[發明專利]一種踝關節運動跟蹤方法、系統和存儲介質

有效

• 申請號: 202110795757.4
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113538514B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 郭詩輝;林俊聰;高星
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/73;G01B11/16
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 何家富

本發明公開了一種踝關節運動跟蹤方法、系統和存儲介質，所述方法包括步驟S1：獲取踝關節的光學運動數據和傳感器運動數據，并以傳感器運動數據為預測器，光學運動數據為目標訓練回歸模型；步驟S2，將傳感器運動數據輸入回歸模型，獲得踝關節的運動數據。本發明的踝關節運動跟蹤方法在確保高精度的同時有效避免了遮擋問題，可作為此類系統算法改良的參考。

技術領域

本發明涉及人體運動分析領域，尤其涉及一種基于拉伸式織物傳感器的踝關節運動跟蹤方法、系統和存儲介質。

背景技術

人體踝關節運動捕捉具有廣泛的應用前景，在運動仿真，3D動畫制作，人體運動分析，人體生物力學研究等領域有著重要應用。

如何降低設備成本的同時確保高精度、高準確性，是人體運動捕捉研究的一大挑戰。傳統的關節運動捕捉大多基于光學設備，如Vicon系統，使用多臺紅外攝像機捕捉標記點的坐標，將人體抽象為以軀干和四肢為主的骨架，將反光標記點綁定到骨架并對坐標序列逐幀分析。盡管結果序列的準確度很高，但高昂的設備價格使其只能用于實驗環境。一些基于圖像序列的方法降低了運動監測的成本，但對環境光線十分敏感。由于運動時雙腿交替前行，因此相較于其他人體部位，踝關節存在更嚴重的遮擋問題，需要更復雜的算法來支持基于光學的方法，增大軟件量級的同時勢必也影響運算速度，不利于實時監測。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明的目的是提供一種踝關節運動跟蹤方法，以實現在確保高精度的同時有效避免了遮擋問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種踝關節運動跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟S1：獲取踝關節的光學運動數據和傳感器運動數據，并以傳感器運動數據為預測器，光學運動數據為目標訓練回歸模型；

步驟S2，將傳感器運動數據輸入回歸模型，獲得踝關節的運動數據。

進一步的，所述步驟S1具體包括：

步驟S11：動態足部表面的形狀捕捉，包括光學捕捉和傳感器捕捉，獲得光學運動數據和傳感器運動數據，所述傳感器運動數據匯集為傳感器時間序列；

步驟S12，計算踝關節角度：根據光學運動數據確定踝關節旋轉中心，計算踝關節扭轉角度，生成角度時間序列；

步驟S13，數據清洗：通過插值或間隔取值，使角度時間序列和傳感器時間序列的數據、時間戳一致；

步驟S14，訓練回歸模型：根據數據清洗后的角度時間序列和傳感器時間序列的數據，進行多元回歸分析，以傳感器時間序列作為預測器，角度時間序列作為目標訓練回歸模型。

進一步的，所述步驟S11中的傳感器捕捉，包括以下步驟：

將柔性運動捕捉設備穿戴在足部，使所述柔性運動捕捉設備上的多條柔性拉伸傳感器圍繞踝關節均勻排列，且以脛骨下關節面所在的曲面作為參考面，使各柔性拉伸傳感器的中點位于此曲面；將所述柔性拉伸傳感器和采集器連接，以采集踝關節的運動數據；所述柔性運動捕捉設備是將多條柔性拉伸傳感器編織在普通織物中形成的。

進一步的，所述步驟S11中的傳感器捕捉，還包括：調整柔性拉伸傳感器的位置，使其中兩條柔性拉伸傳感器分別對應跟腱和前踝。

進一步的，所述步驟S12包括：

將足部運動定義為兩個自由度，包括上下自由度和左右自由度，每個自由度包括兩個方向；

每個方向的三個點組成兩個非同向的空間向量，該方向的關節角度被定義為空間向量的夾角，所述空間向量的夾角的公式為：

其中D的取值為對應方向，D_n,1、D_n,2、D_n,3表示對應方向的三點，n為數據幀號。