[发明专利]一种人体动作功能检测系统、检测方法及检测仪

说明书

本发明属于人体数据识别技术领域，公开了一种人体动作功能检测系统、检测方法及检测仪，数据采集模块采用深度摄像设备获取人体运动的视频；骨骼节点位置获取模块用于建立分析用的简易人体骨骼模型，并获取人体骨骼的空间坐标数据；数据计算模块用于根据骨骼数据中的各个坐标点的深度位置得到各个关节点之间的空间数据；姿势库匹配模块用于将空间数据与经过大量数据样本进行机器学习而得到的姿势库模板进行匹配；肢体运动识别模块用于进行肢体识别。本发明开创性的实现了举手深蹲、站立体前屈、侧屈等功能动作检测中多部位运动数据的同步检测，实现了功能动作检测数据的定量化。

技术领域

本发明属于人体数据识别技术领域，尤其涉及一种人体动作功能检测系统、检测方法及检测仪。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：现有技术研究证实，运动功能的下降、异常和运动损伤的发生发展存在一定的相关性：

肩峰撞击综合征、肩袖损伤患者胸大、胸小肌紧张程度均高于健康人，同时其背部浅表层肌肉(如斜方肌、菱形肌、背阔肌等)则呈现力弱、肌肉拉长等特点；非特异性腰痛、腰椎间盘突出等腰椎伤病的患者则表现出多裂肌、腹横肌、腹斜肌无力、体积减小等特点，而膝关节交叉韧带损伤、膝前痛则与臀外展肌群力量下降、股直肌紧张等因素高度相关，因此，在以评估运动损伤风险为目的的健康运动体检中，设计相关检测，评估以上因素就显得十分重要。

目前，人体测量、超声、核磁检查等可以测量肌肉长度，而相关肌肉的力量及激活情况则可通过等长或等速肌力测试、表面肌电测试等完成，动作捕捉测试系统则可完成复杂动作中人体的运动学分析，但以上测试一次只能测试一个部位，耗时较长，经济成本较高，且无法进行多部位运动数据的同步测试，尤其无法在筛查性体检中大规模使用；因此，通常通过若干静态体姿和功能动作对受检者的运动风险进行筛查、评估，如上文提及的胸大肌、胸小肌紧张常与背部肌肉力弱同时存在，此类人群表现出“圆肩”、“驼背”等体态特征，被称为“上交叉综合征”；与腰部疼痛高度相关的腹肌、臀肌无力则常与髂腰肌紧张同时存在，此时受检者多表现为骨盆前倾体态，被称为“下交叉综合征”；通过如深蹲等的功能动作测试，也可对受检者运动功能进行筛查评估，在该动作中，如出现双膝内扣，则提示受检者可能存在髋外展肌力不足的情况，矢状面膝关节超过足尖则提示臀大肌激活不足。

目前人体行为检测技术可以归类为三维运动捕捉技术，从捕获方式上讲可以分为非视觉和基于视觉的两类。与非视觉式的动作捕捉系统不同，基于视觉的动作捕捉系统采用光学元件来感知人体的动作，通常有带标记点式和无标记点式两种方式。VICON就是一套已被广泛应用的标记点式的动作捕捉系统，有研究使用它进行了人体步态识别与分析相关方面的研究工作。这种系统具有较高的精度，但它往往只能在专门的环境中使用，人体需要穿戴特设的装备，过程繁琐，费用高昂。而无标记点式系统则无需额外的标记点辅助即可实现人体动作跟踪，它成功地克服了标记点式系统所带来的一些问题。传统的无标记点式系统采用多台同步摄像机利用多目视觉技术进行动作跟踪与捕捉，如利用多视角录像机解决了两个彼此交互重叠的人体对象的骨骼跟踪重建问题，有研究分别在虚拟环境和实验室环境下采用16/8台摄像机来跟踪人体的运动信息。可想而知，同时采用多台摄像机的动作捕捉系统的成本仍然很高，其对特殊环境的依赖性依然很强。并且以上检测手段一次只能测试一个部位，耗时较长，经济成本较高，且没有实现多部位运动数据的同步测试，无法满足大规模筛查性体检中对体姿体态及动作模式检测的简便、快捷的需求。

综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有标记点式人体行为检测技术往往只能在专门的环境中使用，人体需要穿戴特设的装备，过程繁琐，费用高昂。

(2)现有非标记点式人体行为检测技术成本也很高，对特殊环境的依赖性依然很强；并且以上检测手段一次只能测试一个部位，耗时较长，经济成本较高，且没有实现多部位运动数据的同步测试，无法满足大规模筛查性体检中对体姿体态及动作模式检测的简便、快捷的需求。

(3)但当前尚无可定量、快速检测功能动作检查快速筛查受检者运动功能异常的手段和方法。原因如下：