Python圖像處理篇之opencv實(shí)現(xiàn)坐姿檢測(cè)
前言
坐姿檢測(cè)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的一個(gè)應(yīng)用,可以通過(guò)分析人體姿態(tài)來(lái)判斷是否保持正確坐姿。下面我將介紹使用Python實(shí)現(xiàn)坐姿檢測(cè)的方法和完整代碼。
一、方法概述
使用OpenCV和MediaPipe
使用OpenCV和MediaPipe:MediaPipe提供了現(xiàn)成的人體姿態(tài)估計(jì)模型
關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)
關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè):檢測(cè)身體關(guān)鍵點(diǎn)(如肩膀、耳朵、臀部等)
角度計(jì)算
角度計(jì)算:計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)之間的角度來(lái)判斷坐姿
姿態(tài)評(píng)估
姿勢(shì)評(píng)估:根據(jù)角度閾值判斷坐姿是否正確
二、完整代碼實(shí)現(xiàn)
import cv2
import mediapipe as mp
import numpy as np
import time
class PostureDetector:
def __init__(self, mode=False, upBody=False, smooth=True,
detectionCon=0.5, trackCon=0.5):
"""
初始化姿勢(shì)檢測(cè)器
參數(shù):
mode: 是否靜態(tài)圖像模式 (False表示視頻流)
upBody: 是否只檢測(cè)上半身
smooth: 是否平滑處理
detectionCon: 檢測(cè)置信度閾值
trackCon: 跟蹤置信度閾值
"""
self.mode = mode
self.upBody = upBody
self.smooth = smooth
self.detectionCon = detectionCon
self.trackCon = trackCon
self.mpDraw = mp.solutions.drawing_utils
self.mpPose = mp.solutions.pose
self.pose = self.mpPose.Pose(
static_image_mode=self.mode,
model_complexity=1,
smooth_landmarks=self.smooth,
enable_segmentation=False,
smooth_segmentation=self.smooth,
min_detection_confidence=self.detectionCon,
min_tracking_confidence=self.trackCon
)
# 坐姿評(píng)估參數(shù)
self.good_posture_time = 0
self.bad_posture_time = 0
self.posture_status = "Unknown"
self.last_posture_change = time.time()
def find_pose(self, img, draw=True):
"""
檢測(cè)圖像中的姿勢(shì)關(guān)鍵點(diǎn)
參數(shù):
img: 輸入圖像 (BGR格式)
draw: 是否繪制關(guān)鍵點(diǎn)和連接線
返回:
帶標(biāo)注的圖像和姿勢(shì)關(guān)鍵點(diǎn)
"""
img_rgb = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
self.results = self.pose.process(img_rgb)
if self.results.pose_landmarks and draw:
self.mpDraw.draw_landmarks(
img, self.results.pose_landmarks,
self.mpPose.POSE_CONNECTIONS)
return img
def get_landmarks(self, img):
"""
獲取所有姿勢(shì)關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)
參數(shù):
img: 輸入圖像
返回:
關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)列表 (x,y,z) 或 None
"""
self.landmarks = []
if self.results.pose_landmarks:
for id, lm in enumerate(self.results.pose_landmarks.landmark):
h, w, c = img.shape
cx, cy = int(lm.x * w), int(lm.y * h)
self.landmarks.append([id, cx, cy, lm.z])
return self.landmarks
def calculate_angle(self, a, b, c):
"""
計(jì)算三個(gè)點(diǎn)之間的角度
參數(shù):
a, b, c: 三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo) (x,y)
返回:
角度 (degrees)
"""
a = np.array(a)
b = np.array(b)
c = np.array(c)
radians = np.arctan2(c[1]-b[1], c[0]-b[0]) - np.arctan2(a[1]-b[1], a[0]-b[0])
angle = np.abs(radians * 180.0 / np.pi)
if angle > 180.0:
angle = 360 - angle
return angle
def evaluate_posture(self, img, draw=True):
"""
評(píng)估坐姿是否正確
參數(shù):
img: 輸入圖像
draw: 是否在圖像上繪制評(píng)估結(jié)果
返回:
圖像和坐姿評(píng)估結(jié)果
"""
current_time = time.time()
posture_changed = False
if not self.landmarks or len(self.landmarks) < 33:
return img, "No person detected"
# 獲取需要的關(guān)節(jié)點(diǎn)
left_shoulder = self.landmarks[11][1:3] # 11: 左肩
right_shoulder = self.landmarks[12][1:3] # 12: 右肩
left_ear = self.landmarks[7][1:3] # 7: 左耳
right_ear = self.landmarks[8][1:3] # 8: 右耳
left_hip = self.landmarks[23][1:3] # 23: 左髖
right_hip = self.landmarks[24][1:3] # 24: 右髖
# 計(jì)算肩膀中點(diǎn)
shoulder_mid = (
(left_shoulder[0] + right_shoulder[0]) // 2,
(left_shoulder[1] + right_shoulder[1]) // 2
)
# 計(jì)算耳朵中點(diǎn)
ear_mid = (
(left_ear[0] + right_ear[0]) // 2,
(left_ear[1] + right_ear[1]) // 2
)
# 計(jì)算髖部中點(diǎn)
hip_mid = (
(left_hip[0] + right_hip[0]) // 2,
(left_hip[1] + right_hip[1]) // 2
)
