本发明专利技术公开了一种基于单目视频人体动作感知的上肢训练系统，包括：计算机，还包括：与计算机进行视频数据传输的视频摄像头；所述视频摄像头，用于捕捉人体的运动，通过USB传输所述视频数据；所述计算机，用于接收所述视频数据，并对所述视频数据进行分析，完成手部运动轨迹跟踪，通过跟踪的结果识别手势动作；所述计算机，还用于实现与游戏平台的交互，获取训练评价参数，反馈给使用者。该训练系统不仅能够具有定量评价体系，而且能够激发使用者的训练主动性，弥补现有训练手段的不足，使其能够应用于社区和家庭。该训练系统的虚拟现实技术沉浸感强，增加了训练过程的趣味性和使用者的积极性；同时虚拟现实技术增加了使用者训练过程的安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及虚拟现实技术、机器视觉及模式识别领域，尤其涉及一种基于单目视 频人体动作感知的上肢训练系统。
技术介绍
随着社会的进步，人们越来越多的关注健康问题，大量的肢体训练方法也随之产 生。但多数专业训练项目主要集中于健身场所，费用高昂且体积较大的训练设施不利于家 庭的购置。一些无需训练器材的家庭训练方法由于单调乏味，经常造成使用者的厌烦情绪 而中途放弃。因此，开发一套可以用于日常训练，且不乏趣味的训练系统是极为必要的。人 机交互技术的出现给此类问题的解决提供了可能。 伴随着世界上第一台计算机的问世，人机交互技术成为人类与计算机进行通信交 互的通道，逐渐在各领域得到广泛关注，并且始终伴随着计算机的发展而发展。二十一世纪 以来，多通道、多媒体的智能人机交互开始出现，这种交互方式是用例如:语音、手势、姿态、 表情等人体感觉和动作作为输入通道，以并行的方式与计算机进行交互。人体作为计算机 的输入，不再需要中间的媒体就可以实现和计算机的通讯，具有自然、直观、易于学习等优 点。 目前的人机交互技术主要分为基于依附性传感器设备和基于视觉两种方式。依附 性传感器设备通过在使用者身上安放一些传感器来获取使用者的空间和运动信息，进而作 为输入实现交互控制。但基于视觉的方法是一种无接触的信息获取手段，较少地限制用户 的运动，更适于提供自然的交互控制。基于人机交互技术的系统需要用户为被控单位提供 指令来进行控制，即要通过传感器来获取人体的信息，经计算机处理后形成指令传输。 人机交互技术使人们可以通过虚拟游戏模拟现实训练场景，从而为参与者提供相 对"真实"的训练环境，给予参与者极强的沉浸感与兴趣度，让使用者获得更好的训练体验。 因此，基于人机交互技术设计一套操作简便、参与度高、训练方式丰富的训练系统是十分有 意义的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于单目视频人体动作感知的上肢训练系统，本专利技术搭建了方 便使用的新型上肢训练系统，该训练系统建立在视觉运动捕捉的基础上，利用人机交互的 手段实现使用者和游戏的交互，从而在游戏中达到上肢训练效果，详见下文描述： -种基于单目视频人体动作感知的上肢训练系统，包括:计算机，所述上肢训练系 统还包括:与计算机进行视频数据传输的视频摄像头； 所述视频摄像头，用于捕捉人体的运动，通过USB传输所述视频数据； 所述计算机，用于接收所述视频数据，并对所述视频数据进行分析，完成手部运动 轨迹跟踪，通过跟踪的结果识别手势动作； 所述计算机，还用于实现与游戏平台的交互，获取训练评价参数，反馈给使用者。 其中，所述对所述视频数据进行分析，完成手部运动轨迹跟踪具体为： 利用H分量的颜色直方图的反投影图像建立手部颜色的概率分布图像，并计算质 心，得到初始跟踪位置； 通过Camshift算法对以后的每一帧图像自动调整搜索目标位置及窗口，确定每一 帧中目标的位置，获取手势图像，从而实现对目标的跟踪。 