[实用新型]面肌运动分析仪

说明书

技术领域

本实用新型属于运动捕捉跟踪及分析设备领域，涉及面部运动捕捉跟踪及分析设备，尤其是一种面肌运动分析仪。

背景技术

面瘫不仅严重影响人的外观，还会造成其社会行为、工作、生活的改变。缺乏准确、客观的面神经功能评价系统制约着面瘫的诊疗和研究。在面瘫的实际临床工作和研究之间亦存在较大差异，临床工作一般是定性和灵活的，而临床研究则应是定量的和“板上钉钉”的。面肌运动分析仪基于三维动态图像的分析方法，可提供静态测量以及面肌运动观察点移动距离、方向、速度、加速度等所有动态参数，通过分析这些参数可以反映面肌、面神经的功能，在医学研究感兴趣的面肌关键点(如脸颊上某点)上的立体定量分析中可以发挥其优势，并且可以满足对面部肌肉运动在线实时分析的实测要求，已经被某些面瘫研究者们所使用。

人脸的面部运动细微且复杂，对于面部表情的捕捉，由于传感器尺寸和布局方式的限制，以及面部表情对细节特征跟踪测量精度较高的要求，很多传统的运动捕捉技术(如机械式、电磁式、声学式、加速度传感器式等)都已经难以应用，而光学式运动捕捉成为面部运动捕捉最为成熟和广泛应用的技术。其中，标记点式面部运动捕捉技术在三维制作领域已经有着成熟的应用，该技术具有保持自然特征点形态稳定且排除光照条件的不稳定因素的特点。其原理是利用多相机立体视觉技术，对粘贴于被测对象表面的高亮反光标记进行高速同步拍摄、特征跟踪和实时精确地三维重建，记录和重现关键点的运动轨迹。该方法有着独特的技术优势：可以灵活地对面部任何指定点或感兴趣的部位进行稳定可靠的运动跟踪分析；运动测量精确度高，精度可达到0.1mm/1m；可实现在线实时的数据自动处理分析，操作简单便捷，无需复杂的技术操作，同时保证较高的稳定性和可靠性。

标记点式面部运动捕捉技术大多是肢体动作捕捉技术的延伸，原理与肢体捕捉没有本质区别。一些现有方案在面部捕捉技术上达到可观的效果，但需要过程复杂的后处理，费用十分昂贵且有缺陷。例如，高端动作捕捉品牌Vicon和魔神采用的方案是肢体捕捉的同时，在人脸粘贴标记点，利用高分辨率系统同步捕捉肢体和面部细节的运动。该技术可达到肢体和面部运动数据高度同步，缺点是由于面部细节标记点过多，适用于肢体捕捉的大视场捕捉对面部稠密标记点跟踪容易失效，导致大量跳点问题发生，需要复杂的后处理过程，成本过高，效率较低，成为实际应用的最大障碍。OptiTrack方案是将采用落地式动作捕捉系统，将捕捉有效范围调整至人脸适合大小，固定朝向人脸进行标记点捕捉。该技术同样存在丢点跳点等问题，影响最终的数据稳定性和精确度。上述技术在对面部标记点进行识别的过程中还需要进行标记点结构模型学习，无法自动编号标识，需要较多的人工操作，对于捕捉结果也未给出相关的报告分析，缺少定量数据结果总结。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种面肌运动分析仪，减少了大量的人工后处理，减少跟踪失效和跳点问题，实现低成本、高效率、高可靠性和高精度的面部运动捕捉、重建和结果分析。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

一种面肌运动分析仪，包括运动捕捉装置、固定装置及上位机，运动捕捉装置通过固定装置固定在能获取面部观察点的位置，所述的运动捕捉装置包括可编程门阵列及视觉图像传感器，所述的上位机分别与可编程门阵列及视觉图像传感器连接，可编程门阵列与视觉图像传感器连接。

而且，所述可编程门阵列接收上位机发送的预设脉冲触发信号和曝光时间，根据预设脉冲触发信号和曝光时间向所述视觉图像传感器发送触发信号。以使所述视觉图像传感器根据所述触发信号对被测物体进行曝光拍摄，并对拍摄图像进行预处理。

而且，所述的视觉图像传感器包括多个光学相机(至少两个)相机，相机间的相对位置固定不变。多目相机接收FPGA发出的触发脉冲信号，在同一时间点曝光采集图像，每次采集的多幅图像组成一组立体匹配图像对，对其进行预处理后，数据通过相机传输线缆传送至上位机。

而且，上位机对数据中被测物体的表面特征点进行提取、预测追踪，提高追踪准确率，三维重建后，还可根据面部点的分布特征自动识别并编号，自动修补观察点追踪时遗漏或丢失的点及去除刚体位移，减少人工后期处理，并给出定量结果分析，生成面部观察点三维运动捕捉的相关报告，如面部运动中某些观察点的区间最大位移、速度、加速度等。所述上位机还用于相机自标定，计算多目相机三维重建所需的内外参数。