彩色关节运动测试系统及方法与流程

本发明涉及人体运动捕捉技术领域，尤其涉及一种彩色关节运动测试系统及方法。

背景技术：

目前，关节运动测试利用红外反光滤光技术，减少硬件的计算量，通过关节上刚体(即三个不在同一直线上的标记点组成一个面)的定义，来区分个体。虽然上述方法计算量小，对硬件的要求低。但是随着计算机性能的大幅提升，此优势已不复存在，更多地暴露出了此方法的缺点，如下：

(1)需要把三个或三个以上的标记点做成一个大的刚体，才能识别并工作，庞大笨重；

(2)精度低，当两个标记点的间距小于1.5cm的时候，无法定位；

(3)对单个标记点无法区别开来；

(4)对不同位置点捕捉时，存在飘移现象；

(5)标记点必须是球体，且对其大小有要求，只能识别一个特定的尺寸。

现有的关节运动测试系统都是基于单一灰色的标记点，使用方法复杂，分辨率低，容易飘移，影响使用。

技术实现要素：

本发明提供了一种彩色关节运动测试系统及方法，以至少解决现有的关节运动测试方法基于单一灰色的标记点，使用方法复杂，容易飘移，影响使用的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种彩色关节运动测试系统，包括：标记点、摄 像单元、图像处理单元和中央处理单元；所述标记点固定在关节上，所述标记点具有预设颜色；所述摄像单元，用于捕捉所述标记点，获得包含所述标记点的彩色图像；所述图像处理单元，用于对所述彩色图像进行图形图像处理，获取所述标记点在所述彩色图像中的平面位置信息；所述中央处理单元，用于根据所述平面位置信息，计算获得所述标记点的空间位置坐标，并将所述空间位置坐标发送给其他设备。

在一个实施例中，所述标记点的个数为一个或多个。

在一个实施例中，当所述标记点的个数为多个时，相邻的标记点具有不同颜色。

在一个实施例中，所述标记点为二维标记点或三维标记点。

在一个实施例中，所述系统还包括：发光设备，用于对所述标记点进行光照。

在一个实施例中，所述摄像单元包括两个摄像头，两个摄像头成预设角度放置，用于从不同角度捕捉所述标记点。

在一个实施例中，所述摄像单元包括一个双目摄像机。

在一个实施例中，所述图像处理单元包括：模数转换模块，用于对模拟信号形式的彩色图像进行模数转换；图像处理模块，用于对模数转换后的彩色图像进行图形图像处理，获取所述标记点在所述彩色图像中的平面位置信息。

在一个实施例中，所述中央处理单元还用于接收启动指令，根据所述启动指令启动所述摄像单元和所述图像处理单元。

根据本发明的另一个方面，提供了一种彩色关节运动测试方法，包括：摄像单元捕捉固定在关节上的标记点，获得包含所述标记点的彩色图像，其中所述标记点具有预设颜色；图像处理单元对所述彩色图像进行图形图像处理，获取所述标记点在所述彩色图像中的平面位置信息；中央处理单元根据所述平面位置信息，计算获得所述标记点的空间位置坐标，并将所述空间位置坐标发送给其他设备。

在一个实施例中，所述标记点的个数为一个或多个。

在一个实施例中，当所述标记点的个数为多个时，相邻的标记点具有不同颜色。

在一个实施例中，所述标记点为二维标记点或三维标记点。

在一个实施例中，在摄像单元捕捉固定在关节上的标记点之前，所述方法还包括：利用发光设备对所述标记点进行光照。

在一个实施例中，摄像单元捕捉固定在关节上的标记点，包括：将两个摄像头成预设角度放置，从不同角度捕捉所述标记点。

在一个实施例中，图像处理单元对所述彩色图像进行图形图像处理，获取所述标记点在所述彩色图像中的平面位置信息，包括：模数转换模块对模拟信号形式的彩色图像进行模数转换；图像处理模块对模数转换后的彩色图像进行图形图像处理，获取所述标记点在所述彩色图像中的平面位置信息。

在一个实施例中，在摄像单元捕捉固定在关节上的标记点之前，所述方法还包括：中央处理单元接收启动指令，根据所述启动指令启动所述摄像单元和所述图像处理单元。

通过本发明的彩色关节运动测试系统及方法，基于带有颜色信息的标记点，对不同位置点捕捉时，加入了颜色信息，识别稳定，不存在飘移现象，提高运动捕捉的稳定性；且无需将多个点做成刚体以进行识别，使用方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的彩色关节运动测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的彩色关节运动测试系统的另一结构示意图；

图3是本发明实施例的彩色关节运动测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种彩色关节运动测试系统，图1是本发明实施例的彩色关节运动测试系统的结构示意图，如图1所示，该彩色关节运动测试系统100包括：标记点10、摄像单元20、图像处理单元30和中央处理单元40。

