[发明专利]一种获取目标物行走姿态的方法与系统

说明书

本发明涉及一种获取目标物行走姿态的方法与系统，属于图像处理技术领域。方法包括以下步骤：(1)采集背景场景的图像、标记点的图像及目标物在背景场景中行走过程的图像序列，标记点固设在目标物上用于标记所固定位置处的行走轨迹；(2)以背景场景的图像为参考帧，从图像序列中分割出局部图像构成前景图像序列，该局部图像包括目标物的图像；(3)以标记点的图像为模板，从前景图像序列中匹配出各标记点并获取其坐标数据；(4)依据各标记点的坐标数据计算目标物在行走过程中的行走姿态。该方法能够有效的降低获取行走姿态所需设备的成本及减少后续图像处理的计算量，可广泛应用康复机器人等领域。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体地说，涉及一种用于获取目标物行走姿态的方法与系统。

背景技术

穿戴式外骨骼机器人适用于脑卒中、偏瘫、中风等病人的康复治疗，为了获取康复治疗数据，通常是通过捕捉康复人员关节处的运动姿态，以判断外骨骼机器人在负载后的康复人员肢体姿态，并基于至少一个行走周期中的肢体姿态变化数据，重构出康复人员的行走姿态。

通常采用光学跟踪式运动测量方法获取康复人员关节处的运动姿态，该测量方法基于计算机视觉技术，通过摄像头等装置对目标物上特定标记点的跟踪和计算来完成对目标物的运动测量，常用标记点有反光标记点和发光标点两种，标记点的大小和形状可以根据需要进行设置。

典型的光学跟踪式运动测量系统通常使用多个摄像头环绕表演场地排列，摄像头的视野重叠区为工作空间。为了便于后续图像处理，通常要求被测者会穿上黑色紧身衣，在主要的关节等关键部位贴上特制的光学标记点。在进行测量之前，系统首先要完成标定，摄像头才能开始拍摄被测者的动作，保存并进行分析、处理所拍摄到的图像序列，以识别出图像中的光学标志点并计算其在每一瞬间的空间位置，进而重构出目标物的运动轨迹。为了获取目标物的准确运动轨迹，要求摄像头以较高的拍摄速率进行拍摄。

现有常用测量系统要求采用多个摄像头而导致其成本较高，且后续图像处理计算量大，此外，其对试验场地的光照与反射要求较高，限制了其应用场景，而不利于穿戴式骨骼机器人在前述病人康复治疗中的应用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种获取目标物行走姿态的方法，以降低所需设备成本的同时，减少后续图像处理的计算量；本发明的另一目的是提供一种获取目标物行走姿态的系统，以降低所需设备成本的同时，减少后续图像处理的计算量。

为了实现上述主要目的，本发明提供获取目标物行走姿态的方法包括采集步骤、分割步骤、匹配步骤及计算步骤；其中，采集步骤包括采集背景场景的图像、标记点的图像及目标物在背景场景中行走过程的图像序列，标记点固设在目标物上用于标记所固定位置处的行走轨迹；分割步骤包括以背景场景的图像为参考帧，从图像序列中分割出局部图像构成前景图像序列，该局部图像包括目标物的图像；匹配步骤包括以标记点的图像为模板，从前景图像序列中匹配出各标记点并获取其坐标数据；计算步骤包括依据各标记点的坐标数据计算目标物在行走过程中的行走姿态。

以背景场景为参考帧，从图像序列的各帧图像中分割出至少包含目标物的图像局部，并以该图像局部区域作为后续图像处理的对象—前景图像，以在后续处理中无需对大部分背景图像进行处理而有效地减少后续图像处理的计算量；同时，采用标记点的图像为模板，从分割出的图像局部上匹配出标记点的位置，从而可使用图标式标记点进行标记，同时可采用单目摄像头进行采集图像系统而有效地降低所需设备成本。

具体的方案为在采集步骤之后及分割步骤之前进行去色步骤，该去色步骤包括将背景场景的图像、标记点的图像及图像序列转换成灰度图。在后续分割步骤及匹配步骤以灰度图为对象进行处理，可进一步减少后续处理的计算量。