本發(fā)明涉及人體運動捕捉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，關(guān)節(jié)運動測試?yán)眉t外反光濾光技術(shù)，減少硬件的計算量，通過關(guān)節(jié)上剛體(即三個不在同一直線上的標(biāo)記點組成一個面)的定義，來區(qū)分個體。雖然上述方法計算量小，對硬件的要求低。但是隨著計算機性能的大幅提升，此優(yōu)勢已不復(fù)存在，更多地暴露出了此方法的缺點，如下：

(1)需要把三個或三個以上的標(biāo)記點做成一個大的剛體，才能識別并工作，龐大笨重；

(2)精度低，當(dāng)兩個標(biāo)記點的間距小于1.5cm的時候，無法定位；

(3)對單個標(biāo)記點無法區(qū)別開來；

(4)對不同位置點捕捉時，存在飄移現(xiàn)象；

(5)標(biāo)記點必須是球體，且對其大小有要求，只能識別一個特定的尺寸。

現(xiàn)有的關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)都是基于單一灰色的標(biāo)記點，使用方法復(fù)雜，分辨率低，容易飄移，影響使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)及方法，以至少解決現(xiàn)有的關(guān)節(jié)運動測試方法基于單一灰色的標(biāo)記點，使用方法復(fù)雜，容易飄移，影響使用的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)，包括：標(biāo)記點、攝 像單元、圖像處理單元和中央處理單元；所述標(biāo)記點固定在關(guān)節(jié)上，所述標(biāo)記點具有預(yù)設(shè)顏色；所述攝像單元，用于捕捉所述標(biāo)記點，獲得包含所述標(biāo)記點的彩色圖像；所述圖像處理單元，用于對所述彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取所述標(biāo)記點在所述彩色圖像中的平面位置信息；所述中央處理單元，用于根據(jù)所述平面位置信息，計算獲得所述標(biāo)記點的空間位置坐標(biāo)，并將所述空間位置坐標(biāo)發(fā)送給其他設(shè)備。

在一個實施例中，所述標(biāo)記點的個數(shù)為一個或多個。

在一個實施例中，當(dāng)所述標(biāo)記點的個數(shù)為多個時，相鄰的標(biāo)記點具有不同顏色。

在一個實施例中，所述標(biāo)記點為二維標(biāo)記點或三維標(biāo)記點。

在一個實施例中，所述系統(tǒng)還包括：發(fā)光設(shè)備，用于對所述標(biāo)記點進行光照。

在一個實施例中，所述攝像單元包括兩個攝像頭，兩個攝像頭成預(yù)設(shè)角度放置，用于從不同角度捕捉所述標(biāo)記點。

在一個實施例中，所述攝像單元包括一個雙目攝像機。

在一個實施例中，所述圖像處理單元包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對模擬信號形式的彩色圖像進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；圖像處理模塊，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取所述標(biāo)記點在所述彩色圖像中的平面位置信息。

在一個實施例中，所述中央處理單元還用于接收啟動指令，根據(jù)所述啟動指令啟動所述攝像單元和所述圖像處理單元。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種彩色關(guān)節(jié)運動測試方法，包括：攝像單元捕捉固定在關(guān)節(jié)上的標(biāo)記點，獲得包含所述標(biāo)記點的彩色圖像，其中所述標(biāo)記點具有預(yù)設(shè)顏色；圖像處理單元對所述彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取所述標(biāo)記點在所述彩色圖像中的平面位置信息；中央處理單元根據(jù)所述平面位置信息，計算獲得所述標(biāo)記點的空間位置坐標(biāo)，并將所述空間位置坐標(biāo)發(fā)送給其他設(shè)備。

在一個實施例中，所述標(biāo)記點的個數(shù)為一個或多個。

在一個實施例中，當(dāng)所述標(biāo)記點的個數(shù)為多個時，相鄰的標(biāo)記點具有不同顏色。

在一個實施例中，所述標(biāo)記點為二維標(biāo)記點或三維標(biāo)記點。

在一個實施例中，在攝像單元捕捉固定在關(guān)節(jié)上的標(biāo)記點之前，所述方法還包括：利用發(fā)光設(shè)備對所述標(biāo)記點進行光照。

