[发明专利]一种基于惯性传感器的肢体动作捕捉方法及康复评估系统

说明书

本发明公开了一种基于惯性传感器的肢体动作捕捉方法及康复评估系统，所述方法包括以下步骤：获取惯性传感器发送的数据信号，提取所测肢体的关节活动数据；根据关节之间的父子关系，构建上臂、前臂、大腿和/或小腿的向量，得到上臂、前臂、大腿和/或小腿的位置；获取关节活动数据，对于每个关节，分别针对不同的关节动作计算相应关节角的姿态参数；根据上臂、前臂、大腿和/或小腿的位置，以及关节角的姿态参数，复原肢体动作。本发明提出了人体关节父子关系体系，采用实时接收的父级与子级的关节活动数据，将父级关节的位置作为子级关节活动度的参考，以此来计算关节活动度，提高了肢体动作的还原精度。

技术领域

本发明涉及计算机辅助医疗技术领域，特别涉及一种基于惯性传感器的肢体动作捕捉方法及康复评估系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术相关，不必然构成在先技术。

“脑卒中”又称“中风”、“脑血管意外”，常见于中老年人，是一种由脑内供血不足引起的急性脑血管疾病。脑卒中患者由于脑部供血的不足，存在着运动能力的缺陷，每年都有一大部分人饱受痛苦，给家庭造成了沉重的负担。如今现有的脑卒中康复评估方案主要由康复医师进行人工康复评估，容易受到康复医师主观因素的影响。

尽管目前已经出现了用于辅助康复训练的康复评估系统，但是，患者在进行康复训练时，无法实时观察到自己的实际运动状态，无法得知自身的实际运动状态与标准的康复运动之间存在的差异，对于康复师给出的康复建议无法高效快速的实施。

此外，目前的动作捕捉方法各个关节的运动信息主要依赖于该关节所佩戴的惯性传感器，没有考虑相邻关节对其带来的影响，例如肩部的活动会带动肘部，因此动作还原精度有待提高。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于惯性传感器的肢体动作捕捉方法及康复评估系统。提出了人体关节父子关系体系，采用实时接收的父级与子级的关节活动数据，将父级关节的位置作为子级关节活动度的参考，以此来计算关节活动度，提高了肢体动作的还原精度。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种基于惯性传感器的肢体动作捕捉方法，包括以下步骤：

获取惯性传感器发送的数据信号，提取所测肢体的关节活动数据；

根据关节之间的父子关系，构建上臂、前臂、大腿和/或小腿的向量，得到上臂、前臂、大腿和/或小腿的位置；

获取关节活动数据，对于每个关节，分别针对不同的关节动作计算相应关节角的姿态参数；

根据上臂、前臂、大腿和/或小腿的位置，以及关节角的姿态参数，复原肢体动作。

进一步地，在获取惯性传感器发送的数据信号之前，对于每个惯性传感器坐标系，根据所测肢体局部坐标系进行矫正。

进一步地，对于每个惯性传感器坐标系，根据所测肢体局部坐标系进行矫正包括：

在初始动作下，将传感器坐标系与世界坐标系对齐；

基于世界坐标系，分别获取初始动作下人体解剖学局部坐标姿态四元数、和惯性传感器坐标姿态四元数；

基于局部坐标姿态四元数和惯性传感器坐标姿态四元数，计算矫正参数。

进一步地，根据关节之间的父子关系，构建上臂、前臂、大腿和/或小腿的向量包括：根据上臂、前臂、大腿或小腿对应的相邻互为父子关系的两个关节的坐标，构建四维矢量。

一个或多个实施例提供了一种基于惯性传感器的肢体康复评估系统，包括多个惯性传感器和计算装置；其中，所述计算装置包括：

肢体动作捕捉模块，被配置为执行所述的肢体动作捕捉方法。