标记点10固定在关节上，标记点10具有预设颜色。预设颜色可以是黑、白，也 可以是红、黄、蓝等有彩色。

摄像单元20，用于捕捉标记点10，获得包含标记点20的彩色图像。摄像单元20能够捕捉彩色，也就是说，本发明在捕捉的信息中加入了颜色信息。图像可以是静态的图片，也可以是动态的视频。

图像处理单元30，用于对彩色图像进行图形图像处理，获取标记点10在彩色图像中的平面位置信息。

中央处理单元40，用于根据平面位置信息，计算获得标记点10的空间位置坐标，并将空间位置坐标发送给其他设备50。其它设备50可以是计算机、手机等。其他设备50根据标记点的空间位置坐标，可以得到标记点的运动轨迹，从而了解关节的运动情况，进行关节的运动分析。

通过上述彩色关节运动测试系统，基于带有颜色信息的标记点，对不同位置点捕捉时，加入了颜色信息，识别稳定，不存在飘移现象，提高运动捕捉的稳定性；且无需将多个点做成刚体以进行识别，使用方便。

标记点的大小和形状均没有特定的要求，也无需进行特殊的表面处理，方便计算即可。标记点可以是二维标记点或三维标记点。如果是二维标记点，标记点的形状可以为圆形、矩形等；如果是三维标记点，标记点的形状可以为球形、正方体等。

标记点的个数可以为一个或多个。多个标记点可以使用相同的颜色或不同的颜色。对于多个标记点，最终通过其他设备50可以得到各个标记点的运动轨迹，进行关节的运动分析。

当标记点的个数为多个时，相邻的标记点可以使用不同的颜色，由此，相邻标记点之间的距离再近，也可以方便快速地识别并区分各标记点，提高分辨率，同时避免了漂移现象。

如图2所示，上述系统还可以包括：发光设备60，用于对标记点10进行光照。通过光照可以提升所捕捉的彩色图像的质量。

在一个实施例中，摄像单元20可以采用两个摄像头，且这两个摄像头成预设角度放置，用于从不同角度捕捉标记点。对于同一个点，根据同一时刻的不同角度的参数，可以确定该点在空间的位置。摄像单元20也可以采用一个双目摄像机。

图像处理单元30可以包括：模数转换模块，用于对模拟信号形式的彩色图像进行模数转换；图像处理模块，用于对模数转换后的彩色图像进行图形图像处理，获取 标记点在彩色图像中的平面位置信息。通过图像图形算法和图像匹配算法，可以找出彩色图像中彩色标记点的平面位置，根据平面位置进行空间几何运算，可以计算出相应彩色标记点的实际空间坐标，从而得出关节的运动情况。以数字信号的形式进行传输，抗干扰能力强。

中央处理单元40还用于接收启动指令，根据启动指令启动摄像单元20和图像处理单元30。其中，启动指令可以是其它设备50发送的，也可以用户按下该彩色关节运动测试系统上的开关，以发送启动指令。

以上所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种彩色关节运动测试方法，基于上述彩色关节运动测试系统实现。由于彩色关节运动测试方法解决问题的原理与上述系统相似，因此该方法的实施可以参见该系统的实施，重复之处不再赘述。

图3是本发明实施例的彩色关节运动测试方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤s301，摄像单元捕捉固定在关节上的标记点，获得包含标记点的彩色图像，其中标记点具有预设颜色；

步骤s302，图像处理单元对彩色图像进行图形图像处理，获取标记点在彩色图像中的平面位置信息；

步骤s303，中央处理单元根据平面位置信息，计算获得标记点的空间位置坐标，并将空间位置坐标发送给其他设备。

通过上述彩色关节运动测试方法，基于带有颜色信息的标记点，对不同位置点捕捉时，加入了颜色信息，识别稳定，不存在飘移现象，提高运动捕捉的稳定性；且无需将多个点做成刚体以进行识别，使用方便。

标记点和摄像单元的具体描述可以参考方法实施例，此处不再赘述。

在步骤s301之前，上述方法还可以包括：利用发光设备对标记点进行光照，以提升所捕捉的彩色图像的质量。

摄像单元捕捉固定在关节上的标记点，可以包括：将两个摄像头成预设角度放置，从不同角度捕捉标记点。

步骤s302可以包括：模数转换模块对模拟信号形式的彩色图像进行模数转换；图像处理模块对模数转换后的彩色图像进行图形图像处理，获取标记点在彩色图像中的平面位置信息。

在步骤s301之前，上述方法还可以包括：中央处理单元接收启动指令，根据启动指令启动摄像单元和图像处理单元。

综上所述，本发明的彩色关节运动测试系统及方法，基于有颜色的标记点，通过视觉捕捉对标记点进行识别和空间分析，得到标记点的空间位置坐标，从而可以得到标记点的运动轨迹，以分析关节的运动情况。将医学领域的视觉捕捉或视觉定位从单一的灰色空间带到一个全新的彩色世界，人们借助该系统可以观察到更多的细节，也可以发展出更多更好的应用方法。该系统及方法能提高运动捕捉的稳定性，能够简化手术效果的评估，还可以减轻病人的痛苦。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。