[发明专利]步态参数测量系统及其数据处理装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及步态分析装置，特别涉及根据双路视频测量步态参数的步态参数测量系统，以及其数据处理装置和数据处理方法。

背景技术

全膝关节置换（TKR）是近代逐渐发展起来的一种治疗膝关节疾病的新技术，是用人工关节部件替代损坏的关节，消除膝关节疼痛，恢复膝关节功能的一种治疗方法。研究者能通过多种方法对其疗效进行评价，如KSS(美国膝关节协会评分)、HSS(美国特种外科医院膝关节评分)。但是这些评价方法主要是通过对患者的主客观感觉、疼痛状况及临床辅检结果进行评价，缺乏定量的指标。

步态分析是生物力学的特殊分支，是对人体行走时的肢体和关节活动进行运动学观察和动力学分析，提供一系列时间、几何、力学等参数值和曲线。而利用步态分析系统，通过收集步态数据来分析步态指标，可以对患者的术后疗效进行定量分析。步态分析将全膝关节置换康复治疗中沿用已久的定性分析和直观描述转换为客观、精确的定量评定。

步态的定量分析是对步态分析的基础参数(步速、步频、步长)、时相与周期、站立相力矩及下肢关节角度等多种步态指标进行定量分析，指导步态训练。主要包括运动学、动力学、动态肌电图、时间/空间参数分析。

基于运动学分析，英国Oxford Metrics的VICON，瑞典的SEICOM公司的SELSPOT，英国Charnwood Dynamic的CODA Motion，美国Motion Analysis公司相关产品都是较为成熟的步态分析系统。它们基本上都是由红外摄像系统和专用数据处理机以及计算机组成。将红外标记点贴在人体的待测部位上，通过摄像机接收由它发出并被红外标记点反射回来的红外线信号，再由专用的数据处理机生成人体的运动位置坐标，最后将人体运动位置信息输入计算机，计算相关的步态参数。由于这些成熟的系统使用红外摄像及专用数据处理机，成本很高，而且操作和维护比较复杂。

发明内容

以上成熟的步态分析系统是将摄像机采集到的全部视频序列存储到某个位置，采集结束后利用计算机进行计算分析，这样就会占据很大的存储空间，而且要采用昂贵的专用数据处理机。鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种数据处理方法，该数据处理方法能够在数字信号处理器（DSP）运行，对视频采集装置输出的视频实时处理获得被测者的步态参数，从而使步态参数测量系统不必设置大容量的存储器来存储视频序列，以及不必设置昂贵的专用的数据处理机。

本发明数据处理方法，用于对两个视频采集装置输出的两路视频实时处理，获得被测者的步态参数，所述视频是从腿部设有标记点的被测者正面捕捉的步行场景序列，该数据处理方法包括：获取标记点在与两个视频采集装置对应的两个图像坐标系中的初始位置；从所述两个视频采集装置输出的视频同步获取图像；结合运动估计和块匹配搜索分别确定标记点在同步获取的两个图像中的位置；根据双目成像原理，用标记点在同步获取的两个图像中的位置计算标记点的三维坐标；以及用标记点的三维坐标计算步态参数。

优选地，所述获取标记点在与两个视频采集装置对应的两个图像坐标系中的初始位置还包括对两个图像坐标系中的标记点进行匹配。

优选地，所述结合运动估计和块匹配搜索分别确定标记点在同步获取的两个图像中的位置包括：根据上两帧图像中标记点的位置变化计算该标记点的运动矢量；根据标记点在上一帧图像中的位置及其运动矢量计算该标记点在当前图像中的估计位置；以及，在所述估计位置周围进行块匹配搜索获取标记点在当前图像中的实际位置。

本发明还提供一种数据处理装置，用于对两个视频采集装置输出的两路视频实时处理，获得被测者的步态参数，所述视频是从腿部设有标记点的被测者正面捕捉的步行场景序列，该数据处理装置包括第一至第五五个模块，第一模块用于获取标记点在与两个视频采集装置对应的两个图像坐标系中的初始位置； 第二模块用于从所述两个视频采集装置输出的视频同步获取图像； 第三模块用于结合运动估计和块匹配搜索分别确定标记点在同步获取的两个图像中的位置；第四模块用于根据双目成像原理，用标记点在同步获取的两个图像中的位置计算标记点的三维坐标；第五模块用于根据标记点的三维坐标计算步态参数。 

优选地，所述第一模块还包括对两个图像坐标系中的标记点进行匹配，以便于计算三维坐标。