本表根据全国青少年科技创新大赛组委会项目查新报告要求制定

项目查新报告

项目名称：基于影像感应技术的自律提醒装置

查新完成日期：2022年1月

申报者本人承诺：报告中陈述的事实是真实和准确的。我们按照大赛查新规范进行查新、文献分析和审核，并做出上述查新结论。

上海市青少年科技创新大赛组委会

二○二一年制

 

查新报告

查新项目名称:基于影像感应技术的自律提醒装置      

一. 查新目的

申报第37届上海市青少年科技创新大赛

二．查新项目的创新要点

（要着重说明查新项目的主要特点特征、相关指标、应用范围、申报人自我判断的新颖性等）

2.1特点特征

本课题为了帮助人摆脱偷懒走神的习惯，变得更加自律，提出制造一款可以通过提醒用户使其变得更加自律的装置。其特点如下：

（1）通过红外感应和影响识别装置对人体产生动作捕捉，防止使用者长时间静置不动或被其他的物体吸引注意力；

（2）配置提醒装置，可以对学生进行提醒，减少使用者发呆时间，提高学习效率。

（3）本课题研究的自律提醒装置相对于其他类型的提醒装置结构组成相对简单，装置安装的工作量相对较小。

2.2应用范围

本课题应用范围为用户家中室内办公和学习区域。

2.3相关指标

自律装置的动作识别能力，精确性、及时性、安全性。

2.4课题新颖性

本课题的新颖性在于创造出一种可以提醒人们变得更加自律的装置，可以有效地解决人在工作时无法集中注意力，发呆导致浪费大量时间的问题。同时避免了无法按时完成应该提交的资料的不便，实现了提高人们自律性以及效率的作用。

三．查新点

查新点：（需要查证的内容要点、创新点）

1. 提醒装置

2. 影像识别技术

3. 自律

4. 红外感应

5. 提醒装置

四．文献检索范围及检索策略

文献检索范围：

中国知网（2000-2018）

维普科技期刊文摘索引（2000-2018）

万方数据知识服务平台（2000-2018）

检索词及检索策略：

检索词： 

1.蜂鸣器

2.动作

3.动作检测

4.提醒装置

5.侦测

6.警报

7.红外感应

检索式：

1. （警报 or 提醒）and 装置

2. 动作 and （捕捉 or 检测）

3. 影像 and （监测 or 识别）

五．检索结果

按上述检索词，在以上数据库和文献时限内，查到一些与本课题有关的文献，提供附件（ 15 ）份，现对附件摘述如下：

1.[题名] 三维人体动作及其在智能舞蹈教学中的运用策略

[作者] 曲慧佳

[来源] 艺术教育

[单位] 上海电影艺术职业学院舞蹈表演系

[摘要]在社会经济与科学技术的协同发展下,舞蹈的智能化教学也越来越为人们所关注。这种教学方式不仅可以更为具体地对舞蹈动作进行分解,便于学生理解和掌握,而且可以摆脱传统舞蹈教学中的时间与空间限制,为学生提供更多的自主学习机会。在智能化舞蹈教学中,三维人体动作是一项关键技术,该技术是将动作捕捉技术与三维动作识别作为基础,通过相应的硬件和软件来实现舞蹈动作识别、录入与展示。文章对三维人体动作及其在舞蹈智能教学中的应用策略进行分析,希望可以让三维人体动作在智能化舞蹈教学中发挥出更好的优势,促进智能化舞蹈教学的良好发展。

2.[题名] 基于姿势识别的舞蹈动作检测研究

[作者] 许诚,金庆红

[来源] 怀化学院学报

[单位] 安徽工程大学体育学院

[摘要] 针对舞蹈场景复杂导致舞蹈动作识别准确率不高的问题,提出一种基于姿势识别的舞蹈动作检测方法.该方法通过结合骨骼关键点信息,选取人体关节点相对位置、关节点角度、肢体长度比值融合特征,对舞蹈场景中的动作分类,并通过残差块自动动作检测方法,实现复杂舞蹈场景的舞蹈动作检测.通过在Python平台仿真表明,本研究基于姿势识别的舞蹈动作检测方法可准确识别舞蹈动作,识别准确率达到92%以上,相较于传统的残差网络四通道算法和计算Hu矩算法,本算法的识别准确率最高;相较于HOC算法,本算法的识别效率更快. 

