基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法，包括：基于人体解剖学确定人体躯干节段和人体四肢节段的静态标定点；基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段和所述人体四肢的动态标定点；基于所述静态标定点和所述动态标定点对目标人体进行标定；根据光学动作捕捉技术获取标定后的目标人体的运动数据。在人体皮肤表面设置静态标定点和动态标定点，减小标定点与骨骼模型之间的相对位移造成的误差，大幅提升了人体骨骼系统运动数据的准确性。动数据的准确性。动数据的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法


[0001]本专利技术涉及基于人体解剖学的人体协同标定
，特别是涉及一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法。

技术介绍

[0002]目前基于人体解剖学和光学动作捕捉的人体标定技术主要为静态标定，即将标定点置于人体解剖点处，并利用关节中心参数估计算法求解关节中心位置，根据相邻关节的距离得到实验对象主要骨骼节段的尺寸，从而建立人体骨骼系统的模型。该技术可应用于建立虚拟人模型、研究人体动作过程等生物力学研究。现有的标定技术主要基于静态标定。由于在运动过程中，静态标定点设置于人体皮肤表面而不是固定在骨骼上，在运动过程中，标定点和骨骼系统会不可避免地产生微小的相对位移，从而影响标定的精度。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法，在人体皮肤表面设置静态标定点和动态标定点，减小标定点与骨骼模型之间的相对位移造成的误差，大幅提升了人体骨骼系统运动数据的准确性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法，包括：
[0006]基于人体解剖学确定人体躯干节段和人体四肢节段的静态标定点；
[0007]基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段和所述人体四肢的动态标定点；
[0008]基于所述静态标定点和所述动态标定点对目标人体进行标定；
[0009]根据光学动作捕捉技术获取标定后的目标人体的运动数据。
[0010]可选的，基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段的所述静态标定点，具体包括：
[0011]基于躯干节段的解剖学位置确定躯干静态标定点的位置，所述躯干静态标定点的位置包括胸骨柄上方凹陷处，剑突处，第七颈椎棘突处和第九胸椎棘突处。
[0012]可选的，基于所述人体解剖学确定所述人体四肢节段的所述静态标定点，具体包括：
[0013]基于人体四肢节段的解剖学位置确定上肢静态标定点的位置；所述上肢静态标定点包括上肢大臂静态标定点和上肢小臂静态标定点；
[0014]基于所述人体四肢节段的解剖学位置确定下肢静态标定点的位置；所述下肢静态标定点包括下肢大腿静态标定点，下肢小腿静态标定点和足部标定点。
[0015]可选的，所述上肢静态标定点的位置包括上肢大臂的肱骨内上踝和肱骨外上踝以及上肢小臂的桡骨茎突和尺骨茎突。
[0016]可选的，所述下肢静态标定点的位置包括下肢大腿的股骨内上踝和股骨外上踝，下肢小腿的胫骨结节、腓骨头尖、内踝和外踝，足部的跟骨上脊、第一跖骨背侧、第二跖骨背
侧和第五跖骨背侧。
[0017]可选的，基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段和所述人体四肢的的所述动态标定点，具体包括：
[0018]制作多个标定板；所述标定板上设有多个动态标定点；
[0019]在所述人体躯干节段与骨骼系统相对位移最小处设置一所述标定板，得到躯干动态标定点组；
[0020]在四肢各节段距对应近端节段三分之二节段长度处设置所述标定板，得到四肢动态标定点组。
[0021]可选的，所述制作多个标定板具体包括：
[0022]将四个标定点分别固定在对应的四个细杆的一端，每一所述细杆的另一端固定在固定板上，得到所述标定板。
[0023]可选的，所述根据光学动作捕捉技术获取标定后的目标人体的运动数据，具体包括：
[0024]根据所述躯干静态标定点建立局部坐标系；
[0025]在全局坐标系下，基于光学捕捉技术获取动态标定点组的空间位置；所述动态标定点组包括所述躯干动态标定点组和所述四肢动态标定点组；
[0026]基于所述局部坐标系和确定的所述动态标定点组的空间位置确定所述目标人体各节段的动作。
[0027]可选的，所述根据所述躯干静态标定点建立局部坐标系，具体包括：
[0028]将所述胸骨柄上方凹陷处的所述躯干静态标定点作为所述局部坐标系的原点；
[0029]将所述第七颈椎棘突处的所述躯干静态标定点与所述胸骨柄上方凹陷处的所述躯干静态标定点的中点记为点A，将所述第九胸椎棘突处的所述躯干静态标定点与所述剑突处的所述躯干静态标定点的中点记为点B；
