當(dāng)你以為實(shí)感技術(shù)只是讓機(jī)器擁有更多花哨的功能，它已經(jīng)開(kāi)始無(wú)微不至地關(guān)注你的健康，當(dāng)你以為只有背背佳才能幫你矯正坐姿，已有神器遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越它的地位。且看英特爾實(shí)感技術(shù)如何化身大白，幫你擁有完美身形。

實(shí)感技術(shù)無(wú)疑是今年CES舞臺(tái)上的閃耀明星?？剖逶贑ES主題演講中騎著的Segway平衡車(chē)就裝有全新的英特爾實(shí)感ZR300攝像頭，擁有“視覺(jué)”的它不僅可以成為你的代步工具，還能變成機(jī)器人為你端茶倒水，或與其他智能產(chǎn)品互動(dòng)。此外，同期登臺(tái)的Yuneec無(wú)人機(jī)Typhoon H也同樣搭載英特爾實(shí)感技術(shù)，從而獲得實(shí)時(shí)跟隨主人，記錄主人運(yùn)動(dòng)中颯爽英姿的能力。

實(shí)感技術(shù)能讓設(shè)備具有人類(lèi)一樣的感知能力。據(jù)英特爾實(shí)感技術(shù)相關(guān)負(fù)責(zé)人Achntya Bhowmik透露，目前英特爾一方面是縮小實(shí)感攝像頭的尺寸，讓其能適用于手機(jī)、手表等隨身智能設(shè)備，另一方面則是打造一系列軟件庫(kù)，讓實(shí)感技術(shù)可以做更多事情，比如手勢(shì)識(shí)別、臉部識(shí)別、背景移除、3D掃描+打印、機(jī)器人人物識(shí)別以及無(wú)人機(jī)避障、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、虛擬裝飾掩飾等應(yīng)用場(chǎng)景延伸。

隨著實(shí)感技術(shù)的普及與廣泛應(yīng)用，游戲體驗(yàn)將更加真實(shí)，機(jī)器人將更能知冷知熱，手機(jī)、電腦將更加炫酷而又實(shí)用。除此之外，還有更多讓人意想不到的日常生活應(yīng)用！

科再奇在CES上展示了Ninebot公司的Segway個(gè)人平衡車(chē)，它可以變成一個(gè)機(jī)器人

無(wú)論是學(xué)生還是普通上班族，我們坐在桌前的時(shí)間越來(lái)越多，而其中對(duì)著電腦的時(shí)間更是占了一大部分，而正確的坐姿往往并不舒服和自由，久而久之不良坐姿則會(huì)對(duì)我們的肩頸腰椎造成巨大傷害。除了背背佳，你天天面對(duì)的電腦可是提醒你保持正確坐姿的最佳監(jiān)督者，其中的秘密就是CES大熱的實(shí)感技術(shù)。奧妙就在文中揭曉。

本文首先介紹英特爾實(shí)感設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)以及該設(shè)備是如何獲得現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景下的三維數(shù)據(jù)。針對(duì)本課題，利用英特爾實(shí)感技術(shù)官方SDK提取出用戶面部大約70個(gè)特征點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)。這些特征點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)就是本文坐姿檢測(cè)算法的基礎(chǔ)。在獲得用戶面部70多個(gè)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)之后，計(jì)算出用戶此時(shí)頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)及俯仰角度，頭部與計(jì)算機(jī)顯示屏之間的距離，并投入使用；支持向量機(jī)（SVM）行訓(xùn)練和識(shí)別實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“歪頭”、“駝背”、“仰視過(guò)大”、“俯視過(guò)大”、“距離屏幕過(guò)近”等不良坐姿的判定，并經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合，將坐姿特征、每日不同坐姿的時(shí)間長(zhǎng)度記錄下來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，生成報(bào)表給到用戶，從而達(dá)到完整的檢測(cè)、提醒、矯正目的。

