一种基于深度相机的功能运动分析系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种基于深度相机的功能运动分析系统及方法，包括：利用深度相机获取多帧的深度图片和彩色图片；获取人体的16个骨骼关键点，并获取坐标信息；将骨骼点进行拼接，根据相对运动的面简化深度空间内的三维坐标，进行角度测算；基于深度信息对站定时人体测算前后移动，进行距离测算；设定活动区域的阈值，排除其他人的干扰；衡量特殊运动完成度，并进行评价。本发明专利技术具有身体姿态评估测试，功能性平衡分析，特殊情况下的运动角度监测等功能；采用无接触式测量需求数据，确保了安全；并将三维信息转换成二维信息，提升技术指标计算的效率；拥有独立的评分算法，对所有功能性运动进行评分，指导后续训练科学化开展。练科学化开展。练科学化开展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于深度相机的功能运动分析系统及方法


[0001]本专利技术涉及电子信息
，尤其涉及一种基于深度相机的功能运动分析系统及方法。

技术介绍

[0002]机器视觉拥有无接触，无需硬件，安全等优点，可是将其运用在功能性运动这样较复杂的环境中仍然是个难题。在现有的训练中，现有的技术往往借助外在设备如传感器等硬件，在人员进行训练实践时，会大大影响发挥，容易造成误判，还有可能对佩戴这些设备的运动人员造成损害，不利于实际运用。如何不使用大量的硬件设备，同时做到安全的无接触测量并把关节活动度和偏移程度等指标数字化，成为了现在功能性训练的一项难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于深度相机的功能运动分析系统及方法，通过多种算法测算出关节活动度、偏移程度等技术指标，并将其数字化，指导科学化的功能性训练。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0005]一种基于深度相机的功能运动分析方法，具体步骤如下：
[0006]步骤1：在一定高度位置设置深度相机，待测人员正向面对相机，确保深度相机内的图片可以拍摄到全身以及脚部所触及的地面，等待来自服务器的命令；
[0007]步骤2：接收到命令并确定功能，利用深度相机获取多帧的深度图片和彩色图片；获取人体的16个骨骼关键点，并获取深度信息构成三维坐标；
[0008]其中，三维坐标信息的获取是基于深度相机的三维坐标系来获取的，三维坐标系的原点O位于相机的中央，X轴平行于地面平面，Y轴垂直于地面平面，Z轴则是垂直于XOY形成的平面；
[0009]步骤3：将骨骼点进行连接，简化深度空间内的三维坐标信息，进行角度测算；
[0010]将所述的骨骼点按照逻辑连接起来，将需测量的关节骨骼点及其关联的另外两个关节点信息进行提取，得到三维坐标信息(x1,y1,z1)并进行信息简化，基于新简化的坐标测算角度；
[0011]步骤4：基于骨骼点的深度信息对站定时人体测算前后移动，进行距离测算；
[0012]所述的距离测算，是对站定时的人体进行评估，利用骨骼点深度值信息并使用基于深度的偏移距离测算方法得出；
[0013]步骤5：设定活动区域的阈值，排除其他人的干扰；
[0014]所述的排除他人干扰即是选择被测人员身体中心深度值并基于此设置深度上限和深度下限，确保检测只发生于任意规定的测量区域内；
[0015]步骤6：衡量特殊运动完成度，并进行评分；
[0016]所述的运动完成度应用在特殊情况下的运动角度监测，将某个特殊运动完成度的
平均值作为基准。
[0017]优选地，在步骤2中，每秒30帧获取彩色图片，并结合每帧的深度图像，得到每一帧图片所包含人体的骨骼点的深度值Z
i
，其中i代表了不同骨骼点的下标，并将信息存入存储介质内，准备处理。
[0018]优选地，在步骤3中，所使用的简化三维测算角度方法，是基于运动所在的平面所提出的，所选取的平面依照位置分别命名为水平面，矢状面和冠状面；将正在平行于某面运动的骨骼点及关联的骨骼边投影在平行面上，即将三维坐标信息投影到运动进行的平面内，位于冠状面时x轴坐标无影响，则简化为(0,y2,z2)。
[0019]优选地，所述的平面位置选择是由人体位置确定，水平面即为地面；矢状面包含人体脊椎线，垂直水平面，内部点均只有Z轴坐标发生变化；冠状面为垂直水平面和矢状面的平面，平行于人体。
[0020]优选地，在步骤4中，所提出的人体站定时基于深度的偏移距离测算方法是，在任意规定的测量区域内，相对于脚踝站定位置距离建立一个深度值均相等但x坐标和y坐标任意的等深度值面，并以此作为基准判断其他关节点是否前移或后移多少距离。
[0021]优选地，在步骤5中，所提出的任意规定的测量区域是通过限制深度值的最大值、最小值实现的，所述的最大值为4米，最小值为2米。
[0022]优选地，在步骤6中，特殊的评分环节采用特殊运动所测算的整个流程中的平均关节活动度占目标活动度的比例进行评分，超过70％则认定为达标。
[0023]本专利技术还提供了一种基于深度相机的功能运动分析系统，包括：
[0024]图像采集模块，用于获取多帧的彩色图像和辅助的深度图像；
