[发明专利]一种基于视觉追踪控制的肢体康复训练与评估系统

说明书

本发明公开了一种基于视觉追踪控制的肢体康复训练与评估系统，包括图像采集单元、头戴式显示与控制模块、康复器具和监测与评估模块，监测与评估模块，与图像采集单元、康复器具和头戴式显示与控制模块进行通讯连接；主动训练模式下，监测与评估模块通过处理图像采集单元采集的深度图像数据，获得用户的肢体骨架关键节点运动数据，并根据肢体骨架关键节点运动数据对肢体运动效果进行分析评估；跟随训练模式下，监测与评估模块通过处理康复器具的压力传感器采集的压力数据进行训练效果的分析；监测与评估模块将最终处理好的分析评估结果发送给头戴式显示与控制模块，进而反馈给用户。

技术领域

本发明属于视觉追踪控制以及康复训练和评估技术领域，具体涉及一种基于视觉追踪控制的肢体康复训练与评估系统。

背景技术

近年来，我国残疾人康复服务行业发展迅速，需要进行康复训练的人群对先进康复理念和设备的要求也越来越迫切。现阶段的训练大多在相对自动化的康复器具上完成，相比传统的康复师一对一进行人工训练的方法虽有很大的进步，但仍存在以下几个问题：第一，由于康复师的认知差异和主观依赖性较大，康复过程的评估往往也伴随有极大的主观性。第二，训练过程中，由于康复师不能给出训练的量化标准，往往难以达到预期的康复效果。第三，整个训练的过程往往显得被动单一，用户难以获得较为自由舒适的训练体验。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于视觉追踪控制的肢体康复训练与评估系统，将眼动控制、增强现实等技术进行结合，用于康复训练过程，同时利用机器视觉、运动捕捉等技术，对人体关键点部位进行精确捕捉，从而定量地给出训练过程中的具体标准，并对康复训练效果进行精确评估。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于视觉追踪控制的肢体康复训练与评估系统，包括：

图像采集单元，用于采集用户受训练肢体的运动图像数据；

头戴式显示与控制模块，用于为用户提供人机交互操作界面，并通过识别用户的眼部动作，生成相应的控制指令；

康复器具，用于对用户的肢体进行康复运动训练，其具有主动训练、被动训练以及跟随训练三种模式，其中被动训练模式以及跟随训练模式下均有助力电机带动转轴运动，主动训练模式下助力电机默认不启动；所述康复器具能够接收来自头戴式显示与控制模块的控制指令，进而选择各类模式；所述康复器具在与肢体接触的部位设置有压力传感器，用于采集肢体与康复器具之间的压力数据；

监测与评估模块，与图像采集单元、康复器具和头戴式显示与控制模块进行通讯连接；主动训练模式下，监测与评估模块通过处理图像采集单元采集的深度图像数据，获得用户的肢体骨架关键节点运动数据，并根据肢体骨架关键节点运动数据对肢体运动效果进行分析评估；跟随训练模式下，监测与评估模块通过处理康复器具的压力传感器采集的压力数据进行训练效果的分析；监测与评估模块将最终处理好的分析评估结果发送给头戴式显示与控制模块，进而反馈给用户。

在上述技术方案中，所述图像采集单元由4台深度相机组成，4台深度相机成矩阵式排布，所围成的面积小于8m*8m，受试者位于4台深度相机中心视野中；4台深度相机采集的数据发送给监测与评估模块。

在上述技术方案中，监测与评估模块为一台计算机，监测与评估模块内设置有骨架提取单元及分析评估单元；所述骨架提取单元，用于提取用户肢体骨架关键节点的三维数据信息；所述分析评估单元，用于对主动训练模式及跟随训练模式的用户肢体运动训练效果进行评估。

在上述方案中，骨架提取单元的人体运动识别模型的构建步骤如下：

S1：成矩阵布置好深度相机组的4台深度相机，通过4台深度相机同时采集多位受试者时间序列的深度图像数据，将采集的数据发送给计算机端进行处理；

S2：根据上述获得的受试者的深度图像数据，构建好每台深度相机的人体各关键点部位的人体姿态估计模型；