[0030]设置由所述第七颈椎棘突处的所述躯干静态标定点指向点B的向量叉乘由所述胸骨柄上方凹陷处的所述躯干静态标定点指向点B的向量得到辅助向量
[0031]将由所述点A指向所述点B的向量方向定为所述局部坐标系的Y方向，向量的方向定为所述局部坐标系的Z方向，向量叉乘向量的结果向量方向定为所述局部坐标系的X方向。
[0032]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0033]本专利技术涉及一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法，包括：基于人体解剖学确定人体躯干节段和人体四肢节段的静态标定点；基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段和所述人体四肢的动态标定点；基于所述静态标定点和所述动态标定点对目标人体进行标定；根据光学动作捕捉技术获取标定后的目标人体的运动数据。在人体皮肤表面设置静态标定点和动态标定点，减小标定点与骨骼模型之间的相对位移造成的误差，大幅提升了人体骨骼系统运动数据的准确性。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本专利技术实施例提供的一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法流程图；
[0036]图2为本专利技术实施例提供的躯干节段静态标定点设置位置示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例提供的上肢及下肢静态标定点位置示意图；
[0038]图4为本专利技术实施例提供的动态标定板结构示意图；
[0039]图5为本专利技术实施例提供的躯干节段局部坐标系建立示意图。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0041]本专利技术的目的是提供一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法，涉及躯干、四肢节段骨骼系统的动、静态协同标定技术，基于人体解剖学和光学动作捕捉技术(静、动态标定点设置在人体上之后，需要光学动作捕捉技术采集其空间位置)，通过设置人体皮肤表面的标定点，更准确地捕捉人体运动过程中的骨骼系统运动数据。由于标定点设置于人体皮肤表面而不是固定在骨骼上，在运动过程中，标定点和骨骼系统会不可避免地产生微小的相对位移，从而影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人体解剖学的躯干及四肢节段骨骼系统标定方法，其特征在于，包括：基于人体解剖学确定人体躯干节段和人体四肢节段的静态标定点；基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段和所述人体四肢的动态标定点；基于所述静态标定点和所述动态标定点对目标人体进行标定；根据光学动作捕捉技术获取标定后的目标人体的运动数据。2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段的所述静态标定点，具体包括：基于躯干节段的解剖学位置确定躯干静态标定点的位置，所述躯干静态标定点的位置包括胸骨柄上方凹陷处，剑突处，第七颈椎棘突处和第九胸椎棘突处。3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，基于所述人体解剖学确定所述人体四肢节段的所述静态标定点，具体包括：基于人体四肢节段的解剖学位置确定上肢静态标定点的位置；所述上肢静态标定点包括上肢大臂静态标定点和上肢小臂静态标定点；基于所述人体四肢节段的解剖学位置确定下肢静态标定点的位置；所述下肢静态标定点包括下肢大腿静态标定点，下肢小腿静态标定点和足部标定点。4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所述上肢静态标定点的位置包括上肢大臂的肱骨内上踝和肱骨外上踝以及上肢小臂的桡骨茎突和尺骨茎突。5.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所述下肢静态标定点的位置包括下肢大腿的股骨内上踝和股骨外上踝，下肢小腿的胫骨结节、腓骨头尖、内踝和外踝，足部的跟骨上脊、第一跖骨背侧、第二跖骨背侧和第五跖骨背侧。6.根据权利要求2所述的标定方法，其特征在于，基于所述人体解剖学确定所述人体躯干节段和所述人体四肢的的所述动态标定点，具体包括：制作多...

【专利技术属性】
技术研发人员：任雷，胡喆祺，王坤阳，钱志辉，卢雪薇，赵迪，王旭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：