實(shí)時(shí)坐姿 檢測(cè)算法 硬 件及開(kāi)發(fā)環(huán)境

實(shí)感技術(shù)是英特爾推出的深度攝像頭，最新一代設(shè)備是全VGA分辨率（640 x 480 60fps）的深度攝像頭，另外具有1080p分辨率的RGB攝像頭，在拍攝1080p畫(huà)面的時(shí)候傳輸速率為30fps，檢測(cè)范圍在0.2米至1.2米之間，根據(jù)不同的使用場(chǎng)景和算法，檢測(cè)距離也不一樣。目前已有多款筆記本電腦配置實(shí)感攝像頭，本文采用的是開(kāi)發(fā)版本的實(shí)感攝像頭，為開(kāi)發(fā)人員而設(shè)，如下圖所示。

開(kāi)發(fā)款攝像頭

開(kāi)發(fā)款的基本尺寸是150mm x 30mm x 58mm，根據(jù)官方介紹開(kāi)發(fā)需要的環(huán)境配置如下：

具備USB 3.0接口，根據(jù)實(shí)際測(cè)試，臺(tái)式機(jī)最好使用后置USB3.0接口，保證足夠穩(wěn)定的供電

官方建議使用第四代以及之后的酷睿系列CPU

在本次開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的是第三代Core i5 CPU

需要注意的是，目前英特爾實(shí)感技術(shù)SDK僅支持Windows 8.1以及之后的Windows操作系統(tǒng)，而且是64位，暫不支持Mac OS 以及Linux。

坐 姿檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整套坐姿檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如下圖所示。

坐姿檢測(cè)系統(tǒng)流程圖

坐姿檢測(cè)系統(tǒng)一共分為五個(gè)主要部分，分別是用戶信息的錄入，設(shè)備初始化以及圖像預(yù)處理，緊接著就是最核心的實(shí)時(shí)坐姿檢測(cè)，進(jìn)而將坐姿信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行結(jié)果展示與提醒。其中實(shí)時(shí)坐姿檢測(cè)模塊是本文的重點(diǎn)研究方向，設(shè)計(jì)流程如下圖所示。

實(shí)時(shí)坐姿檢測(cè)模塊流程圖

在實(shí)時(shí)坐姿檢測(cè)中，如果開(kāi)啟目光跟蹤技術(shù)，則利用目光跟蹤技術(shù)進(jìn)行校正，進(jìn)行輔助判斷，以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

算 法判定

用戶的頭部運(yùn)動(dòng)以及頭部狀態(tài)是主要的特征提取空間，通過(guò)實(shí)感技術(shù)在三維坐標(biāo)中，對(duì)頭部的仰角（PITCH，繞X軸旋轉(zhuǎn)）、偏航角（YAW，繞Y軸旋轉(zhuǎn)）、翻滾角（ROLL，繞Z軸旋轉(zhuǎn)）、高度信息、空間位置信息進(jìn)行坐標(biāo)變換提取，將轉(zhuǎn)換過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波，獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐姿比對(duì)，并且頭部信息各項(xiàng)參數(shù)滿足一定指標(biāo)，則判定該用戶的坐姿是端正的，如下圖所示。

用戶坐標(biāo)系

當(dāng)歐拉角的翻滾角ROLL的絕對(duì)值大于10度的時(shí)候，可以認(rèn)為用戶左右歪頭幅度過(guò)大，是錯(cuò)誤的坐姿，需要進(jìn)行提醒。準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，當(dāng)ROLL值為正10度以上的時(shí)候，用戶頭部向右傾斜角度過(guò)大，當(dāng)值為負(fù)10度以上的時(shí)候，用戶頭部向左傾斜角度過(guò)大；當(dāng)歐拉角的YAW的絕對(duì)值大于18度的時(shí)候，可以認(rèn)為用戶頭部的左右轉(zhuǎn)頭扭頭的幅度過(guò)大。這樣的錯(cuò)誤坐姿經(jīng)常出現(xiàn)在程序員群體中，因?yàn)楹芏喑绦騿T都是用兩臺(tái)顯示器或多臺(tái)顯示器，由于桌子不夠大，用戶與顯示器之間距離過(guò)近，在觀看顯示器的時(shí)候需要大幅度的扭頭，對(duì)頸肩部造成額外負(fù)擔(dān)，屬于不良坐姿。當(dāng)YAW值大于正18度的時(shí)候，用戶頭部向右旋轉(zhuǎn)幅度過(guò)大，當(dāng)YAW值小于負(fù)18度的時(shí)候，用戶頭部向左旋轉(zhuǎn)的幅度過(guò)大；當(dāng)歐拉角的PITCH值加5之后的絕對(duì)值大于25度，則可以判定用戶的頭部俯仰程度過(guò)大，屬于不正確坐姿。通常情況下，用戶在使用電腦的時(shí)候顯示器都會(huì)略低于用戶的頭部高度，而最適宜的坐姿也不是頭部一定要平視顯示器，而是稍微低一點(diǎn)點(diǎn)頭，這樣有助于減輕肩部脊椎的壓力，適合長(zhǎng)時(shí)間工作。更準(zhǔn)確地說(shuō)，當(dāng)歐拉角的PITCH值大于20度，用戶是仰起頭在看顯示器畫(huà)面，出現(xiàn)這種情況的典型錯(cuò)誤坐姿就是手托下巴抬頭看顯示器，如下圖所示，在閱讀長(zhǎng)段文字或者瀏覽視頻內(nèi)容的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣的坐姿，而當(dāng)歐拉角的PITCH值小于負(fù)30度的時(shí)候，用戶低頭幅度過(guò)大，可以判定用戶坐姿不正確，這種情況下對(duì)脊柱的損傷較為嚴(yán)重，出現(xiàn)這種不良坐姿的多為佩戴眼鏡的用戶。

