[發(fā)明專利]一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011083238.7
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112185514A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鋒剛
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽動感智能科技有限公司
• 主分類號: G16H20/70
• 分類號: G16H20/70;G16H30/40;G16H50/30;G06K9/00;G06K9/62;G06N20/00
• 代理公司: 合肥律眾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34147
• 代理人: 趙娟

1.一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于，包括影像獲取模塊、影像接收模塊、影像處理模塊、總控模塊與評估模塊；

所述影像獲取模塊用于獲取病患人體影像信息，所述影像接收模塊用于接收人體影像信息，并將人體影像信息發(fā)送到影像處理模塊，所述影像處理模塊對人體影像信息進行處理，人體影像信息進行處理后總控模塊發(fā)出控制信息，控制評估模塊進行評估作業(yè)得到評估分，通過評估分的高低來判定病患康復(fù)訓(xùn)練效果；

所述人體影像信息進行處理的過程中需要通過深度圖像、發(fā)現(xiàn)人體、識別人體部位、識別人體關(guān)節(jié)四個階段形成骨架模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于：所述深度圖像處理過程如下：先進行一次光源標(biāo)定，再確定空間中物體的位置得到深度圖像，通過Light Coding深度測量技術(shù)以“激光散斑”為光源，激光射到粗糙物或穿透毛玻璃后形成衍射斑點，通過紅外攝影機發(fā)射激光散斑，紅外攝像頭分析紅外光譜后將散斑信息傳給Prime Sense芯片，在可視空間內(nèi)，每隔一定的距離取一個參考面，記錄其散斑圖案，將這些參考面組合就形成了整個空間的散斑圖案，完成了光源標(biāo)定，由于激光散斑的隨機性，空間中每個物體的散斑圖案各不相同，將每個物體的散斑圖案分別與每個參考面散斑圖案做互相關(guān)運算，依據(jù)運算結(jié)果可確定物體的空間位置、形狀等，再經(jīng)過插值運算即可得到場景的三維形狀，即深度圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)現(xiàn)人體的過程如下：通過對背景和人體的分割，輸出人體輪廓，著重掃描靠近它的區(qū)域，該區(qū)域極大可能的存在用戶，其次逐個像素的掃描以上區(qū)域的深度圖像，通過計算機圖形視覺技術(shù)，包括邊緣檢測、噪聲閾值處理、提取目標(biāo)特征點等技術(shù)將人體從背景中分離。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于：所述識別人體部位具體過程如下：利用骨骼跟蹤學(xué)習(xí)技術(shù)--Exemplar系統(tǒng)進行機器學(xué)習(xí)識別人體部位的，通過掃描深度圖像的每個像素，并在“隨機決策庫”中搜索，通過概率推測的方法來判斷該像素屬于人體的具體部位。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于：所述識別人體關(guān)節(jié)的具體過程如下：對上一環(huán)節(jié)的每個部位的像素進行評估，同樣利用機器學(xué)習(xí)，通過近似概率匹配，得到人體部位的關(guān)節(jié)點，將這些關(guān)節(jié)點合成整體，就形成了人體骨架模型，此時得到的是人體骨骼的三維坐標(biāo)，需要通過數(shù)學(xué)處理，將三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為顯示在屏幕上的二維坐標(biāo)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于：所述骨架模型的具體處理過程如下：骨架三維坐標(biāo)以影像獲取模塊的紅外攝像頭為0點，設(shè)置X、Y、Z軸，左側(cè)為X軸正半軸，上側(cè)為Y軸的正半軸，前側(cè)為Z軸的正半軸，X軸記錄的是人物在空間中左右坐標(biāo)，Y軸記錄的是人物的空間上下坐標(biāo)，Z軸表示三維空間的前后，通過數(shù)學(xué)運算后得到的二維人體骨架模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于：所述評估模塊在評估過程中需要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)動作，根據(jù)選取的標(biāo)準(zhǔn)動作，將每個動作的關(guān)鍵性的特征向量找到，并計算其特征向量角度，這些關(guān)鍵性特征向量的方向角度，將作為動作對比過程的關(guān)鍵對比因素，依據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)處理內(nèi)容，經(jīng)坐標(biāo)變換后的關(guān)節(jié)點以髖關(guān)節(jié)為原點，人體的右手邊為X軸的正方向，人體的前方即面對為Y軸正方向，豎直向上的方向為Z軸的正方向，標(biāo)準(zhǔn)動作特征向量方向角度也是按照這個坐標(biāo)系計算的。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動作識別的康復(fù)訓(xùn)練效果評估系統(tǒng)，其特征在于：所述評估模塊在患者在進行康復(fù)訓(xùn)練時，對每一個動作都會進行相似性分析和動作行為評價，動作行為評價依據(jù)相似性分析結(jié)果而異，根據(jù)是否在閾值之內(nèi)做出不同的評價，及時反饋給患者，并要求患者按照系統(tǒng)提示執(zhí)行動作，在全套康復(fù)訓(xùn)練動作完成后，系統(tǒng)會根據(jù)完成率進行打分，患者可依據(jù)每次的打分記錄查看自己訓(xùn)練成長過程，同時醫(yī)生也可查看打分記錄了解患者康復(fù)狀態(tài)，如果相似性分析結(jié)果在閾值之內(nèi)，則系統(tǒng)會要求患者在該動作處停留三秒再進入下一個動作訓(xùn)練，而相似性分析結(jié)果在閾值之外分為兩種情況，一種是超出了標(biāo)準(zhǔn)動作規(guī)定的關(guān)鍵特征向量方向角度加閾值之后所得的角度，則系統(tǒng)會提示患者減輕力度，如果低于該角度，系統(tǒng)會提示患者增大力度，要求患者重新執(zhí)行該動作，待患者重新執(zhí)行該動作時，重新捕捉患者動作，得到關(guān)節(jié)點數(shù)據(jù)，系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征向量的提取和計算方向角度后，重新進行相似性分析和動作行為評價，若此次動作在閾值之內(nèi)，則在停留三秒后進入下一動作，否則會要求患者再次執(zhí)行該動作，在預(yù)設(shè)次數(shù)次動作執(zhí)行都不符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，系統(tǒng)會記錄該動作的得分自動進入下一動作，在全部動作執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)會依據(jù)每個單獨動作的執(zhí)行分?jǐn)?shù)求平均數(shù)得到本次訓(xùn)練的最終分?jǐn)?shù)，每個動作的滿分為預(yù)設(shè)分，最終得分計算公式：其中，s是整個康復(fù)訓(xùn)練下來的總得分，是每個動作得分之和的平均值，x_i是第i動作的得分，n是本次訓(xùn)練共包括的動作個數(shù)。