[发明专利]用于追踪正在执行锻炼的用户的手部和/或腕部旋转的方法和设备

说明书

发明领域

本发明涉及手部和/或腕部旋转追踪，并且特别是涉及用于追踪正在执行锻炼的用户的手部和/或腕部旋转的方法和设备。

背景技术

一种基于单个摄像机和标识器的中风康复系统是新兴市场的高性价比解决方案。通过电视机，中风后的患者可以根据屏幕上的由医生/临床医学家规定的指导来自己进行康复锻炼。

WO2008/099301A1公开了一种用于引导和监管身体锻炼的反馈装置。尽管所述反馈装置利用了戴在身上的传感器或标识器以及摄像机系统来检测人员的身体姿势和/或身体运动，但所述反馈装置只能检测到整体的身体姿势，而不能在(例如)手部和/或腕部的旋转锻炼中准确地检测角度变化。

特别地，在所有康复锻炼中，与手部和/或腕部相关的旋转运动是中风后患者的重要锻炼。在具有任意形状(如椭圆形球或立方体)的戴在手上的标识器的情形中，基于单个摄像机的系统难以追踪3个自由度的手部旋转。在多数情况下，为了完成此任务，必须在手部使用另外的标识器或其它模式(如加速计)来帮助追踪旋转。

发明内容

为了简化系统实施并减少用于手部和/或腕部旋转追踪的标识器的数量，本发明的发明人仔细研究了与所有类型的手部/腕部旋转有关的锻炼，并且发现这些锻炼可以被分类成两种类别：即，与摄像机获取的标识器图像的面积改变无关的第一类(例如，手部/腕部旋转以及前臂旋前和旋后)；和与摄像机获取的标识器图像的面积改变有关的第二类(例如，腕部背屈和掌屈)。

另外，本发明人认识到，对于属于第一类的锻炼来说，手部和/或腕部旋转追踪可由线性拟合算法来实施，而对于属于第二类的锻炼来说，手部/腕部旋转追踪可由面积角度映射算法实施。

然而，并非所有的任意形状的标识器都可以用于这两种算法。换句话说，所述两种算法应当结合被特别设计的戴在手上的标识器来使用，以使这两种算法同时可行。用这种方法，戴在手上的单个标识器足以用于手部和/或腕部旋转追踪，使得可简化系统的实施并可节省标识器或其它加速计的成本。

如上文提及，本发明的发明人已发现，戴在手上的标识器的形状不能是任意的，尤其是对于线性拟合算法来说。例如，如果标识器在摄像机上的投影是圆形形状或方形形状，则由摄像机获取的图像不能被线性拟合成线，因此由标识器运动代表的手部/腕部旋转不能被线性拟合算法识别。

因此，根据上文，本发明人已发现，为了在单个标识器的情况下使手部和/或腕部旋转追踪同时适合用于面积角度映射算法和线性拟合算法，标识器在摄像机上的投影应当是类似矩形的形状，且优选地具有细长的矩形形状以便适合用于线性拟合。换句话说，标识器的投影不应当是圆形形状或方形形状等。

特别地，根据本发明的一个方面，提供一种追踪正在执行锻炼的用户的手部和/或腕部旋转的方法，其中用户在他/她的手部佩戴有标识器，所述方法包括以下步骤：

-当手部分别处于第一姿势和第二姿势时通过摄像机获取所述标识器的第一图像和第二图像；

-基于所述第一图像和第二图像以及用户正在执行的锻炼的类型，根据从第一姿势到第二姿势的改变导出手部和/或腕部的角度变化；以及

-输出所述手部和/或腕部的角度变化，

其中所述标识器近似于矩形块，所述标识器具有用于容纳用户的手掌的开口，并且标识器的沿着垂直于手掌的方向的边大致比另外两边短。

由于标识器的沿着垂直于手掌的方向的边大致比另外两边短，因此其在摄影机上的投影是矩形形状的且可被线性拟合成线。因此，具有上述形状的戴在手上的标识器适合用于线性拟合算法。因此，通过本发明的方法，戴在手上的单个标识器足以用于手部和/或腕部旋转追踪，使得可简化系统实施并且可节省标识器或其它加速计的成本。

根据本发明的实施例，当用户正在执行的锻炼类型与前臂旋后和旋前有关并且第一图像和第二图像均为细长的时，导出步骤包括以下子步骤：

-将第一图像和第二图像分别拟合成第一线和第二线；以及

-计算第一线和第二线之间的角度作为手部和/或腕部的角度变化。

用这种方法，如上文提及，可以通过利用线性拟合算法结合戴在手上的简单标识器来容易地执行此类锻炼的手部和/或腕部旋转追踪。

另外，根据本发明的实施例，当用户正在执行的锻炼类型与腕部背屈和掌屈有关时，导出步骤包括以下子步骤：

-分别计算第一图像和第二图像的第一面积和第二面积；

-通过查找预定义表将第一面积映射到第一角度，所述第一角度指示当标识器处于第一姿势时所述标识器所位于的平面相对于基准平面的角度；