[發明專利]一種基于深度傳感器的康復訓練方法

有效

• 申請號: 202110446690.3
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113144524B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 陳建新;趙立
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: A63B23/035
• 分類號: A63B23/035;A63B23/04;A63B23/12;A63B71/06;G16H20/30
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

一種基于深度傳感器的康復訓練方法，通過深度傳感器獲取患者康復訓練過程中的動作信息，包括患者位置的三維坐標和身體25個關節點的旋轉四元數；計算更新康復訓練場景中虛擬人物模型的位置和康復訓練場景中虛擬人物模型的關節點四元數；完成患者的動作和場景中虛擬人物動作上的鏡像同步；康復訓練場景隨機生成一個作為當前訓練動作；患者完成場景中出現的訓練動作，系統根據定義好的動作評定方法和完成度計算公式獲取患者完成當前動作的完成分。該方法基于位置三維坐標的計算更新和身體主要關節點四元數的計算更新，實現了患者和康復訓練系統中虛擬人物在動作上的鏡像同步，提升了康復訓練過程的交互性和參與感，可以有效提高患者康復訓練的積極性。

技術領域

本發明屬于康復訓練技術領域，具體涉及一種基于深度傳感器的康復訓練方法。

背景技術

世界正在迅速老齡化，老齡化問題在發達國家表現的尤為突出，因為經濟條件優越，發達國家居民的預期壽命在持續走高。據統計，到2050年左右，美國65歲及以上的人口規模將從現有的4000萬增加到8800萬左右，有接近一倍的增長。隨著老年人口的不斷增加，保持健康和減少某些疾病的發病率將增加保健和其他相關的生活支持服務的需求，從而幫助老年人安享晚年。根據世衛組織的一項調查，超過10億人(占世界人口的15％)患有某種形式的身體殘疾。其中，約有1.5億人表現出嚴重的肢體功能障礙。康復訓練是多發性損傷或運動障礙患者治療的重要組成部分。有效的康復方案有助于調整患者的生理、心理和社會功能水平，幫助其更快更好地恢復到最佳狀態，并相應地減少住院時間、再住院率和一些寶貴的保健資源的使用。因此，為老年人或患有肢體功能障礙的殘疾人提供合理的運動康復方案是一個很重要的問題。居家鍛煉永遠是最方便，最快捷的。因此，對方便居家康復的電腦輔助設備有了很大的需求。

虛擬現實(VR)提供了一種可行的解決方案，具有更真實和豐富的交互。它允許用戶直接與計算機模擬的環境交互，會帶來更加沉浸式的體驗，提高運動的參與感。許多虛擬現實系統是專門為康復而開發的，以提高患者的運動技能。由于信息和通信技術的進步，使用虛擬現實技術設計的設備，如任天堂Wii和微軟XboxKinect，正變得更便宜，更容易被用作康復設備。任天堂Wii使用了一個可以掛在手上的控制器，使動作成為一種輸入形式，而微軟XboxKinect采用了一個攝像頭來跟蹤玩家的骨骼點，我們可以根據Kinect采集到的信息，結合自身需要做數據的再處理，實現相應的功能。

對于需要患者手持遙控器才能完成的運動鍛煉，會存在一個很大的弊端，就是對于一些嚴重運動損傷的患者來說很不友好,因為對于他們來說再手持一個設備本身就是很大的負擔。在任天堂Wii和索尼PlayStation等平臺游戲盛行之后，因為手持控制器過度使用和重復動作引起的身體上的損傷經常被報道。因為不像真正的體育鍛煉運動量那么大，居家游戲性質的運動持續時間可能更長，手持遙控器的弊端會更加凸顯。微軟XboxKinect允許用戶通過身體手勢與機器互動，而不需要任何手持控制器，這被認為是能夠顯著防止肌肉骨骼損傷發生的原因。

Kinect體積小，價格適中，不需要手持，是家庭運動恢復使用的絕佳工具。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種基于深度傳感器的康復訓練方法，基于位置三維坐標的計算更新和身體主要關節點四元數的計算更新，實現了患者和康復訓練系統中虛擬人物在動作上的鏡像同步，提升了康復訓練過程的交互性和參與感，可以有效提高患者康復訓練的積極性。

本發明提供一種基于深度傳感器的康復訓練方法，包括如下步驟，

步驟S1、通過深度傳感器獲取患者康復訓練過程中的動作信息，信息包括患者位置的三維坐標和身體25個關節點的旋轉四元數；

步驟S2、根據患者位置的三維坐標計算更新康復訓練場景中虛擬人物模型的位置，根據身體25個關節點的旋轉四元數計算更新康復訓練場景中虛擬人物模型的關節點四元數；完成患者的動作和場景中虛擬人物動作上的鏡像同步；