3.[题名] 基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

[作者] 王文远,富荣昌,曹富

[来源] 机械传动

[单位] 新疆大学机械工程学院

[摘要] 以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人。通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比。研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性。以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7%和9.6%,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据。

4.[题名] 基于三维多人姿态估计的动作捕捉设计

[作者] 胡思翔

[来源] 硕士论文

[单位] 广东工业大学

[摘要] 动作捕捉技术在当今扮演着越来越重要的角色，不过目前大多数动作捕捉技术建立在复杂的人体标记与昂贵传感器的基础上，使用不便，而且成本高。在深度学习快速发展的背景下，基于卷积神经网络的人体姿态估计来设计简便、高效、低成本的动作捕捉系统成为可能，输入单目 RGB 视频即可输出三维姿态序列，与角色绑定可得到动画。人体姿态估计是一个复杂的非线性问题，目前的姿态估计方法大多将重点放在神经网络的构建上，依靠大规模的网络结构和大数据训练来提高估计精度，但是过于庞大的神经网络需要较高的硬件条件。此外，这些方法大多是针对单人视频输入或多人图像输入设计的。为了更好适应动作捕捉的实际需求，本文提出多人视频输入的三维估计模型，采用两步法，即先估计二维姿态，然后提升到三维，两个阶段的网络独立设计。二维估计以 MASK  RCNN 和堆叠漏斗网络为基础，再结合时域信息做改进；三维推断以时域图卷积网络作为主干网络。然后使用标准骨骼限定和运动学限定来优化三维姿态，得到更真实自然和平滑的输出。本文主要研究内容如下： （1）在确定了先定位和分割人体区域再估计关节点的自顶向下策略下，选择 MASKRCNN 和堆叠漏斗网络结合的二维多人估计模型。为了更好解决遮挡和跳变抖动问题，将网络与 LSTM 相结合以获取关节点之间时域上的关联统一。 （2）运用时域卷积加图卷积的架构推断三维姿态，建立输入序列的时间和空间一致性。采用有向图和局部到全局的多层次图卷积网络，充分发掘关节点的空间关联性。并且设计了标准骨骼优化，预先采集捕捉对象的骨架数据作为骨骼限定来提高估计精度。（3）针对姿态估计网络输出的结果缺乏细节考量，在动作捕捉应用上还不够平滑和自然，设计了以动力学分析为主的优化单元，包括接触优化解决足部与地面的错误关系，平衡优化解决不自然倾斜，平滑优化可以消除抖动。

5.[题名] 基于单目摄像头的自主健身监测系统

[作者] 余鹏,刘兰,蔡韵,何煜,张松海

[来源] 浙江大学学报(理学版)

[单位] 清华大学计算机科学与技术系

[摘要] 随着在线健身资源的日益丰富,自主健身已成为新的运动趋势。然而由于缺少专业健身教练的动作指导与纠正,自主健身通常无法保障健身效果且容易造成运动损伤,因此需要对健身动作准确性进行实时监测。现有的健身监测设备往往依托大屏幕、深度摄像头或传感器等硬件,存在设备昂贵、安装不便、使用场景受限等问题,较难满足大众健身的需求。随着人体关键点检测技术的不断成熟,通过手机单目摄像头即可实现对人体姿态的识别,且有较高的准确度和速度,使得在手机端实现低成本、多场景的健身监测成为可能。基于以上背景,设计了三维场景下基于角度阈值的健身动作评估算法,依托于手机单目摄像头和3D人体关键点检测技术,实时检测用户健身动作是否标准并通过语音给出相应提示。同时,在安卓手机上实现了原型系统,通过一系列用户实验验证了系统的可用性与实时性,通过与近年相关工作的对比实验,验证了动作评估方法的准确性。结果表明,本文方法与系统被用户所认可,健身动作评估准确率较高、响应速度满足实时性要求。

