，而驱动机构根据初始驱动信号驱动传动机构运行，使得摄像模块24向上移动。在摄像模块24中获取到人脸图像时，通过对人脸图像进行分析，生产调整驱动信号，使得在调整驱动信号控制下将摄像模块24的摄像头调整到特定的位置。比如摄像模块24的摄像头中心点与被测人员的下巴点、嘴唇轮廓点、鼻端点、眼睛轮廓点、眉毛轮廓点或者头顶点对齐。根据这几个特定位置获取的人脸图像和对应的位置信息利用预设的高度模型生成被测人员的高度信息。从而降低摄像模块24的运算量。从而使得所有检测采集部件设置与底盘或主支架21中，避免和现有技术的测量装置一样需要在被测人员的头顶位置设置东西，有效减少测量装置整体高度，同时降低整体重量。
而支架组件包括托架5，为了使摄像模块24能够安装在滑块23上预设位置，在滑块23上先固定连接托架5，再将摄像模块24卡接在托架5上。而托架5具有弹性的卡爪，方便摄像模块24装卸。而且容易调整摄像模块24的位置，使得摄像模块24的摄像头与盖板11的水平面垂直，降低摄像模块24获取的人脸图像的质量。
本发明提供的人体数据测量装置，利用设置在底座下方的称重传感器12测量被测人员的体重信息，并通过摄像模块24控制驱动机构驱动传动机构运行，使得滑块23在垂直于底座的导轨22上移动，从而使安装于滑块23上的摄像模块24也移动获取位置信息和对应被测人员的人脸图像，最后利用摄像模块24中预设的高度模型生成被测人员的高度信息。本发明不需要在被测人员的头顶位置设置东西，有效减少测量装置整体高度，同时降低整体重量；在测量身高的同时，也能同时测量体重和获取人脸图像。
下面对各部件进行详细说明：
摄像模块24包括位移传感器、处理器、摄像头、测距仪241以及显示模块；位移传感器，与摄像头设置于同一水平面，用于采集摄像头中心点至底座的位置信息；处理器，分别与称重传感器12、位移传感器以及摄像头连接，用于控制摄像头实时获取被测人员的人脸图像，并根据位置信息和人脸图像利用预设的高度模型得到高度信息；并控制驱动机构运行。测距仪241，设置在摄像头旁边，与处理器连接，用于在预设距离内出现物体时，生成拍摄控制信号，并将拍摄控制信号传输至处理器。显示模块，与处理器连接，用于在处理器控制下显示体重信息、高度信息以及人脸图像。
位移传感器、处理器、摄像头、测距仪241以及显示模块均集成在摄像模块24的壳体中，而通过与壳体卡接就能固定整个摄像模块24。处理器是数据处理的中心，其内置预设的高度模型。位移传感器的型号可以是pme12-f-50-b，能够准确测量摄像头中心点至底座的位置信息。而测距仪241是现有的仪器，在测距仪241预设距离内出现物体时，生成拍摄控制信号，处理器根据拍摄控制信号就能控制摄像头获取图像，并分析获取的图像中是否存在人脸图像，如果存在人脸图像就记录对应的位置信息。显示模块将最后得到的体重信息、高度信息以及人脸图像显示给用户看，使得用户一次测量就能知道获得体重信息、高度信息以及人脸图像这三者信息。而且可以以人脸图像为分类标准，将每个用户测量的数据进行存储。于其他实施例中，摄像模块24还包括语音提示模块，与处理器连接，用于在处理器控制下语音提示用户站姿和播报测试数据。
为了使驱动机构能够直接设置在主支架21上，驱动机构包括电机31和电机控制器；电机31安装在主支架21中；电机控制器分别与电机31和摄像模块24连接，用于在摄像模块24控制下使电机31运行。电机31包括不限于伺服电机31、步进电机31、力矩电机31以及开关磁阻电机31；根据采用电机31种类的不同，而采用对应的电机控制器。使得电机31在电机31控制下运行，确保摄像模块24调整的准确性和及时性。
于本实施例中，传动机构包括同步带轮41、同步带42以及轮盘43；同步带轮41和轮盘43分别设置在导轨22两端，同步带轮41与驱动机构连接；同步带42，设置在同步带轮41和轮盘43上，与滑块23固定连接。传动机构可以设置在导轨22的旁边，同步带42在转动时，与同步带42固定连接的滑块23也就在同步带42的带动下在导轨22上移动。那么驱动机构电机31的转动量直接与滑块23的移动量成正比。实现精确调整摄像模块24位置。
于本实施例中，本测量装置完整的工作过程可以是如下进行。测量装置处于停止状态时，滑块23位于最低极限位置。在被测人员站在盖板11上时，测量装置开始工作，称重传感器12向摄像模块24的处理器实时发送体重信息的数据。当体重信息超过一定值(如10公斤)时，语音提示模块提示使用者保持直立面向摄像模块24；处理器控制驱动机构控制同步带42转动，使滑块23向上移动。测距仪241感知前方一定范围内(如30cm内)是否有物体存在；若有，则摄像模块24实时检测是否有人脸存在。若不存在人脸，滑块23持续上行直到最高极限位置后，将滑块23下移，并检测是否有人脸存在，若无人脸存在，滑块23持续下移到最低极限位置。若检测到有人脸存在，处理器通过驱动机构和传动机构配合调整滑块23，控制摄像模块24的竖直高度，先后使所拍摄到人脸图像其中心高度位置为人脸特征点的鼻端点和眉心点位置，并调用高度模型，获得高度信息。显示被测人员的体重信息、高度信息以及人脸图像并保存。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种人体数据测量方法，该方法的实施可参照上述系统的过程实现，该方法是依据上述测量装置实现的，重复之处不再冗述。