在一個實施例中，攝像單元捕捉固定在關(guān)節(jié)上的標(biāo)記點，包括：將兩個攝像頭成預(yù)設(shè)角度放置，從不同角度捕捉所述標(biāo)記點。

在一個實施例中，圖像處理單元對所述彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取所述標(biāo)記點在所述彩色圖像中的平面位置信息，包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對模擬信號形式的彩色圖像進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；圖像處理模塊對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取所述標(biāo)記點在所述彩色圖像中的平面位置信息。

在一個實施例中，在攝像單元捕捉固定在關(guān)節(jié)上的標(biāo)記點之前，所述方法還包括：中央處理單元接收啟動指令，根據(jù)所述啟動指令啟動所述攝像單元和所述圖像處理單元。

通過本發(fā)明的彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)及方法，基于帶有顏色信息的標(biāo)記點，對不同位置點捕捉時，加入了顏色信息，識別穩(wěn)定，不存在飄移現(xiàn)象，提高運動捕捉的穩(wěn)定性；且無需將多個點做成剛體以進行識別，使用方便。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例的彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的彩色關(guān)節(jié)運動測試方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明實施例提供了一種彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)，圖1是本發(fā)明實施例的彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)100包括：標(biāo)記點10、攝像單元20、圖像處理單元30和中央處理單元40。

標(biāo)記點10固定在關(guān)節(jié)上，標(biāo)記點10具有預(yù)設(shè)顏色。預(yù)設(shè)顏色可以是黑、白，也 可以是紅、黃、藍(lán)等有彩色。

攝像單元20，用于捕捉標(biāo)記點10，獲得包含標(biāo)記點20的彩色圖像。攝像單元20能夠捕捉彩色，也就是說，本發(fā)明在捕捉的信息中加入了顏色信息。圖像可以是靜態(tài)的圖片，也可以是動態(tài)的視頻。

圖像處理單元30，用于對彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取標(biāo)記點10在彩色圖像中的平面位置信息。

中央處理單元40，用于根據(jù)平面位置信息，計算獲得標(biāo)記點10的空間位置坐標(biāo)，并將空間位置坐標(biāo)發(fā)送給其他設(shè)備50。其它設(shè)備50可以是計算機、手機等。其他設(shè)備50根據(jù)標(biāo)記點的空間位置坐標(biāo)，可以得到標(biāo)記點的運動軌跡，從而了解關(guān)節(jié)的運動情況，進行關(guān)節(jié)的運動分析。

通過上述彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)，基于帶有顏色信息的標(biāo)記點，對不同位置點捕捉時，加入了顏色信息，識別穩(wěn)定，不存在飄移現(xiàn)象，提高運動捕捉的穩(wěn)定性；且無需將多個點做成剛體以進行識別，使用方便。

標(biāo)記點的大小和形狀均沒有特定的要求，也無需進行特殊的表面處理，方便計算即可。標(biāo)記點可以是二維標(biāo)記點或三維標(biāo)記點。如果是二維標(biāo)記點，標(biāo)記點的形狀可以為圓形、矩形等；如果是三維標(biāo)記點，標(biāo)記點的形狀可以為球形、正方體等。

標(biāo)記點的個數(shù)可以為一個或多個。多個標(biāo)記點可以使用相同的顏色或不同的顏色。對于多個標(biāo)記點，最終通過其他設(shè)備50可以得到各個標(biāo)記點的運動軌跡，進行關(guān)節(jié)的運動分析。

當(dāng)標(biāo)記點的個數(shù)為多個時，相鄰的標(biāo)記點可以使用不同的顏色，由此，相鄰標(biāo)記點之間的距離再近，也可以方便快速地識別并區(qū)分各標(biāo)記點，提高分辨率，同時避免了漂移現(xiàn)象。

如圖2所示，上述系統(tǒng)還可以包括：發(fā)光設(shè)備60，用于對標(biāo)記點10進行光照。通過光照可以提升所捕捉的彩色圖像的質(zhì)量。

在一個實施例中，攝像單元20可以采用兩個攝像頭，且這兩個攝像頭成預(yù)設(shè)角度放置，用于從不同角度捕捉標(biāo)記點。對于同一個點，根據(jù)同一時刻的不同角度的參數(shù)，可以確定該點在空間的位置。攝像單元20也可以采用一個雙目攝像機。