6.[题名] AI智慧防疫系统口罩自动识别提醒系统

[作者] 何榕程,丁克伟,肖佳鑫,司创利,郁佳佳

[来源] 电子世界

[单位] 东南大学成贤学院电子与计算机工程学院

[摘要] 2019年末爆发新型冠状肺炎,对全球造成了巨大的冲击。疫情期间,在某些公共场所进行活动时如果未按要求佩戴口罩将会造成疫情传播的风险。因此,不论是在公共场合还是其他地点能正确有效的佩戴口罩都是非常必要的,此举能够有效地提醒人们正确佩戴口罩,降低人员交叉感染的风险,保障自己以及他人的生命健康,通过人工智能算法实现试试的监控人们是否佩戴口罩具有很重要的意义和价值。 

7.[题名] 基于网络摄像头的人脸识别系统设计

[作者] 张猛

[来源] 硕士论文

[单位] 西安电子科技大学

[摘要] 随着国家计算机技术和芯片技术的发展,我们身边出现了很多嵌入式终端产品并扮演者一定的角色为人们完成着特定的工作。本文针对安防系统应用需求,设计了一套基于海思平台的网络摄像头人脸识别系统。该系统由硬件部分、软件平台和功能模块三个部分组成。硬件部分,系统采用华为海思的Hi3518E芯片作为中央处理器,图像采集选用SC2235图像传感器,具体电路包括:Hi3518最小系统电路、音频采集与播放电路、视频采集电路、储存电路、无线模块电路、IRCUT电路设计。软件平台包括启动程序、内核和根文件系统。启动程序采用Uboot,Nor Flash启动方式,主要完成系统上电时的初始化;内核根据外围模块进行裁剪、配置硬件驱动,对系统资源实现管理分配;根文件系统利用busybox移植,采用的是JFFS2文件系统,与内核匹配,实现文件的有序管理。功能模块主要包括图像采集、图像预处理、人脸检测、人脸活体检测和人脸识别。图像采集利用海思提供的MPP平台,先初始化系统,设置视频输入模块参数,设置VI通道绑定关系,系统开始采集图像并存储在DDR中,然后利用内存映射方式实现图像帧读取;图像预处理是对图像进行高斯滤波和直方图均衡化处理,提高提取特征的可靠性;人脸检测模块在原有Haar模板的基础上增加了两种Haar模板,提取图像特征并利用Adaboost训练分类器,这种改进降低了对侧脸的误检漏检;人脸活体检测采用HSV和YCb Cr两种色彩空间下Co ALBP和LPQ特征的提取,这种提取的融合色彩纹理的特征训练SVM分类器,能够有效地进行真假脸识别;人脸识别模块提取LBP特征,利用空间转换实现降维减少数据量,保证识别率的前提下加快人脸识别速度。最后对系统进行了实验验证,该系统通过摄像头采集图像可以进行人脸检测、活体检测和人脸识别,对于活体检测测试,识别率可以达到96%,对于人脸识别正确率率可以达到93%以上,系统从图像采集到人脸检测、活体检测、人脸识别的时间约为2.3s。本系统的实现证明基于海思网络摄像头人脸识别系统的可行性,具有一定的实用价值。

8.[题名]标签式智能输液提醒装置

[作者] 周生宵,瞿惠琴

[来源] 电子元器件与信息技术

[单位] 无锡职业技术学院物联网技术学院

[摘要] 为了缓解输液监控的压力,提高监控效率,对平面电容的边缘效应进行了研究,以输液瓶或输液袋液位检测为研究对象,采用了平面电容传感器来感测液位变化的方法,设计了一种具有无线传输功能的标签式输液提醒装置。通过对纯净水、盐水、葡萄糖溶液的实验验证,实验结果表明:装置可实现对输液液位非接触式检测,工作稳定,能实时监控输液液位变化,输液提醒错误率小于3.5%,数据无线传输距离大于15米,这一结果对输液监控装置的研究是有帮助的。 

