基于Kinect的老人居家看護系統設計與實現

王立 方艷紅 賀健洋 周秋宇 李瑤

摘要：隨著未來老齡化人口問題將更加突出，針對老人居家看護問題，采用計算機視覺技術和物聯網技術，設計了基于Kinect的老人居家看護系統。并對系統各部分進行了介紹，能夠實現居家自助、實時看護和遠程監護的功能。實驗結果表明，基于Kinect的老人居家看護系統可以很好地照顧老人的生活，為解決老人居家看護問題提供了一種較為可行的方案。關鍵詞：居家看護；計算機視覺；Kinect攝像機；ZigBee技術 引言中國總人口在未來十多年內將繼續增長，而老年人口的增長速度快于總人口，中國老年人口規模還會繼續增長[1]。一直以來，青年人忙于工作，一對夫婦差不多就要照顧四個老人，而忙于工作的青年人是無法陪護在老人身邊的。本文提出的基于Kinect的老人居家看護系統為解決看護老人問題提供了一種方案。老人可以通過簡單的手勢控制家居設備的開關；同時系統會實時分析老人的活動情況，一旦發生危險狀況，系統會立刻發送報警信息以通知子女；而子女也可以隨時在移動客戶端向服務器端發送訪問視頻請求，查看家中老人的活動情況。1.系統設計看護系統的居家自助功能框圖如圖1所示，Kinect攝像機實時捕捉老人的手勢動作信息，然后將信息傳送給PC端，由PC端處理后經串口將控制信息發送給MCU。MCU分上位機和下位機，上位機接收控制信息，經局域網傳送給下位機，由下位機控制家居設備開關。 居家看護與遠程監護功能主要是利用Kinect攝像機實時捕獲老人的三維空間位置坐標，進行骨骼點跟蹤，若出現老人摔倒或步態異常情況，PC端會立刻通過Internet網絡給其家人發送報警信息。移動客戶端可以隨時向服務器端發送訪問視頻的請求，服務器端收到請求后，將Kinect攝像機捕獲到的家中場景視頻信息實時發送給移動客戶端，實現遠程監護功能。2.系統實現系統實現主要分為五個部分，分別是感知終端（Kinect）、智能處理平臺（PC端）、微控制單元（MCU）、信息傳輸單元和信息接收終端。感知終端：Kinect攝像機從深度圖像數據流中可以獲取人體25個骨骼點信息。依據骨骼點的三維空間位置信息與訓練模型進行匹配計算，對相應的人體骨骼點進行跟蹤定位。智能信息處理平臺（PC端）主要包括接收數據、分析處理數據和發送數據。信息傳輸單元主要分為兩個部分：在局域網中，利用ZigBee無線協議傳送微控制單元MCU的控制信息；服務器端與移動設備端的通信利用 TCP/IP 協議通過互聯網Internet進行信息傳遞。微控制單元MCU采用的是CC2530片上系統，CC2530結合了領先的RF收發器的優良性能，擁有極高的接收靈敏度和抗干擾性能。PC端采用TCP/IP 協議向移動設備終端發送提示、警告信息以及家中場景視頻圖像。移動設備終端可以隨時向服務器端發送訪問視頻的請求，服務器端收到請求后，可以將PC端視頻圖像信息實時發送給移動設備端，實現移動終端的遠程監護。3 試驗結果基于Kinect的老人居家看護系統運行穩定，對于不同測試者，能夠快速地進行手勢動作識別，從而控制家居設備的開關；對于各種摔倒姿勢、步態異常等危險情況，系統能夠迅速作出報警反應，并將家中場景視頻圖像發送到移動設備端，移動設備端也可以隨時訪問家中場景視頻。參考文獻[1]胡湛，彭希哲.應對中國人口老齡化的治理選擇[J].中國社會科學，2018（12）：134-155+202.[2]屈鵬飛，趙璽，劉書恒.智能居家老人看護系統的實現[J].科技風，2018（18）：8.[3]汪冬，葛萬成，王云光，宣蔚晶，顧文良.老人居家看護系統的設計和實現[J].中國組織工程研究與臨床康復，2009，13（35）：6923-6926.