[發明專利]一種基于視覺追蹤控制的肢體康復訓練與評估系統

有效

• 申請號: 202110326924.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113100755B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 陳玲玲;李迎熙;劉作軍;張杰;劉通;尹健
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 王海濱

本發明公開了一種基于視覺追蹤控制的肢體康復訓練與評估系統，包括圖像采集單元、頭戴式顯示與控制模塊、康復器具和監測與評估模塊，監測與評估模塊，與圖像采集單元、康復器具和頭戴式顯示與控制模塊進行通訊連接；主動訓練模式下，監測與評估模塊通過處理圖像采集單元采集的深度圖像數據，獲得用戶的肢體骨架關鍵節點運動數據，并根據肢體骨架關鍵節點運動數據對肢體運動效果進行分析評估；跟隨訓練模式下，監測與評估模塊通過處理康復器具的壓力傳感器采集的壓力數據進行訓練效果的分析；監測與評估模塊將最終處理好的分析評估結果發送給頭戴式顯示與控制模塊，進而反饋給用戶。

技術領域

本發明屬于視覺追蹤控制以及康復訓練和評估技術領域，具體涉及一種基于視覺追蹤控制的肢體康復訓練與評估系統。

背景技術

近年來，我國殘疾人康復服務行業發展迅速，需要進行康復訓練的人群對先進康復理念和設備的要求也越來越迫切。現階段的訓練大多在相對自動化的康復器具上完成，相比傳統的康復師一對一進行人工訓練的方法雖有很大的進步，但仍存在以下幾個問題：第一，由于康復師的認知差異和主觀依賴性較大，康復過程的評估往往也伴隨有極大的主觀性。第二，訓練過程中，由于康復師不能給出訓練的量化標準，往往難以達到預期的康復效果。第三，整個訓練的過程往往顯得被動單一，用戶難以獲得較為自由舒適的訓練體驗。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于視覺追蹤控制的肢體康復訓練與評估系統，將眼動控制、增強現實等技術進行結合，用于康復訓練過程，同時利用機器視覺、運動捕捉等技術，對人體關鍵點部位進行精確捕捉，從而定量地給出訓練過程中的具體標準，并對康復訓練效果進行精確評估。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于視覺追蹤控制的肢體康復訓練與評估系統，包括：

圖像采集單元，用于采集用戶受訓練肢體的運動圖像數據；

頭戴式顯示與控制模塊，用于為用戶提供人機交互操作界面，并通過識別用戶的眼部動作，生成相應的控制指令；

康復器具，用于對用戶的肢體進行康復運動訓練，其具有主動訓練、被動訓練以及跟隨訓練三種模式，其中被動訓練模式以及跟隨訓練模式下均有助力電機帶動轉軸運動，主動訓練模式下助力電機默認不啟動；所述康復器具能夠接收來自頭戴式顯示與控制模塊的控制指令，進而選擇各類模式；所述康復器具在與肢體接觸的部位設置有壓力傳感器，用于采集肢體與康復器具之間的壓力數據；

監測與評估模塊，與圖像采集單元、康復器具和頭戴式顯示與控制模塊進行通訊連接；主動訓練模式下，監測與評估模塊通過處理圖像采集單元采集的深度圖像數據，獲得用戶的肢體骨架關鍵節點運動數據，并根據肢體骨架關鍵節點運動數據對肢體運動效果進行分析評估；跟隨訓練模式下，監測與評估模塊通過處理康復器具的壓力傳感器采集的壓力數據進行訓練效果的分析；監測與評估模塊將最終處理好的分析評估結果發送給頭戴式顯示與控制模塊，進而反饋給用戶。

在上述技術方案中，所述圖像采集單元由4臺深度相機組成，4臺深度相機成矩陣式排布，所圍成的面積小于8m*8m，受試者位于4臺深度相機中心視野中；4臺深度相機采集的數據發送給監測與評估模塊。

在上述技術方案中，監測與評估模塊為一臺計算機，監測與評估模塊內設置有骨架提取單元及分析評估單元；所述骨架提取單元，用于提取用戶肢體骨架關鍵節點的三維數據信息；所述分析評估單元，用于對主動訓練模式及跟隨訓練模式的用戶肢體運動訓練效果進行評估。

在上述方案中，骨架提取單元的人體運動識別模型的構建步驟如下：

S1：成矩陣布置好深度相機組的4臺深度相機，通過4臺深度相機同時采集多位受試者時間序列的深度圖像數據，將采集的數據發送給計算機端進行處理；

S2：根據上述獲得的受試者的深度圖像數據，構建好每臺深度相機的人體各關鍵點部位的人體姿態估計模型；