[发明专利]基于Kinect视觉步态分析的情景交互康复训练方法

权利要求书

1.一种基于Kinect视觉步态分析的情景交互康复训练方法，包括基于Kinect双目视觉的步态测量方法和虚拟情景交互的控制方法；基于Kinect双目视觉的步态测量方法，通过Kinect双目视觉摄像头提取使用者臀部关节、下肢关节点及踝关节点的空间位置，计算各个关节点的相对于其所需参考的节点的位置，实现步态信息的测量；虚拟情景交互的控制方法，由计算机根据Kinect双目视觉提取的患者步态信息，根据下肢各关节点的相对位置控制虚拟情景中的人物进行相同的运动，实现使用者与虚拟情景中人物的交互。

2.根据权利要求1所述的基于Kinect视觉步态分析的情景交互康复训练方法，其特征在于：当使用者使用下肢康复训练机构时，在其正前方放置显示面朝向使用者的显示设备，并在显示设备与使用者之间，距离使用者不远于4m、使用者腰部高度的位置放置Kinect双目视觉摄像头，其具体步骤如下：

步骤1：设置虚拟情景，情景中包含与使用者运动一致的虚拟人物，及虚拟的现实情境；

步骤2：假定标记髋部中心关节点Hcenter、左臀部关节点Hleft、右臀部关节点Hright、左肢膝关节Kleft、右肢膝关节Kright、左肢踝关节Aleft、右肢踝关节Aright，虚拟情景中虚拟人物的髋部中心关节点Hcenter’、左臀部关节点Hleft’、右臀部关节点Hright’、左肢膝关节Kleft’、右肢膝关节Kright’、左肢踝关节Aleft’、右肢踝关节Aright’，并设定虚拟情景中人物的右下肢大腿、右下肢小腿、左下肢大腿，左下肢小腿的长度分别为Ru、Rd、Lu、Ld；

步骤3：计算机利用Kinect双目视觉摄像头获取前方使用者运动的关节帧图，识别出使用者的关节点空间位置（关节的X、Y、Z的坐标信息），计算出各个关节点相对于各自的参考节点的姿态信息（相对于参考节点，在X、Y、Z方向的弯曲角度），其具体步骤如下：

步骤3.1：计算左臀部关节点Hleft（x1,y1,z1）以髋部中心关节点Hcenter（x2,y2,z2）为参考节点的姿态信息，主要包括Hleft和Hcenter两点构成的向量分别与X轴、Y轴、Z轴形成的夹角，分别定义为ω_x、ω_y、ω_z，并存于Whl中，其中ω_x、ω_y、ω_z的计算如下：

ωx=arccos(x1-x2)(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>

ωy=arccos(y1-y2)(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>

ωz=arccos(z1-z2)(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>

步骤3.2：依据步骤3.1的计算方式，依次计算左肢膝关节Kleft以左臀部关节点Hleft为参考节点的姿态信息、左肢踝关节Aleft以左肢膝关节Kleft为参考节点的姿态信息、右臀部关节点Hright以髋部中心关节点Hcenter为参考节点的姿态信息、右肢膝关节Kright以右臀部关节点Hright为参考节点的姿态信息、右肢踝关节Aright以右肢膝关节Kright为参考节点的姿态信息，并分别将各个关节点的角度信息存于Wkl、Wal、Whr、Wkr、War中；

步骤4：依据各个关节点的姿态信息（Whl、Wkl、Wal、Whr、Wkr、War）控制虚拟情景中人物的行走，其具体步骤如下：

步骤4.1：以髋部中心关节点Hcenter为不动点，将其对应到虚拟情景中人物的髋部中心关节点Hcenter’；

步骤4.2：依据髋部中心节点Hcenter的位置，结合Whl和Lu，控制虚拟情景中人物的左下肢大腿以Hcenter’为参考点，具有与使用者左下肢大腿相同的姿态，结合Wkl和Ld，控制虚拟情景中人物的左下肢小腿以Kleft’为参考点，具有与使用者左下肢小腿相同的姿态，结合Wal可以确定左脚的姿态；

步骤4.3：依据髋部中心节点Hcenter的位置，结合Whr和Ru，控制虚拟情景中人物的右下肢大腿以Hcenter’为参考点，具有与使用者右下肢大腿相同的姿态，结合Wkr和Rd，控制虚拟情景中人物的右下肢小腿以Kright’为参考点，具有与使用者右下肢大腿相同的姿态，结合War可以确定右脚的姿态；

步骤5：返回步骤3。