一种智能式读写坐姿矫正装置的制作方法

技术领域：

本发明属于人体坐姿矫正技术领域，特别涉及一种采集人体轮廓特征信息判断和矫正读写时坐姿的智能式矫正装置，该装置可以设置在读写者四周任何位置，适应于青少年学习环境中，且技术简单可靠。

背景技术：
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青少年坐姿与身体发育、视力保护有着密切的关系。坐姿不正确容易引起脊柱两侧受力不平衡，从而压迫脊髓和神经，可引起腰背痛，严重的会引起截瘫或椎管狭窄，影响患者的呼吸系统、消化系统、血液循环系统，从而导致青少年特发性疾病——脊柱侧凸。此外，伏案学习过程中保持长时间前倾的姿势对肌肉、韧带和椎间盘的生理负荷增加导致青少年非特异性下腰痛。再者，长时间、近距离和在强光或弱光下看书写字造成眼睛的调节异常紧张，眼睛疲劳，从而导致近视或近视加深。青少年的标准坐姿要求是：头正肩平身直足平，眼离纸面一尺，手离笔尖一寸，胸离桌缘一拳。青少年本身的自律性比较差，一个人看书学习的时候很难按照要求一直坚持，而家长一直在身边督促时间和精力上又很难达到。中国发明专利cn104951081b公开了一种自动识别读写姿势的方法及其智能预警装置，其通过人体识别技术确定读写者的坐姿，具体过程为：在图像传感器获取的彩色图像和深度图像基础上，通过模式识别方法得到若干个可构成表征该读写人头部、面部或肩部三维姿态网的特征点，然后将三维姿态网处于标准读写姿势时对应的所述测量数据设定为标准参数存入所述识别模块中，再将动态的读写人对应的所述测量数据与标准参数比对，将比对结果通过音频信号输出。然而该装置结构复杂，成本高，且涉及的人体设别技术还处于理论研究阶段，技术实现难度较大，如何采用一种方便直观的方法实现对读写坐姿的矫正成为了亟需解决的问题。

技术实现要素：
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本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种智能式读写坐姿矫正装置，解决了现有的读写坐姿矫正装置存在结构复杂、成本高、技术实现难度较大等问题。

为实现上述目的，本发明涉及的智能式读写坐姿矫正装置，其电路硬件的主体结构包括处理单元、存储单元和电源，电源分别与处理单元和存储单元电连接以提供电能，处理单元包括依次电信息连接的采集模块、人体轮廓图像处理模块、像素点坐标生成模块和报警模块；采集模块用于采集背景视频和读写者的坐姿视频或标准坐姿视频，并将视频信息输送到人体轮廓图像处理模块中，采集模块具体为摄像装置；人体轮廓图像处理模块通过对比背景视频图像和坐姿视频图像或对比背景视频图像和标准坐姿视频图像得到人体轮廓图像或标准人体轮廓图像，并将人体轮廓图像信息输送到像素点坐标生成模块，再将标准人体轮廓图像输送到存储单元备用；像素点坐标生成模块分别以人体轮廓图像和标准人体轮廓图像的中心点为原点建立直角坐标系，处理获取包括所有人体轮廓图像边界点对应的像素点坐标的集合和所有标准人体轮廓图像边界点对应的标准像素点坐标的集合，并将像素点坐标的集合与标准像素点坐标的集合进行比对，得到两者的重合度，根据重合度将需要矫正坐姿的信号输送到报警模块；报警模块包括指示灯或喇叭，当收到需要矫正坐姿的信号时调节指示灯的亮度发出亮度警告或通过喇叭发出声音警告；存储单元用于存储标准人体轮廓图像并将其输送到像素点坐标生成模块。

本发明涉及的智能式读写坐姿矫正装置与现有led照明台灯耦合使用，报警模块中的指示灯代替led照明台灯中的led灯。

本发明涉及的智能式读写坐姿矫正装置还包括通讯连接模块，通讯连接模块与采集模块和像素点坐标生成模块，通讯连接模块通过usb接口或wiff模块连接到互联网，家长携带的智能终端设备，如手机，通过连接互联网络获取读写者的姿势重合度和读写者的坐姿视频。

本发明实现智能式读写坐姿矫正，采用智能式读写坐直矫正装置实施，具体包括以下步骤：

(1)标准坐姿模型建立：将智能式读写坐姿矫正装置固定放置在相对读写者的某一位置，让读写者按照标准坐姿坐下，通过采集模块采集读写者的标准坐姿视频，将标准坐姿视频输入到人体轮廓图像处理模块中，对标准坐姿视频进行背景建模与背景实时更新，将当前帧与背景帧相减得到读写者的标准人体轮廓图像，即标准坐姿模型，将标准坐姿模型命名并存储到存储单元中便于随时读取，为了避免读写者成长或智能式读写坐姿矫正装置所处位置对人体轮廓图像的影响，对于每一个读写者和智能式读写坐姿矫正装置相对读写者所处的位置，更新获取一次标准人体轮廓图像；

(2)实时坐姿信息采集：将智能式读写坐姿矫正装置固定放置在步骤(1)相对读写者的位置，通过采集装置实时采集读写者的坐姿视频，将坐姿视频输入到人体轮廓图像处理模块中，对坐姿视频进行背景建模与背景实时更新，将当前帧与背景帧相减得到读写者的人体轮廓图像；

