基于kinect傳感器的老人摔倒檢測(cè)

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1、基于Kinect傳感器的老人摔倒檢測(cè)鄢然河海大學(xué)常州校區(qū)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院摘要：當(dāng)今社會(huì)的獨(dú)居老人越來(lái)越多，獨(dú)居老人的監(jiān)護(hù)已經(jīng)成為一個(gè)社會(huì)問(wèn)題。為使獨(dú)居老人在家發(fā)生摔倒吋能被及吋發(fā)現(xiàn)并告知其子女，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了不受可見(jiàn)光影響、保護(hù)老人隱私的基于Kinect傳感器的老人摔倒檢測(cè)系統(tǒng)。使用Kinect傳感器獲取深度圖像和老人的骨骼點(diǎn)信息，通過(guò)計(jì)算胯骨中心高度以及脊柱中心點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)老人的動(dòng)作進(jìn)行判斷。當(dāng)檢測(cè)到可能發(fā)生摔倒時(shí)，對(duì)老人進(jìn)行語(yǔ)音詢問(wèn)，若得到確認(rèn)立即給老人子女發(fā)送電子郵件進(jìn)行通知。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到老人摔倒的發(fā)生并發(fā)送電子郵件，同吋，老人也可根據(jù)語(yǔ)音提示做出相應(yīng)動(dòng)作將

2、摔倒警報(bào)解除，減小系統(tǒng)誤差。關(guān)鍵詞：Kinect;摔倒檢測(cè);1引言隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)，“空巢老人”的比例不斷提高。當(dāng)空巢老人發(fā)生跌倒時(shí),常因無(wú)法快速發(fā)送求救信號(hào)，導(dǎo)致救助不及時(shí)從而造成嚴(yán)重后果。因此，針對(duì)老人的家庭摔倒檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)具有重要意義。0前，針對(duì)老年人摔倒的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括三種方法：(1)通過(guò)可穿戴設(shè)備對(duì)老人的姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而進(jìn)行摔倒動(dòng)作的判斷。這種方法使用的傳感器包括速度傳感器、陀螺儀傳感器等，設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高，長(zhǎng)期穿戴會(huì)使設(shè)備有一定損耗，并給老人生活造成不便。(2)環(huán)境式摔倒檢測(cè)方法，在老人活動(dòng)區(qū)域中的不同位罝放罝傳感器，通過(guò)監(jiān)測(cè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音以及

3、接觸地面時(shí)發(fā)出的震動(dòng)對(duì)摔倒動(dòng)作進(jìn)行檢測(cè)，環(huán)境噪聲的干擾將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成較大影響。(3)棊于視覺(jué)傳感器的摔倒檢測(cè)系統(tǒng)，原理是在檢測(cè)A標(biāo)的活動(dòng)區(qū)域內(nèi)安裝圖像采集設(shè)備，通過(guò)對(duì)老人動(dòng)作特征的提取進(jìn)行摔倒動(dòng)作的判斷。這種方法可降低環(huán)境噪聲的干擾，但是老人的生活隱私將被暴露，影響其正常生活。本文提出的摔倒檢測(cè)算法利用Kinect傳感器采集老人活動(dòng)的信息和老人的關(guān)節(jié)點(diǎn)并將釆集到的彩色圖像轉(zhuǎn)換為深度圖像，實(shí)現(xiàn)了一種摔倒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)。系統(tǒng)可獲取老人運(yùn)動(dòng)時(shí)重心的高度和運(yùn)動(dòng)的速度，通過(guò)閾值判斷老人是否摔倒。滿足摔倒判斷條件并通過(guò)語(yǔ)音對(duì)老人進(jìn)行詢問(wèn)得到確認(rèn)之后，系統(tǒng)會(huì)給老人子女發(fā)送郵件進(jìn)行提醒，保證了系統(tǒng)檢