手托下巴的錯(cuò)誤坐姿

另外一種典型的錯(cuò)誤坐姿就是距離顯示器過(guò)近，通過(guò)實(shí)感技術(shù)的深度信息，可以快速獲得用戶的頭部、肩部相對(duì)于攝像頭的距離，并且可以精確獲得用戶的眼睛距離攝像頭的距離信息，因此可以快速判斷用戶是否距離顯示器過(guò)近。本文實(shí)驗(yàn)的顯示器尺寸是17寸，用戶與顯示器的最佳距離在70厘米至80厘米，小于70厘米的時(shí)候距離顯示器過(guò)近，通常這樣的情況都是因?yàn)轳劚吃斐傻?，而反過(guò)來(lái)，不但會(huì)對(duì)視力造成嚴(yán)重?fù)p傷，也會(huì)加重駝背的情況。正確坐姿如下圖所示。

正確坐姿

實(shí) 驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)組數(shù)為4組，每組一名同學(xué)，共四人，實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如下：

第一組，實(shí)驗(yàn)天數(shù)5天

第二組，實(shí)驗(yàn)天數(shù)5天

第三組，實(shí)驗(yàn)天數(shù)5天

第四組，實(shí)驗(yàn)天數(shù)5天

通過(guò)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)對(duì)象的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，算法的準(zhǔn)確率在90%以上，相比于傳統(tǒng)的智能硬件識(shí)別方法的40%，準(zhǔn)確率有了大幅提升。但是在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，第二組的檢測(cè)準(zhǔn)確率較低，通過(guò)對(duì)測(cè)試同學(xué)的身高、視力等信息進(jìn)行了解，還發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)重要因素，用戶平時(shí)使用的桌子大小、座椅高低對(duì)用戶的坐姿會(huì)造成很大影響，一套合適的座椅書(shū)桌也是非常有必要的。

E nding來(lái)啦~

本文設(shè)計(jì)了一種利用英特爾實(shí)感攝像頭完成的實(shí)時(shí)坐姿檢測(cè)算法，適用人群為需要長(zhǎng)時(shí)間坐在電腦前工作的白領(lǐng)或者程序員群體，綜合分析用戶頭部、眼部的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷用戶當(dāng)前坐姿是否端正，相比于傳統(tǒng)的智能硬件解決方案，省去了單獨(dú)佩戴智能硬件設(shè)備的繁瑣，并且極大提高了檢測(cè)準(zhǔn)確度，達(dá)到了90%以上，同時(shí)極低的誤警率也保證了在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中不會(huì)干擾到用戶的正常工作。在算法和整體系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)上，仍有一定的優(yōu)化改進(jìn)空間，在對(duì)圖像信息進(jìn)行處理之前，可以采用更好的圖像降噪算法，用戶面部特征數(shù)據(jù)在處理的時(shí)候可以進(jìn)行濾波處理，以減少采集數(shù)據(jù)誤差及跳變對(duì)檢測(cè)造成的影響。