基于视觉的老年人进食安全识别研究

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近年来我国人口老龄化问题日益严重,对于失能半失能的老年人,在无人看管的情况下很可能在进食过程中发生危险,而现有的居家辅助护理设备并不能保证他们在进食过程中的安全。因此,本文基于实验室研发的多功能护理床,通过研究人脸检测及跟踪、面部特征点定位、表情识别和视觉检测等技术,设计了一套老年人进食安全识别系统。该系统可以在老年人进食过程中实现咀嚼动作、吞咽动作的识别以及吞咽困难情况的检测,保证了老年人在进食过程中的安全,给老人提供更自然、和谐的人机交互方式。本文主要工作内容如下:(1)研究了人脸检测及跟踪方法。首先使用人脸检测模型检测图像中的面部区域,然后分析了模型的运行时间,并基于护理床的场景针对性的优化了模型,通过采用压缩金字塔与自微调的改进方法,显著地降低了人脸检测的时间。然后使用人脸跟踪模型,实时地跟踪老人的面部区域,进一步加快了获得了人脸区域的速度。(2)研究了基于面部特征点的咀嚼动作识别方法。首先在获得人脸区域之后,使用面部特征点检测算法定位面部特征点;然后利用面部特征点分析嘴部形状和面部轮廓的变化情况,通过计算嘴部纵横比来反映嘴部形状的变化情况,通过计算面部轮廓的角度来反映面部轮廓的变化情况;最后融合嘴部形状和面部轮廓的变化情况来识别咀嚼动作。(3)研究了基于视觉的吞咽动作识别方法。该方法结合了图像处理和目标定位与跟踪技术,通过监测人体甲状软骨上粘贴的标志物间接地获取吞咽信号,根据提取到的吞咽信号特点对信号做了预处理,之后根据吞咽信号的峰值特征来识别吞咽运动并检测吞咽运动的时间。(4)研究了基于面部表情的老年人吞咽困难情况的检测方法,主要通过识别老年人是否出现了异常表情来判断老年人是否出现了吞咽困难情况。采用Mobile Net V3网络进行面部表情识别,并针对护理床的使用场景,对原始Mobile Net V3网络做了一定的改进,加强了模型对表情特征的提取能力,在提高了表情识别的准确率的同时也能够及时有效地检测出吞咽困难的情况。(5)设计了老年人进食安全识别系统。利用上述研究的咀嚼动作识别方法、吞咽动作识别方法和吞咽困难情况检测方法,开发了老年人进食安全识别系统,并设计交互界面展示了系统测试的结果。
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