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专利号: 2020108200603
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于压力图像进行睡姿识别处理的颈枕高度调节方法,其特征在于,其包括以下步骤:步骤S1:确定最佳枕高和调节方式;

建立最佳枕高预测函数Y:

其中,Y1为无颈椎病时的最佳枕高、Y2为有颈椎病时的最佳枕高、Y3为仰躺枕高、Y4为侧躺枕高、C为有无颈椎病,C为0代表无颈椎病,C为1代表有颈椎病、λ为颈枕高度调节度、F为调节方式函数;

用户可通过改变调节时间ts和幂次γ选择调节方式函数F:

x为高度调节过程中调节到当前高度所用时间,ts为高度调节所用总时间,为常数;

步骤S2:初步判断人体俯仰躺和侧躺;

S21、由M*W个压力传感器组成的压力检测阵列收集人体在床上的压力信息,将获得的压力值转换为0‑255的灰度值,转换表达式为:其中,P为灰度值、N为压力传感器压力、Nmax为压力最大值、Nmin为压力最小值;

S22、计算压力密度ρ:

其中,Ni为压力值,Pij为压力点个数;

引入双阈值K1、K2,当压力图像的压力密度ρ大于K1时,人体为俯仰躺,若压力图像的压力密度ρ小于K2时,人体为侧躺;

当压力图像的压力密度ρ介于K1和K2之间时,不能准确区分人体处于俯仰躺还是侧躺,此时人体为俯仰躺、未完全侧躺或已侧躺,通过引入压力图像的平衡度标准来判断人体姿势所处状态;

设定阈值K3、K4,对压力图像进行底帽变换去除噪声影响,同时选取若干灰度值大于K5的压力灰度图位置点,选取该点附近n*n个点进行平均差计算,平均差C3为式中,Pp为n*n个点灰度值的平均值,Pij为位置为(i,j)处的灰度值,当C3开始大于梯度阈值K3时,该点值为轮廓点,对各个轮廓点的位置进行统计,此时压力图像的平衡度B为:B=|∑Li‑∑Ri|                        (8)式中,Li为中心线左边轮廓点,Ri为中心线右边轮廓点;

构造影响函数r:

当r处于0到K3时为仰俯躺,当r处于K4到0时为侧躺,当r处于其它值时人体为未完全侧躺状态;

步骤S3:识别人体俯躺和仰躺;

通过基于局部对称性和灰度统计特征的压力密集区域定位方法对压力密集区域进行定位,将压力密度大的区域进行中心对称变换,然后与原图像加权平均得到变换图像,获得标准差C1:式中,Mi为检测窗口中的每个统计点,每个点记为1,Nij为该点压力值;

遍历各区域位置信息得到中心位置信息,将上下两个标准差最大的情况进行标记,得到两定位范围,对定位范围进行比较,即:式中,S上、S下分别为距离头部中心Z最近的检测窗口区域和最远的检测窗口区域,a为上部分面积所占上下两部分面积比例,当a大于K6且S上和S下的距离d小于K7时人体为仰躺姿势,其余为俯躺姿势,其中d为S上和S下中心位置间的距离,K6为0.6,K7与上半身长H2相等;

步骤S4:建立头颈部高度随姿势变化模型,根据上述步骤检测的人体姿势调节最佳枕高。

2.根据权利要求1所述的基于压力图像进行睡姿识别处理的颈枕高度调节方法,其特征在于:当人体为仰躺姿势且时间t内压力密度变化缓慢时枕部高度为Y1;

当人体为仰躺姿势且压力密度快速减小时,检测人体是否为侧躺,如果在时间t内人体仍为侧躺且压力密度变化缓慢,将枕高调整到Y2,如果在时间t内人体为俯躺且压力密度变化缓慢,将枕高调整到最低值Y3;

当人体为侧躺姿势且时间t内压力密度变化缓慢时枕部高度为Y2;

当人体为侧躺姿势且压力密度快速增大时,检测人体是否为仰躺,如果在时间t内人体仍为仰躺且压力密度变化缓慢,将枕高调整到Y1,如果在时间t内人体为俯躺且压力密度变化缓慢,将枕高调整到最低值Y3。

3.一种用于权利要求1所述的基于压力图像进行睡姿识别处理的颈枕高度调节方法的颈枕高度调节装置,其包括枕头外皮、压力传感器、横板、侧板、电动推杆、固定柱、转轴、控制单元、羽绒填充层、电源模块、蓝牙模块和压力传感器阵列,其特征在于:所述电动推杆连接固定柱和侧板,所述固定柱连接横板,所述控制单元连接电动推杆、压力传感器和压力传感器阵列,所述电源模块向传感器及控制器提供电源,所述压力传感器阵列收集人体压力图像进行人体睡姿识别,所述压力传感器接收头部压力数据进行头部位置识别,所述控制单元综合分析人体压力图像信息和头部压力数据,并通过控制电动推杆使侧板转动,改变颈枕高度;

所述控制单元根据不同压力传感器压力大小确定头部中心位置,装置高度l与压力传感器压力N成负相关,装置高度与电动推杆长度L成正相关,函数式如下:l=αN+βL                           (12)其中,α、β为相关系数,其中α为正β为负。