[发明专利]基于非接触人体数据采集的个体康复运动轨迹规划系统

权利要求书

1.基于非接触人体数据采集的个体康复运动轨迹规划系统，包括人体图像采集模块(1)、数据计算存储模块(2)、数据远程共享模块(3)；人体图像采集模块(1)与数据计算存储模块(2)采用有线连接；数据计算存储模块(2)与数据远程共享模块(3)采用无线连接，其特征在于：

所述人体图像采集模块(1)，包括深度相机及相机支架，用于拍摄人体的彩色图像和深度图像；

所述数据计算存储模块(2)，采用本地计算机，其包括：

图像配准子模块(21)，用于接收人体图像采集模块(1)拍摄的彩色图像和深度图像并进行图像配准处理；

数据解算子模块(22)，用于解算人体参数和关节运动数据，并将彩色图像和解算的数据封装为特定数据结构实时发送；

轨迹规划子模块(23)，用于根据数据解算子模块(22)计算得到的人体个性数据和康复需求规划患者的康复运动轨迹；

存储子模块(24)，用于将该轨迹数据和人体数据保存为本地文件，并将规划得到的轨迹进行动画演示，以直观的展示人体的康复动作；

所述数据远程共享模块(3)，包括云服务器和远程计算机，该两者之间采用无线连接，云服务器接收数据计算存储模块(2)的计算结果并发送给远程计算机，远程计算机对接收到的数据通过数值字符、波形图、视频和动画的方式进行重现。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人体图像采集模块(1)采集人体图像时，根据使用者身高调整深度相机的摆放位置和高度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人体图像采集模块(1)采集得到的深度图像为空间中人体关节点与相机光心之间距离的集合。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像配准子模块(21)对人体图像采集模块(1)拍摄得到的彩色图像和深度图像进行图像配准处理，是以彩色图像所处的坐标系为基准，通过空间变换，将深度图像映射至彩色图像坐标系，使得空间中任意点的位置在两种图像中一一对应。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据解算子模块(22)解算人体参数和关节运动数据，实现如下：

首先，利用现有的人体关键点检测程序先检测出人体关节点在彩色图像中的像素位置(u_R,v_R)，从配准后的深度图像中找到对应点的深度值d，计算人体关节点的三维空间坐标(x,y,z)：

x＝z(u_R-c_x)/f_x

y＝z(v_R-c_y)/f_y

z＝d/s

其中，(c_x,c_y)表示相机光心位置，(f_x,f_y)表示相机焦距，s表示与深度值单位相关的比例因子，取s＝1000；

其次，根据关节点的三维空间坐标，分别计算人体各段肢体的长度l和向量

其中，(x_i,y_i,z_i)和(x_j,y_j,z_j)分别表示两个相邻关节点的空间位置坐标；

再次，根据人体各段肢体的向量，计算各个关节的角度θ：

其中，和分别表示两段相邻肢体的向量。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轨迹规划子模块(23)根据人体个性数据和康复需求对患者的康复运动轨迹进行规划，是先对康复设备与人体的连接固定参数进行调整；再根据连接固定参数、康复部位的肢体长度和关节活动范围对关节的运动角度进行优化，避免康复运动过程对患者造成不适；最后对优化后的关节角度进行多项式拟合，生成连续的康复运动轨迹，用于指导患者的康复运动。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据远程共享模块(3)中的远程计算机对接收到的数据通过数值字符、波形图、视频和动画的方式进行重现，是在远程计算机上基于Socket网络编写数据传输程序，接收云服务器发送的人体个性数据，并利用MFC软件开发工具设计用户界面，在用户界面中显示康复部位的肢体长度数值和关节角度数值，绘制关节角度在设定时长内的角度波形图像，显示实时拍摄的彩色图像并展示运动的模拟动画，使康复师能够在线进行康复指导。