4、測(cè)的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性和老人使用的舒適性。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1人體特征提取與動(dòng)作分析Kinect傳感器是微軟公司開(kāi)發(fā)的一?種3D體感攝影機(jī)，其圖像采集裝置包括最左側(cè)的紅外攝影機(jī)和分別位于屮間和最右側(cè)的彩色攝像頭和紅外攝像頭。深度數(shù)據(jù)流由深度閣像幀組成，在每個(gè)深度閣像幀中包含了從Kinect紅外攝像頭的視角看出去，目標(biāo)物對(duì)應(yīng)的(X，y)點(diǎn)坐標(biāo)距離攝像頭平面的距離。在獲取檢測(cè)目標(biāo)的深度圖像之后，Kinect傳感器可提取檢測(cè)目標(biāo)的骨骼點(diǎn)數(shù)據(jù)，共形成20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。如圖1所示。根據(jù)Kinect骨骼圖像屮各骨骼點(diǎn)的坐標(biāo)位置可計(jì)算出人體屮心的高度，結(jié)合Kinect骨骼閣的幀率為30fps，可獲取目標(biāo)的

5、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)而進(jìn)行摔倒動(dòng)作的判斷與檢測(cè)。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析根據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)，在成年人正常站立時(shí)胯骨中心點(diǎn)(HipCenter)與地面的距離和正常活動(dòng)時(shí)脊柱屮心點(diǎn)(Spine)上下運(yùn)動(dòng)的速度均在一定范圍內(nèi)。因此，在老人活動(dòng)時(shí)只需要對(duì)其胯骨中心點(diǎn)的高度和脊柱中心點(diǎn)的上下運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)胯骨中心點(diǎn)的高度H小于閾值H’并且脊柱中心點(diǎn)的速度V大于閾值V’時(shí)認(rèn)為老人可能摔倒。為減小檢測(cè)誤差，在系統(tǒng)認(rèn)為老人可能摔倒后即對(duì)老人進(jìn)行語(yǔ)音詢問(wèn)，若老人根據(jù)語(yǔ)音提示做出相應(yīng)動(dòng)作，即可解除摔倒警報(bào)。若老人未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按照系統(tǒng)要求進(jìn)行動(dòng)作的反饋，系統(tǒng)將自動(dòng)通過(guò)163郵箱給老人子女發(fā)送電子郵件進(jìn)行提醒。

6、對(duì)于監(jiān)測(cè)目標(biāo)高度的檢測(cè)，胯骨中心點(diǎn)高度定義為胯骨中心點(diǎn)的Y值與左右腳掌的平均Y值的差值，即H=HipCenter.Y-(LeftFoot.Y+RightFoot.Y)/2。由于摔倒姿勢(shì)大多為仰臥式或跪地式，胯骨中心點(diǎn)距離地面的距離將會(huì)很小，考慮到老年人穿衣服的厚度等多種情況，將胯骨屮心點(diǎn)高度閾值11’設(shè)置為0.2較為合適。即當(dāng)H<0.2時(shí)，則認(rèn)為監(jiān)測(cè)到摔倒特征。對(duì)于監(jiān)測(cè)目標(biāo)脊柱中心點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)速度的檢測(cè)，每隔10幀計(jì)算一次人體中心下降的速度V。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及文獻(xiàn)參考，一般認(rèn)為下降速度在1.2廣2.05m/s時(shí)可能發(fā)生摔倒。在本實(shí)驗(yàn)中，將中心點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的閾值V’設(shè)置為0.35m/S，即當(dāng)

7、V〉0.35時(shí)，即認(rèn)為監(jiān)測(cè)到摔倒特征。當(dāng)同時(shí)監(jiān)測(cè)到上述兩個(gè)特征時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)老人的狀況進(jìn)行語(yǔ)音詢問(wèn)進(jìn)行確認(rèn)。圖l:Kinect釆集到的人體骨骼點(diǎn)下載原圖圖2:從深度圖像獲取的重心高度和速度值下載原圖系統(tǒng)采集深度圖像信息如圖2所示。3實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)表明，該老人摔倒檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確率高，算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，可解決獨(dú)自居家的老人發(fā)生意外摔倒時(shí)得不到及時(shí)救助的問(wèn)題。與此同時(shí)，該系統(tǒng)只顯示深度圖像，可以很好地保護(hù)老人的隱私。另外，Kinect傳感器價(jià)格不高，檢測(cè)準(zhǔn)確，具有很