[0025]图片处理模块，连接骨骼点，获取点的三维坐标信息和深度信息；
[0026]逻辑计算模块，包含有利于完成上述可执行命令，用于完成角度和距离的测算，同时根据角度判断运动完成度；
[0027]区域选定模块，用于判断检测的区域，排除误差；
[0028]模拟评分模块，包含有利于完成上述步骤5的可执行命令，用于模拟对运动状态进行评价。
[0029]优选地，采用上述模块能够实现以下功能，包括：
[0030]身体姿态评估测试功能，用于实时反映身体的变化，可自由进行运动；
[0031]功能性平衡分析功能，用于实时反映单脚支撑下，相关运动数据如摇晃程度及偏移，判断是否标准；
[0032]特殊情况下的运动角度监测功能，用于展现特殊功能性运动如肩外展，肘屈曲的得分情况。
[0033]本专利技术还提供了一种计算机存储介质，存储有从运动开始至运动结束所录制的图片、视频信息，以及所有涉及运算的数据和用于实现上述步骤1至步骤6的可执行指令，可执行的命令均由计算机实现。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035]1、本专利技术具有身体姿态评估测试，功能性平衡分析，特殊情况下的运动角度监测等功能；完全采用无接触式测量需求数据，确保了安全；并将三维信息转换成二维信息，提升技术指标计算的效率。
[0036]2、本专利技术拥有独立的评分算法，对所有功能性运动进行评分，指导后续训练科学化开展。
[0037]3、本专利技术能够自行进行排错，筛选规定测量区域内的被检人员，提高测量指标的准确性。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的流程图；
[0039]图2为本专利技术中获取的人体骨骼关节点模型示意图；
[0040]图3为本专利技术中提出的三维空间参照面示意图；
[0041]图4为本专利技术提出的转换维度的角度测算方法的示意图(以左臂、矢状面为例)；
[0042]图5为本专利技术提出的基于深度的偏移距离测算方法的示意图。
具体实施方式
[0043]下面结合附图将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本专利技术的优点和特征，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚的界定。本专利技术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的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。
[0044]如图1所示，一种基于深度相机的功能运动分析方法，具体步骤如下：
[0045]步骤1：在较高位置设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于深度相机的功能运动分析方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：在一定高度位置设置深度相机，待测人员正向面对相机，确保深度相机内的图片可以拍摄到全身以及脚部所触及的地面，等待来自服务器的命令；步骤2：接收到命令并确定功能，利用深度相机获取多帧的深度图片和彩色图片；获取人体的16个骨骼关键点，并获取深度信息构成三维坐标；其中，三维坐标信息的获取是基于深度相机的三维坐标系来获取的，三维坐标系的原点O位于相机的中央，X轴平行于地面平面，Y轴垂直于地面平面，Z轴则是垂直于XOY形成的平面；步骤3：将骨骼点进行连接，简化深度空间内的三维坐标信息，进行角度测算；将所述的骨骼点按照逻辑连接起来，将需测量的关节骨骼点及其关联的另外两个关节点信息进行提取，得到三维坐标信息(x1,y1,z1)并进行信息简化，基于新简化的坐标测算角度；步骤4：基于骨骼点的深度信息对站定时人体测算前后移动，进行距离测算；所述的距离测算，是对站定时的人体进行评估，利用骨骼点深度值信息并使用基于深度的偏移距离测算方法得出；步骤5：设定活动区域的阈值，排除其他人的干扰；所述的排除他人干扰即是选择被测人员身体中心深度值并基于此设置深度上限和深度下限，确保检测只发生于任意规定的测量区域内；步骤6：衡量特殊运动完成度，并进行评分；所述的运动完成度应用在特殊情况下的运动角度监测，将某个特殊运动完成度的平均值作为基准。2.根据权利要求1所述的一种基于深度相机的功能运动分析方法，其特征在于，在步骤2中，每秒30帧获取彩色图片，并结合每帧的深度图像，得到每一帧图片所包含人体的骨骼点的深度值Z
i
，其中i代表了不同骨骼点的下标，并将信息存入存储介质内，准备处理。3.根据权利要求1所述的一种基于深度相机的功能运动分析方法，其特征在于，在步骤3中，所使用的简化三维测算角度方法，是基于运动所在的平面所提出的，所选取的平面依照位置分别命名为水平面，矢状面和冠状面；将正...

【专利技术属性】
技术研发人员：张堃，张鹏程，康烨，涂鑫涛，华亮，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：