其中，所述通过跟踪的结果识别手势动作具体为： 通过聚类分析对手势图像进行分割，获取分割后的手势图像； 提取分割后的手势图像轮廓，选取线特征来表征手势的边界图像信息； 对傅里叶描述子进行归一化处理，通过傅里叶描述子从边界图像信息中提取边界 特征； 通过模式识别对边界特征进行分类判别，从而判断出手势的种类。 其中，所述训练评价参数具体为:获取关节角度。 在获取关节角度之前，所述训练系统还包括:采用帧间差分法对运动上肢进行检 测。 进一步地，所述获取关节角度具体为： 构建运动上肢骨架模型； 采用霍夫变换对检测出运动的上肢进行直线拟合，拟合直线与垂直方向的夹角即 是要获取的关节角度。进一步地，所述训练系统还包括： 根据关节角度的变化来评价使用者的训练效果，给予合理的后期训练建议。 本专利技术提供的技术方案的有益效果是： 1、该训练系统不仅能够具有定量评价体系，而且能够激发使用者的训练主动性， 弥补现有训练手段的不足，使其能够应用于社区和家庭。 2、传统的上肢训练不但操作繁琐，而且容易使使用者产生厌烦感，进而影响训练 效果。该训练系统的虚拟现实技术沉浸感强，增加了训练过程的趣味性和使用者的积极性； 同时虚拟现实技术增加了使用者训练过程的安全性;并且一些具体的训练辅具可以用虚拟 的物品替代，节省训练所需的人力物力。 3、该训练系统可以用于日常家庭上肢训练，评估训练效果等;有望获得可观的社 会效益和经济效益;其应用前景广泛，甚至可以应用于康复治疗领域。【附图说明】 图1为基于单目视频人体动作感知的上肢训练的示意图；图2为一种基于单目视频人体动作感知的上肢训练系统的结构示意图； 图3为手势边界提取示意图； 图4为人体骨架模型示意图；图5为上肢局部坐标模型。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步 地详细描述。本专利技术实施例主要采用机器视觉系统和跟踪系统。其中，机器视觉系统(例如摄像 机)常常被用来提高位置估计的准确度。根据是否在肢体上依附标记物，跟踪系统可以分为 有可视标签的和无标签的。本专利技术实施例提供的训练系统采用有标签的跟踪方式，以简化 算法复杂度，提尚运算速度。 实施例1 -种基于单目视频人体动作感知的上肢训练系统，参见图1和图2,该上肢训练系 统包括： 视频摄像头1作为数据采集设备，用于捕捉人体的运动，通过USB传输视频数据； 计算机2接收视频摄像头1传输的视频数据，并通过软件平台对视频数据进行分 析，完成手部运动轨迹跟踪，识别手势动作；同时实现和游戏平台的交互，获取训练评价参 数，反馈给使用者。 具体实现时，该上肢训练系统包括： 1)搭建软硬件平台：设计规定人体动作，在游戏系统的操作说明指导下完成规定的动作。 2)通过视频摄像头1采集使用者的动作视频，实时地进行一部分数据的处理。 例如:运动追踪和手势的识别，将识别后的操作指令传输给游戏，完成相应游戏任 务。同时对存储的视频数据进行分当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于单目视频人体动作感知的上肢训练系统，包括：计算机，所述上肢训练系统还包括：与计算机进行视频数据传输的视频摄像头；其特征在于，所述视频摄像头，用于捕捉人体的运动，通过USB传输所述视频数据；所述计算机，用于接收所述视频数据，并对所述视频数据进行分析，完成手部运动轨迹跟踪，通过跟踪的结果识别手势动作；所述计算机，还用于实现与游戏平台的交互，获取训练评价参数，反馈给使用者。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐佳朋，綦宏志，明东，王璐，张力新，何峰，杨佳佳，周鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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