[發(fā)明專利]一種基于非接觸式交互的認知訓練系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011178035.6
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112230777A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱飛岳;李麗萍;章國道;盛馨;孔德偉
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G16H20/30
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳;朱盈盈

一種基于非接觸式交互的認知訓練系統(tǒng)，屬于計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。它包括計算設(shè)備、非接觸式交互設(shè)備、立體顯示屏、音頻設(shè)備及無線傳輸單元。本發(fā)明具有自然的人機交互：采用非接觸式交互技術(shù)，擺脫了傳統(tǒng)認知訓練對實物裝置及鼠標鍵盤的依賴，讓用戶在訓練時不受技術(shù)和設(shè)備限制，提高訓練效果；情境適用性高：對投影屏幕、硬件設(shè)備及使用空間沒有特殊要求，只需接入成本較低的非接觸式交互設(shè)備，且采用自適應(yīng)的訓練匹配機制，適用于課堂或家庭等多類型訓練場所；姿態(tài)識別率高，交互訓練準確：系統(tǒng)設(shè)計是基于體感交互技術(shù)，采用骨骼坐標檢測方法，提高識別精準率，定義了認知訓練姿態(tài)語義命令以及語音語義命令，滿足認知訓練的交互需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于非接觸式交互的認知訓練系統(tǒng)。

背景技術(shù)

非接觸式人機交互是指交互對象與被交互對象通過非接觸的方式進行通信，可以是無線方式的交互、也可以是有線方式的交互、亦可以是基于視覺解析方式的交互。

傳統(tǒng)認知訓練多利用紙質(zhì)卡片、玩具等實物裝置，這些傳統(tǒng)裝置存在形式單一、內(nèi)容可拓展性不足、易丟失、不能實時對記憶力水平進行分析和評估等弊端。隨著感知交互、語音識別、圖像識別、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展，計算機化輔助認知訓練軟件及系統(tǒng)開始出現(xiàn)。其中與本發(fā)明較為接近的技術(shù)方案包括：

計算機化輔助記憶訓練應(yīng)用最廣泛的Cogmed(www.cogmed. com)，該程序包含視空間和言語工作記憶任務(wù)，此外還有包含視覺性言語、非言語聽覺和視空間工作記憶任務(wù)的Cognifit程序，包含有n-back等一系列任務(wù)的Brain fitness程序等，任務(wù)訓練完成后即給予得分和言語反饋，難度水平能根據(jù)每次的成績進行適應(yīng)性調(diào)整，多項研究結(jié)果測得這些程序可以最大限度地訓練兒童的工作記憶容量，增強認知能力。但是，這些訓練程序大部分把傳統(tǒng)的訓練任務(wù)轉(zhuǎn)移到計算機上，鼠標與鍵盤的操作方式及電腦各功能的學習難度比較大，對于老齡人群及幼齡兒童非常不使用，且交互方式缺乏沉浸感。

高鶴文（基于虛擬現(xiàn)實的腦認知訓練系統(tǒng)框架及關(guān)鍵技術(shù)[J].系統(tǒng)仿真技術(shù),2018,14(04):248-254.）以及發(fā)明專利，申請?zhí)枺篊N201811138657.9，專利名稱：基于虛擬現(xiàn)實的認知康復訓練的控制系統(tǒng)、方法及裝置等，在系統(tǒng)設(shè)計時采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)重建強沉浸感和直觀交互性的現(xiàn)實場景，輔以有趣舒適的記憶力訓練方式，同時也優(yōu)化了傳統(tǒng)紙質(zhì)量表和人工記錄分析的方式，滿足了使用者的訓練需求。但由于采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建系統(tǒng)需要利用虛擬現(xiàn)實設(shè)備，相關(guān)硬件昂貴且佩戴不舒適，手柄和頭盔設(shè)備的操作使用難度高，對于兒童及特殊群體因無法解放雙手容易在訓練中產(chǎn)生注意力轉(zhuǎn)移，導致最終訓練效果不佳。同時在運用時還必須考慮到一些對于三維場景易產(chǎn)生眩暈或不適感人群的通用性，因此不具備普及度。

綜上所述，當前認知訓練系統(tǒng)存在以下不足：

1）系統(tǒng)不具備通用性：目前認知訓練系統(tǒng)的創(chuàng)建和優(yōu)化大多是面向認知缺陷的老齡化患者的診斷及康復訓練，對于正常兒童及特殊兒童（如多動癥兒童、學習困難兒童）其訓練內(nèi)容和交互形式不具備通用性。

2）系統(tǒng)交互不足：大部分認知訓練多采用傳統(tǒng)實物訓練方式，弊端仍然存在，部分輔以鍵盤、鼠標及頭盔等接口的計算機化訓練系統(tǒng)操作難度大、交互性不強，且用戶需要在集中注意力進行認知訓練的同時進行電腦操作，不符合認知發(fā)展特點，影響最終訓練效果。

綜上所述，根據(jù)面向人群的不同需求和認知發(fā)展特點，交互技術(shù)、訓練內(nèi)容需同步改進和優(yōu)化。肢體動作是認知發(fā)展的重要一環(huán)，不借助其他設(shè)備，利用人體姿態(tài)實現(xiàn)自然沉浸感強的人機交互，使其不受外界干擾。人機交互療法作為一種認知功能障礙的治療手段，其理念是通過多感官訓練提高大腦的神經(jīng)可塑性，已有研究表明采用人機交互技術(shù)進行訓練能夠提高患者記憶、執(zhí)行等各方面認知功能。特別是當用戶可以通過身體動作而不是手柄鍵盤控制操作時，其自身的存在感會增加。

發(fā)明內(nèi)容