[發明專利]基于Kinect視覺步態分析的情景交互康復訓練方法

無效

• 申請號: 201310562513.7
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103598889A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 宋愛國;倪得晶;李會軍;崔建偉;樊金成;樊天潤
• 申請（專利權）人: 東南大學常州研究院;常州市錢璟康復器材有限公司
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A63B23/04
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 金輝

1.一種基于Kinect視覺步態分析的情景交互康復訓練方法，包括基于Kinect雙目視覺的步態測量方法和虛擬情景交互的控制方法；基于Kinect雙目視覺的步態測量方法，通過Kinect雙目視覺攝像頭提取使用者臀部關節、下肢關節點及踝關節點的空間位置，計算各個關節點的相對于其所需參考的節點的位置，實現步態信息的測量；虛擬情景交互的控制方法，由計算機根據Kinect雙目視覺提取的患者步態信息，根據下肢各關節點的相對位置控制虛擬情景中的人物進行相同的運動，實現使用者與虛擬情景中人物的交互。

2.根據權利要求1所述的基于Kinect視覺步態分析的情景交互康復訓練方法，其特征在于：當使用者使用下肢康復訓練機構時，在其正前方放置顯示面朝向使用者的顯示設備，并在顯示設備與使用者之間，距離使用者不遠于4m、使用者腰部高度的位置放置Kinect雙目視覺攝像頭，其具體步驟如下：

步驟1：設置虛擬情景，情景中包含與使用者運動一致的虛擬人物，及虛擬的現實情境；

步驟2：假定標記髖部中心關節點Hcenter、左臀部關節點Hleft、右臀部關節點Hright、左肢膝關節Kleft、右肢膝關節Kright、左肢踝關節Aleft、右肢踝關節Aright，虛擬情景中虛擬人物的髖部中心關節點Hcenter’、左臀部關節點Hleft’、右臀部關節點Hright’、左肢膝關節Kleft’、右肢膝關節Kright’、左肢踝關節Aleft’、右肢踝關節Aright’，并設定虛擬情景中人物的右下肢大腿、右下肢小腿、左下肢大腿，左下肢小腿的長度分別為Ru、Rd、Lu、Ld；

步驟3：計算機利用Kinect雙目視覺攝像頭獲取前方使用者運動的關節幀圖，識別出使用者的關節點空間位置（關節的X、Y、Z的坐標信息），計算出各個關節點相對于各自的參考節點的姿態信息（相對于參考節點，在X、Y、Z方向的彎曲角度），其具體步驟如下：

步驟3.1：計算左臀部關節點Hleft（x1,y1,z1）以髖部中心關節點Hcenter（x2,y2,z2）為參考節點的姿態信息，主要包括Hleft和Hcenter兩點構成的向量分別與X軸、Y軸、Z軸形成的夾角，分別定義為ω_x、ω_y、ω_z，并存于Whl中，其中ω_x、ω_y、ω_z的計算如下：

ωx=arccos(x1-x2)(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>

ωy=arccos(y1-y2)(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>

ωz=arccos(z1-z2)(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>

步驟3.2：依據步驟3.1的計算方式，依次計算左肢膝關節Kleft以左臀部關節點Hleft為參考節點的姿態信息、左肢踝關節Aleft以左肢膝關節Kleft為參考節點的姿態信息、右臀部關節點Hright以髖部中心關節點Hcenter為參考節點的姿態信息、右肢膝關節Kright以右臀部關節點Hright為參考節點的姿態信息、右肢踝關節Aright以右肢膝關節Kright為參考節點的姿態信息，并分別將各個關節點的角度信息存于Wkl、Wal、Whr、Wkr、War中；

步驟4：依據各個關節點的姿態信息（Whl、Wkl、Wal、Whr、Wkr、War）控制虛擬情景中人物的行走，其具體步驟如下：

步驟4.1：以髖部中心關節點Hcenter為不動點，將其對應到虛擬情景中人物的髖部中心關節點Hcenter’；

步驟4.2：依據髖部中心節點Hcenter的位置，結合Whl和Lu，控制虛擬情景中人物的左下肢大腿以Hcenter’為參考點，具有與使用者左下肢大腿相同的姿態，結合Wkl和Ld，控制虛擬情景中人物的左下肢小腿以Kleft’為參考點，具有與使用者左下肢小腿相同的姿態，結合Wal可以確定左腳的姿態；

步驟4.3：依據髖部中心節點Hcenter的位置，結合Whr和Ru，控制虛擬情景中人物的右下肢大腿以Hcenter’為參考點，具有與使用者右下肢大腿相同的姿態，結合Wkr和Rd，控制虛擬情景中人物的右下肢小腿以Kright’為參考點，具有與使用者右下肢大腿相同的姿態，結合War可以確定右腳的姿態；

步驟5：返回步驟3。