(3坐姿核实：像素点坐标生成模块分别获取采集模块中的人体轮廓图像和存储单元中的标准人体轮廓图像，分别人体轮廓图像与标准人体轮廓图像的中心点为原点建立直角坐标系，得到包括所有人体轮廓图像边界点对应的像素点坐标的集合和包括所有标准人体轮廓图像边界点对应的标准像素点坐标的集合，将像素点坐标的集合与标准像素点坐标的集合进行重合度比对；

(4)坐姿矫正：若重合度大于等于90％，读写者坐姿无需调整，若重合度小于90％，则比对模块将坐姿调整信号输送到警报模块，报警模块当收到需要矫正坐姿的信号时调节指示灯的亮度发出亮度警告或通过喇叭发出声音警告。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)有效对青少年书写时的坐姿进行矫正；(2)装置结构简单，采用人体轮廓特征信息矫正书写者的坐姿，技术简单可靠，经济实用；(3)为了避免读写者成长或智能式读写坐姿矫正装置所处位置对人体轮廓图像的影响，对于每一个读写者和智能式读写坐姿矫正装置相对读写者所处的位置，更新获取一次标准人体轮廓图像，使用过程中不受读写者所在环境的影响，应用范围广。

附图说明：

图1为本发明涉及的智能式读写坐姿矫正装置结构原理示意框图。

图2为本发明涉及的实现智能式读写坐姿矫正的工艺流程示意框图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的智能式读写坐姿矫正装置，其电路硬件的主体结构包括处理单元5、存储单元7和电源6，电源6分别与处理单元5和存储单元7电连接以提供电能，处理单元5包括依次电信息连接的采集模块1、人体轮廓图像处理模块2、像素点坐标生成模块3和报警模块4；采集模块1用于采集背景视频和读写者的坐姿视频或标准坐姿视频，并将视频信息输送到人体轮廓图像处理模块2中，采集模块1具体为摄像装置；人体轮廓图像处理模块2通过对比背景视频图像和坐姿视频图像或对比背景视频图像和标准坐姿视频图像得到人体轮廓图像或标准人体轮廓图像，并将人体轮廓图像信息输送到像素点坐标生成模块3，再将标准人体轮廓图像输送到存储单元7备用；像素点坐标生成模块3分别以人体轮廓图像和标准人体轮廓图像的中心点为原点建立直角坐标系，处理获取包括所有人体轮廓图像边界点对应的像素点坐标的集合和所有标准人体轮廓图像边界点对应的标准像素点坐标的集合，并将像素点坐标的集合与标准像素点坐标的集合进行比对，得到两者的重合度，根据重合度将需要矫正坐姿的信号输送到报警模块4；报警模块包括指示灯或喇叭，当收到需要矫正坐姿的信号时调节指示灯的亮度发出亮度警告或通过喇叭发出声音警告；存储单元7用于存储标准人体轮廓图像并将其输送到像素点坐标生成模块3。

本实施例涉及的智能式读写坐姿矫正装置与现有led照明台灯耦合使用，报警模块4中的指示灯代替led照明台灯中的led灯。

本实施例涉及的智能式读写坐姿矫正装置还包括通讯连接模块，通讯连接模块与采集模块1和像素点坐标生成模块3，通讯连接模块通过usb接口或wiff模块连接到互联网，家长携带的智能终端设备，如手机，通过连接互联网络获取读写者的姿势重合度和读写者的坐姿视频。

本实施例实现智能式读写坐姿矫正，采用智能式读写坐直矫正装置实施，具体包括以下步骤：

(1)标准坐姿模型建立：将智能式读写坐姿矫正装置固定放置在相对读写者的某一位置，如读写者11点钟方向前0.5米，让读写者按照标准坐姿坐下，通过采集模块1采集读写者的标准坐姿视频，将标准坐姿视频输入到人体轮廓图像处理模块2中，对标准坐姿视频进行背景建模与背景实时更新，将当前帧与背景帧相减得到读写者的标准人体轮廓图像，即标准坐姿模型，将标准坐姿模型命名并存储到存储单元7中便于随时读取，为了避免读写者成长或智能式读写坐姿矫正装置所处位置对人体轮廓图像的影响，对于每一个读写者和智能式读写坐姿矫正装置相对读写者所处的位置，更新获取一次标准人体轮廓图像；

(2)实时坐姿信息采集：将智能式读写坐姿矫正装置固定放置在步骤(1)相对读写者的位置(读写者11点钟方向前0.5米)，通过采集装置1实时采集读写者的坐姿视频，将坐姿视频输入到人体轮廓图像处理模块2中，对坐姿视频进行背景建模与背景实时更新，将当前帧与背景帧相减得到读写者的人体轮廓图像；

(3坐姿核实：像素点坐标生成模块3分别获取采集模块1中的人体轮廓图像和存储单元7中的标准人体轮廓图像，分别人体轮廓图像与标准人体轮廓图像的中心点为原点建立直角坐标系，得到包括所有人体轮廓图像边界点对应的像素点坐标的集合和包括所有标准人体轮廓图像边界点对应的标准像素点坐标的集合，将像素点坐标的集合与标准像素点坐标的集合进行重合度比对；

(4)坐姿矫正：若重合度大于等于90％，读写者坐姿无需调整，若重合度小于90％，则比对模块将坐姿调整信号输送到警报模块4，报警模块4当收到需要矫正坐姿的信号时调节指示灯的亮度发出亮度警告或通过喇叭发出声音警告。