圖像處理單元30可以包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對模擬信號形式的彩色圖像進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；圖像處理模塊，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取 標(biāo)記點在彩色圖像中的平面位置信息。通過圖像圖形算法和圖像匹配算法，可以找出彩色圖像中彩色標(biāo)記點的平面位置，根據(jù)平面位置進行空間幾何運算，可以計算出相應(yīng)彩色標(biāo)記點的實際空間坐標(biāo)，從而得出關(guān)節(jié)的運動情況。以數(shù)字信號的形式進行傳輸，抗干擾能力強。

中央處理單元40還用于接收啟動指令，根據(jù)啟動指令啟動攝像單元20和圖像處理單元30。其中，啟動指令可以是其它設(shè)備50發(fā)送的，也可以用戶按下該彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)上的開關(guān)，以發(fā)送啟動指令。

以上所使用的，術(shù)語“單元”或者“模塊”可以實現(xiàn)預(yù)定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的系統(tǒng)較佳地以軟件來實現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例還提供了一種彩色關(guān)節(jié)運動測試方法，基于上述彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)實現(xiàn)。由于彩色關(guān)節(jié)運動測試方法解決問題的原理與上述系統(tǒng)相似，因此該方法的實施可以參見該系統(tǒng)的實施，重復(fù)之處不再贅述。

圖3是本發(fā)明實施例的彩色關(guān)節(jié)運動測試方法的流程圖，如圖3所示，該方法包括以下步驟：

步驟s301，攝像單元捕捉固定在關(guān)節(jié)上的標(biāo)記點，獲得包含標(biāo)記點的彩色圖像，其中標(biāo)記點具有預(yù)設(shè)顏色；

步驟s302，圖像處理單元對彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取標(biāo)記點在彩色圖像中的平面位置信息；

步驟s303，中央處理單元根據(jù)平面位置信息，計算獲得標(biāo)記點的空間位置坐標(biāo)，并將空間位置坐標(biāo)發(fā)送給其他設(shè)備。

通過上述彩色關(guān)節(jié)運動測試方法，基于帶有顏色信息的標(biāo)記點，對不同位置點捕捉時，加入了顏色信息，識別穩(wěn)定，不存在飄移現(xiàn)象，提高運動捕捉的穩(wěn)定性；且無需將多個點做成剛體以進行識別，使用方便。

標(biāo)記點和攝像單元的具體描述可以參考方法實施例，此處不再贅述。

在步驟s301之前，上述方法還可以包括：利用發(fā)光設(shè)備對標(biāo)記點進行光照，以提升所捕捉的彩色圖像的質(zhì)量。

攝像單元捕捉固定在關(guān)節(jié)上的標(biāo)記點，可以包括：將兩個攝像頭成預(yù)設(shè)角度放置，從不同角度捕捉標(biāo)記點。

步驟s302可以包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對模擬信號形式的彩色圖像進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；圖像處理模塊對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的彩色圖像進行圖形圖像處理，獲取標(biāo)記點在彩色圖像中的平面位置信息。

在步驟s301之前，上述方法還可以包括：中央處理單元接收啟動指令，根據(jù)啟動指令啟動攝像單元和圖像處理單元。

綜上所述，本發(fā)明的彩色關(guān)節(jié)運動測試系統(tǒng)及方法，基于有顏色的標(biāo)記點，通過視覺捕捉對標(biāo)記點進行識別和空間分析，得到標(biāo)記點的空間位置坐標(biāo)，從而可以得到標(biāo)記點的運動軌跡，以分析關(guān)節(jié)的運動情況。將醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的視覺捕捉或視覺定位從單一的灰色空間帶到一個全新的彩色世界，人們借助該系統(tǒng)可以觀察到更多的細(xì)節(jié)，也可以發(fā)展出更多更好的應(yīng)用方法。該系統(tǒng)及方法能提高運動捕捉的穩(wěn)定性，能夠簡化手術(shù)效果的評估，還可以減輕病人的痛苦。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。例如，如果用硬件來實現(xiàn)，和在另一實施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項或他們的組合來實現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(pga)，現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。