9.[题名] 城市生活垃圾分类自动提醒与查询装置设计

[作者] 朱宇轩,吴腾飞,陈崧

[来源] 电脑与电信

[单位] 三亚学院理工学院

[摘要] 针对老人、小孩等部分人群对垃圾分类方法不太容易分清的问题,提出了一套基于人体感应和语音提示的城市生活垃圾分类自动提醒与查询装置。系统主要由STM32单片机核心控制系统、LD3320语音识别模块、人体感应模块、语音播报模块以及TFT显示屏等部分构成。通过在系统内集成语音词库和匹配算法实现对垃圾自动分类提示,并在对应的垃圾投入口设置声光提示。经过对垃圾词条测试,基本能够实现对日常生活垃圾进行自动分类并提醒。 

10.[题名] 将久坐提醒装置应用于汽车装备的建议与设想

[作者] 毕仕强,林倩倩,谢宏斌

[来源] 产业与科技论坛

[单位] 无锡职业技术学院

[摘要] 伴随世界经济体制发展的浪潮,国民经济产值不断提升,人民的生活水平越来越好,科技创新成果源源不断。国内医疗健康体制的不断完善,人们在物质生活水平提升的同时,更加注重身心的健康。至此,如何使自己生活的更加健康,成为广大民众十分关心的话题。本文阐述了一个人们生活中广泛存在的问题"久坐",并提出了一个大胆的设想,将久坐提醒装置应用于汽车。

11.[题名] 汽车安全带提醒装置发展与新设想

[作者] 孙峰辉,张根莱,刘成源,万霖

[来源] 中国新技术新产品

[单位] 四川大学制造科学与工程学院

[摘要] 作为汽车被动安全的主要设备之一,汽车安全带能在车辆事故中有效降低驾乘人员的受伤程度。汽车安全带提醒装置是安全带的配套系统,能够对司乘人员的安全带佩戴情况进行检测与反馈,督促乘客正确及时佩戴安全带。结合国内学者的研究成果,以安全带提醒装置的现状为背景,探讨并总结了当前提醒装置的研究方向,结合人机工程学理论,提出了新型提醒装置的设想。 

12.[题名] 机车乘务员精神状态预警提醒装置研制及应用

[作者] 潘东亮

[来源] 科技创新导报

[单位] 神华包神铁路集团有限责任公司

[摘要] 针对机车乘务员精神状态对安全行车的重要性及当前乘务员精神状态监测技术存在的不足,立足科技创新,研发机车乘务员精神状态预警提醒装置。装置由图像采集系统、图像预处理系统、识别系统和提示预警系统组成,实现了机车乘务员瞭望状态实时识别、间断瞭望分级报警、驾驶姿势提醒报警、图像采集器遮挡报警、机车0速度休眠、数据存储分析功能。研发成功的机车乘务员精神状态预警提醒装置在包神铁路机车上投入使用后,作用明显,效果良好。 

13.[题名] 后疫情时代地方农业院校大学生自律能力的培养

[作者] 燕梅,王密

[来源] 林区教学

[单位] 河南牧业经济学院

[摘要] 后疫情时代,地方农业院校大学生的自律能力受到社会环境、学校环境、家庭环境和个体认知等因素的影响,表现出自控能力差、自我约束不够、自我管理能力不足、自我反省意识差等问题。社会、学校和大学生个人必须形成合力,共同努力提升大学生的自律意识,培养大学生的自律能力。 