如图2所示，是本发明实施例二提供的人体数据测量方法的流程示意图，包括以下步骤；
s100、在测量前，被测人员站到底座上，且面朝摄像模块的方向；
s200、在测量时，将称重传感器采集到体重信息传输至摄像模块，通过摄像模块控制驱动机构驱动传动机构运行，使得与传动机构连接的滑块在导轨上向上移动；在摄像模块移动过程中，通过摄像模块实时获取摄像模块距离盖板的位置信息和对应被测人员的人脸图像；并根据位置信息和人脸图像利用预设的高度模型生成被测人员的高度信息。
在处理器中，需要预设高度模型。该模型可以通过对样本数据的学习获得。对大量人脸正面图像样本数据进行特征点标注如图3所示，特征点包括：下巴点a、嘴唇轮廓点、鼻端点c、眼睛轮廓点、眉毛轮廓点、头顶点f等；并将嘴唇轮廓点的中心作为嘴唇中心点b，两个眼睛轮廓点的中心点作为两眼中心点d，将两眉毛轮廓点的中心点作为眉心点e。对每张人脸正面图像样本数据，分别计算嘴唇中心点b、鼻端点c、两眼中心点d、眉心点e、头顶点f到下巴点a的距离，分别记为d1、d2、d3、d4、d5。根据d1′＝d1/d3、d2′＝d2/d3、d3′＝d3/d3＝1、d4′＝d4/d3、d5′＝d5/d3，计算获得去除图像缩放尺度的度量值，即从每张人脸正面图像上获得数据{d1′,d2′,1,d4′,d5′}。根据大量的样本数据，建立d5′相对于d1′,d2′,1,d4′的函数表达式，即d5′＝f(d1′,d2′,1,d4′)；对d5′函数表达式的求解可采用多元非线性回归、多层神经网络等。
利用摄像模块中预设的高度模型根据位置信息和人脸图像计算得到被测人员的高度信息，而不需要在被测人员的头顶位置设置东西，有效减少测量装置整体高度，同时降低整体重量；在测量身高的同时，也能同时测量体重和获取人脸图像。
进一步的，步骤s200中包括以下步骤；
s210、在摄像模块移动到与被测人员的鼻端点位置对齐时，获取摄像模块距离盖板的鼻端位置信息和对应被测人员的鼻端人脸图像；
s220、在摄像模块移动到与被测人员的眉心点位置对齐时，获取摄像模块距离盖板的眉心位置信息和对应被测人员的眉心人脸图像；
s230、利用预设的高度模型对鼻端位置信息、鼻端人脸图像、眉心位置信息以及眉心人脸图像进行估算，得到被测人员的高度信息。
在摄像模块移动到与被测人员的鼻端点位置对齐时，获取摄像模块距离盖板的鼻端位置信息和对应被测人员的鼻端人脸图像。此时，记录摄像头的竖直高度值(y1)，以及以下人脸特征点在鼻端人脸图像中高度方向的坐标值，分别标记如下；下巴点(p_y1)、嘴唇中心点(p_y2)、鼻端点(p_y3)、两眼中心点(p_y4)以及眉心点(p_y5)；鼻端位置信息即为这里的(y1)。
计算获得去除图像缩放尺度的度量值，即d1′＝(p_y2-p_y1)/(p_y4-p_y1)、d2′＝(p_y3-p_y1)/(p_y4-p_y1)、d3′＝(p_y4-p_y1)/(p_y4-p_y1)＝1以及d4′＝(p_y5-p_y1)/(p_y4-p_y1)。并由d5′相对于d1′,d2′,1,d4′的函数表达式，d5′＝f(d1′,d2′,1,d4′)，计算求出与图像尺度无关的头顶点到下巴点的距离的d5′，以及(d5′-d2′)也即与图像尺度无关的头顶点到鼻端点的距离。
在摄像模块移动到与被测人员的眉心点位置对齐时，获取摄像模块距离盖板的眉心位置信息和对应被测人员的眉心人脸图像；此时记录摄像头的竖直高度值(y2)；即眉心位置信息为(y2)。拍摄人体图像并存储。眉心人脸图像上标记的特征点和鼻端人脸图像标记的相同。令s1＝(p_y5-p_y3)/(p_y4-p_y1)，令y3＝(d5′-d2′)×(y2-y1)/s1，则y3即为鼻子端点到头顶在高度方向上的物理距离，(y1+y3)即为人体的高度。从而得到准确的被测人员的高度信息。
进一步的，本发明实施例三提供的人体数据测量方法，与实施例二相比，区别在于，还包括以下步骤；在摄像模块移动过程中，根据测距仪在预设距离内采集的感应信号，判断在预设距离内是否出现物体；在预设距离内出现物体时，则根据摄像模块获取的图像信息，判断是否存在人脸图像；在存在人脸图像时，调整摄像模块的高度获取对应位置的人脸图像。从而减少对人脸图像的计算量，且对被测人员的高度信息的计算结果没有影响。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。