# 計(jì)算脊柱角度 (肩膀-髖部-垂直線)
spine_angle = self.calculate_angle(
(shoulder_mid[0], shoulder_mid[1] - 100), # 肩膀上方一點(diǎn)
shoulder_mid,
hip_mid
)
# 計(jì)算頸部角度 (耳朵-肩膀-水平線)
neck_angle = self.calculate_angle(
(ear_mid[0] - 100, ear_mid[1]),
ear_mid,
shoulder_mid
)
# 坐姿評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)
good_spine = 160 < spine_angle < 200 # 脊柱應(yīng)該接近垂直
good_neck = 70 < neck_angle < 110 # 頸部應(yīng)該接近垂直
# 判斷坐姿
new_status = "Good" if good_spine and good_neck else "Bad"
# 更新姿勢(shì)狀態(tài)時(shí)間
if new_status != self.posture_status:
posture_changed = True
self.last_posture_change = current_time
self.posture_status = new_status
else:
if new_status == "Good":
self.good_posture_time += 1
else:
self.bad_posture_time += 1
# 在圖像上繪制結(jié)果
if draw:
# 繪制關(guān)鍵點(diǎn)和連接線
cv2.circle(img, ear_mid, 8, (255, 0, 0), cv2.FILLED)
cv2.circle(img, shoulder_mid, 8, (255, 0, 0), cv2.FILLED)
cv2.circle(img, hip_mid, 8, (255, 0, 0), cv2.FILLED)
cv2.line(img, ear_mid, shoulder_mid, (255, 0, 0), 3)
cv2.line(img, shoulder_mid, hip_mid, (255, 0, 0), 3)
# 顯示角度信息
cv2.putText(img, f"Spine Angle: {int(spine_angle)}",
(10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2)
cv2.putText(img, f"Neck Angle: {int(neck_angle)}",
(10, 60), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2)
# 顯示坐姿狀態(tài)
color = (0, 255, 0) if new_status == "Good" else (0, 0, 255)
cv2.putText(img, f"Posture: {new_status}",
(10, 90), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, color, 2)
# 顯示時(shí)間統(tǒng)計(jì)
cv2.putText(img, f"Good Time: {self.good_posture_time//10}s",
(10, 120), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 255, 0), 1)
cv2.putText(img, f"Bad Time: {self.bad_posture_time//10}s",
(10, 140), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 0, 255), 1)
# 如果姿勢(shì)不良,添加警告
if new_status == "Bad":
cv2.putText(img, "WARNING: Bad Posture!",
(img.shape[1]//2 - 150, 30),
cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7, (0, 0, 255), 2)
return img, new_status
def main():
cap = cv2.VideoCapture(0) # 使用攝像頭
detector = PostureDetector()
while True:
success, img = cap.read()
if not success:
break
img = detector.find_pose(img)
landmarks = detector.get_landmarks(img)
if landmarks:
img, posture = detector.evaluate_posture(img)
cv2.imshow("Posture Detection", img)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()
if __name__ == "__main__":
main()
三、代碼說(shuō)明
PostureDetector類(lèi)
PostureDetector類(lèi):核心坐姿檢測(cè)類(lèi)
find_pose()
find_pose(): 檢測(cè)圖像中的人體姿勢(shì)
get_landmarks()
get_landmarks(): 獲取姿勢(shì)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)
cakculate_angle()
calculate_angle(): 計(jì)算三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間的角度
evaluate_posture()
evaluate_posture(): 評(píng)估坐姿是否正確
坐姿評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)(可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整):
脊柱角度應(yīng)在160-200度之間(接近垂直)
頸部角度應(yīng)在70-110度之間(接近垂直)
滿足以上條件判斷為"Good"坐姿,否則為"Bad"
可視化功能:
- 繪制關(guān)鍵點(diǎn)和連接線
- 顯示角度數(shù)值
- 顯示坐姿狀態(tài)和時(shí)間統(tǒng)計(jì)
- 不良坐姿時(shí)顯示警告
如何使用
安裝依賴庫(kù):
pip install opencv-python mediapipe numpy
運(yùn)行腳本:
python posture_detection.py
調(diào)整攝像頭位置,確保能清晰看到上半身
四、改進(jìn)方向
- 添加更多評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)(如肩膀是否前傾)
- 實(shí)現(xiàn)坐姿歷史記錄和統(tǒng)計(jì)分析
- 添加聲音提醒功能
- 優(yōu)化性能(如降低圖像分辨率)
- 添加校準(zhǔn)功能,適應(yīng)不同體型
這個(gè)實(shí)現(xiàn)提供了基本的坐姿檢測(cè)功能,你可以根據(jù)需要進(jìn)一步擴(kuò)展和完善。
總結(jié)
到此這篇關(guān)于Python圖像處理篇之opencv實(shí)現(xiàn)坐姿檢測(cè)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python opencv坐姿檢測(cè)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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