14.[题名] 新时代大学生网络自律意识培育路径研究

[作者] 王云幸,邵彩玲

[来源] 开封文化艺术职业学院学报

[单位] 河北农业大学马克思主义学院

[摘要] 复杂虚拟的网络空间对新时代大学生具有巨大的诱惑,良好的网络自律意识可以帮助新时代大学生抵制网络有害信息,实现个人全面发展。当前,新时代大学生在网络学习、网络娱乐、网络表达、网络社交和网络消费五个方面存在着自律问题。为了解决这些问题,大学生要坚定理想信念,提高自我约束能力;敢于吃苦奋斗,避免娱乐化的上网倾向;遵守法律法规,厚植网络爱国主义情怀;内化诚信友善,健康文明地与他人交往;合理适度网购,树立正确理性的消费观。

15.[题名] 高职院校学生自律意识的培养研究

[作者] 米剑各,余雄辉,贺翔宇

[来源] 计算机产品与流通

[单位] 湖南有色金属职业技术学院

[摘要] 创新培养策略是提高高职院校教育教学管理创新实效性与科学发展性的重要措施,也对学生自律意识、行为习惯及综合能力等产生了深远影响。本文简要分析培养高职院校学生自律意识的必要性,提出一些具体针对的新措施来提高其培养水平。 

六．查新结论

经对检索出的相关文献进行分析、对比，结论如下：

文献1-4：研究了三维动作的捕捉技术，帮助了课题在动作捕捉方面的进展

文献5-7：总结了影像识别技术在各方面的运用，如何利用影像去进行物体的识别

文献8-12：研究了提醒装置在各种方面的实施和运用，使提醒装置更好的发挥其作用

文献13-15：总结了当代人群需要变得更加自律的原因，提供了关于如何变自律的部分想法。

本课题的创新不仅满足了人们变得更加自律的要求，还利用了较少的成本，同时为用户养成了良好的学习习惯。

检索中未见与本课题相同的报道。

七．附件清单

[1]曲慧佳.三维人体动作及其在智能舞蹈教学中的运用策略[J].艺术教育,2021(11):122-125.

[2]许诚,金庆红.基于姿势识别的舞蹈动作检测研究[J].怀化学院学报,2021,40(05):76-82.

[3]余鹏,刘兰,蔡韵,何煜,张松海.基于单目摄像头的自主健身监测系统[J].浙江大学学报(理学版),2021,

48(05):521-530.

[4]何榕程,丁克伟,肖佳鑫,司创利,郁佳佳.AI智慧防疫系统口罩自动识别提醒系统[J].电子世界,2021(15):156-157.

[5]王文远,富荣昌,曹富.基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真[J].机械传动,2021,45(08):

110-117.

[6]燕梅,王密.后疫情时代地方农业院校大学生自律能力的培养[J].林区教学,2021(08):14-17.

[7]胡思翔. 基于三维多人姿态估计的动作捕捉设计[D].广东工业大学,2021.

[8]周生宵,瞿惠琴.标签式智能输液提醒装置[J].电子元器件与信息技术,2021,5(07):233-234+236.

[9]王云幸,邵彩玲.新时代大学生网络自律意识培育路径研究[J].开封文化艺术职业学院学报,2021,41(05):

142-144.

[10]朱宇轩,吴腾飞,陈崧.城市生活垃圾分类自动提醒与查询装置设计[J].电脑与电信,2021(Z1):7-10.

[11]米剑各,余雄辉,贺翔宇.高职院校学生自律意识的培养研究[J].计算机产品与流通,2020(11):242.

[12]毕仕强,林倩倩,谢宏斌.将久坐提醒装置应用于汽车装备的建议与设想[J].产业与科技论坛,2020,19(15):

60-61.

[13]张猛. 基于网络摄像头的人脸识别系统设计[D].西安电子科技大学,2020.

[14]孙峰辉,张根莱,刘成源,万霖.汽车安全带提醒装置发展与新设想[J].中国新技术新产品,2019(17):

124-125.

[15]潘东亮.机车乘务员精神状态预警提醒装置研制及应用[J].科技创新导报,2019,16(21):107-109.

八．备注