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技术

技术编号:10384973 阅读:176 留言:0更新日期:2014-09-05 11:53
本发明专利技术提供一种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。本发明专利技术的一方面提议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,其中所述用户在他/她的手部佩戴有标识器,所述方法包括以下步骤:利用摄像机获取当所述手部分别处于第一姿势和第二姿势时所述标识器的第一图像和第二图像;基于所述第一图像和所述第二图像以及所述用户正在执行的锻炼类型,根据从所述第一姿势到所述第二姿势的改变导出所述手部和/或腕部的角度变化;以及输出所述手部和/或腕部的所述角度变化,其中所述标识器近似于矩形块,所述标识器具有用于容纳所述用户的手掌的开口,并且所述标识器的沿着垂直于所述手掌的方向的边大致比另外两边短。用这种方法,戴在手上的单个标识器足以用于手部/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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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专利
本专利技术涉及手部和/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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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,本专利技术的专利技术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,本专利技术人认识到,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,本专利技术的专利技术人已发现,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,本专利技术人已发现,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,根据本专利技术的一个方面,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,通过本专利技术的方法,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。根据本专利技术的实施例,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,根据本专利技术的实施例,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;-通过查找预定义表将第二面积映射到第二角度,所述第二角度指示当标识器处于第二姿势时所述标识器所位于的平面相对于基准平面的角度;以及-计算第一角度和第二角度之间的角度差作为手部和/或腕部的角度变化。用这种方法,如上文提及,可以通过利用面积映射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。关于如何建立预定义表,根据本专利技术的优选实施例,为了区分具有相同面积但对应于不同姿势的两个图像(例如,两个图像具有相同面积但分别是在腕部屈曲和伸展期间获取的),一种选项是将其中获取的标识器的图像的面积为最小值时的标识器平面视为基准平面,并参考标识器的中心来区分对应于相同面积的所获取图像的不同姿势的符号。根据本专利技术的另一方面,提供一种用于追踪正执行锻炼的用户的手部和/或腕部旋转的设备,其中用户在他/她的手部佩戴有标识器,所述设备包括:-摄像机,所述摄像机被配置成当手部分别处于第一姿势和第二姿势时获取标识器的第一图像和第二图像;-处理器,所述处理器被配置成基于所述第一图像和第二图像以及用户正在执行的锻炼类型,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-界面,所述界面被配置成输出手部和/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。如上文提及,由于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,通过利用本专利技术的设备,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。根据本专利技术的另一个实施例,所述处理器还被配置成基于角度变化和锻炼的设置目标来产生指令信息,并且所述界面还被配置成通过视频和/或音频将所述指令信息提供给用户。用这种方法,所述设备可提供以可理解的方式示出或提供给用户的实时反馈,所述实时反馈基本上是检测结果的显示或者是语音提示。因此,改善了用户的体验。根据本专利技术的实施例,标识器具有三个边a、b和c,当用户将他/她的手掌放入开口中时,所述三个边分别对应于手掌的厚度、长度和宽度。在优选的实施例中,a、b和c的尺寸是:a=55mm~75mm,b=195mm~220mm,c=155mm~170mm,以便贴合人手的形状,使得标识器对用户来说更为舒适和更为方便。关于标识器的类型和将在本专利技术中使用的摄像机,反向反射性标识器和红外线摄像机的组合可为优选的。使用反向反射性标识器的优点是,可实现与非反射性区域相比极高的对比度,因此对于图像分割来说是有利的。通过将标识器放在患者身体某些部位处(如上肢关节),可追踪臂部运动。然而,本专利技术的实施并不限于“反向反射性标识器和红外线摄像机”的组合,而是可用于其它基于“标识器+摄像机”的配置中。例如,标识器未必是反向反射性标识器,而是本文档来自技高网...
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

【技术保护点】
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,其中所述用户在他/她的手部佩戴有标识器,所述方法包括以下步骤:‑当所述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所述第二图像以及所述用户正在执行的锻炼类型,根据从所述第一姿势到所述第二姿势的改变导出所述手部和/或腕部的角度变化;以及‑输出所述手部和/或腕部的所述角度变化,其中所述标识器近似于矩形块,所述标识器具有用于容纳所述用户的手掌的开口,并且所述标识器的沿着垂直于所述手掌的方向的边大致比另外两边短。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.30 CN PCT/CN2011/0850601.一种追踪正在执行锻炼的用户的手部和/或腕部旋转的方法,其中所述用户在他/她的手部佩戴有标识器,所述方法包括以下步骤:-当所述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所述第二图像以及所述用户正在执行的锻炼类型,根据从所述第一姿势到所述第二姿势的改变导出所述手部和/或腕部的角度变化;以及-输出所述手部和/或腕部的所述角度变化,其中所述标识器近似于矩形块,所述标识器具有用于容纳所述用户的手掌的开口,所述标识器具有三个边,当所述用户将他/她的手掌放入所述开口中时,所述三个边分别对应于手掌的厚度、长度和宽度,并且所述标识器的沿着垂直于所述手掌的方向的边大致比所述标识器的另外两边短。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当所述用户正在执行的所述锻炼类型与前臂旋后和旋前有关并且所述第一图像和所述第二图像均为细长的时,所述导出步骤包括以下子步骤:-将所述第一图像和所述第二图像分别拟合成第一线和第二线;以及-计算所述第一线和所述第二线之间的角度作为所述手部和/或腕部的所述角度变化。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当所述用户正在执行的所述锻炼类型与腕部背屈和掌屈有关时,所述导出步骤包括以下子步骤:-分别计算所述第一图像的第一面积和所述第二图像的第二面积;-通过查找预定义表将所述第一面积映射到第一角度,所述第一角度指示当所述标识器处于所述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;-通过查找所述预定义表将所述第二面积映射到第二角度,所述第二角度指示当所述标识器处于所述第二姿势时所述标识器所位于的平面相对于所述基准平面的角度;以及-计算所述第一角度和所述第二角度之间的角度差作为所述手部和/或腕部的所述角度变化。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基准平面被定义为所获取的图像具有最小面积时的平面。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括以下步骤:-基于所述角度变化和所述锻炼的设置目标来产生指令信息;以及-通过视频和/或音频将所述指令信息提供给所述用户。6.一种用于追踪正在执行锻炼的用户的手部和/或腕部旋转的设备,包括:-将被戴在所述用户手部的标识器;-摄像机,所述摄像机被配置成当所述手部分别处于第一姿势和第二姿势时获取所述标识器的第一图像和第二图像;-处理器...

【专利技术属性】
技术研发人员:金盛刘雨丝
申请(专利权)人:皇家飞利浦有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰;NL

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