[发明专利]基于双目红外视觉的手部运动跟踪装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及临床康复与信息处理技术，尤其涉及一种基于双目红外视觉的手部运动跟踪装置和方法。

背景技术

人类的手部主要负责运动功能中精细的活动和工作，但脑卒中患者多数伴有偏袒症状，其偏瘫侧手部功能的恢复效果普遍不理想，约70%的患者存在不同程度的运动功能障碍。对于脑卒中和脑外伤患者，生活质量的提高与其日常生活的能力密切相关，其中手部运动功能的恢复是最重要的，也是目前康复训练中急需解决的问题。传统的临床治疗方法为治疗师对患者进行一对一的康复训练，由于治疗师的缺乏以及居家重复性训练急需专业人员的指导与评估并调整训练治疗方案，因此信息化技术辅助康复治疗应运而生。

ARAT（Action Research Arm Test，上肢动作研究测试理论）作为最常用的上肢评估测试之一，主要针对上肢远端即手部的动作功能，是荷兰临床理疗师Lyle于1981年基于Caroll上肢功能测试发展而来的。ARAT与其它运动障碍评估方法相比，更关注患者全方位日常生活中的手功能，对抓握对象的类型与尺寸也进行了分类和量化，但其评价方法尚未数字化，仍然需要理疗师针对每个患者的评估过程进行人工的评价和打分。

手部运动的系统中大多采用红外图像跟踪的方法，此方法具有不受电磁干扰、不受可见光变化影响、跟踪稳定可靠等优点。如加拿大的PTI公司（Phoenix Technologies Inc.）的VisualEyez 运动捕捉系统，英国OMG公司（Oxford Metrics Group）的Vicon系统等皆为高精度室内大范围光学动作捕捉系统，但都需测试对象事先佩戴有相应的标志点，较为费时且系统构架庞大、价格较为昂贵。此外，也有研究者通过识别特别斑纹的手套来跟踪手部的运动（201010507844.7）。尽管这些装置系统都可以用来跟踪手部运动，但对于脑卒中偏瘫患者的康复训练来说，这些装置架构复杂且对患者运动存在一定的影响，因此不适合偏瘫患者训练使用时的要求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双目红外视觉的手部运动跟踪装置和方法。针对临床居家手功能康复训练缺乏可量化的科学仪器，该装置可以用于手功能康复的数字化评估与训练，且不影响患者本身的抓握动作。

为达到上述目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于双目红外视觉的手部运动跟踪装置，包括双目红外视觉模块，玻璃面板，计算机，ARAT标准物和用户操作组合台；所述玻璃面板通过固定块固定在所述用户操作组合台上，所述双目红外视觉模块置于玻璃面板的下方，通过视频USB传输线与所述计算机相连，所述双目红外视觉模块照射的玻璃面板上有棋盘格标识，棋盘格标识上方的空间为用户运动空间，所述ARAT标准物放置在玻璃面板上棋盘格标识的后方。

进一步地，所述双目红外视觉模块包括第一CCD黑白图像传感器、第二CCD黑白图像传感器，第一红外LED、第二红外LED、第三红外LED，电控板；所述两个CCD黑白图像传感器和三组红外LED间隔排列集成在电控板上，并通过电控板进行运行控制，所述两个CCD黑白图像传感器把采集到的红外光信号转换成电信号并送入所述电控板进行图像缓存处理，最后通过USB数据线上传图像至所述计算机。

进一步地，所述ARAT标准物采用透红黑色外亚克力板制成。

一种基于双目红外视觉的手部运动跟踪方法，包括如下步骤：

1）系统初始化：系统启动后，双目红外视觉模块自动启动并进行初始化设置；根据所选定抓握ARAT标准物的模块号，从系统的ARAT标准物数据库中得到相应的标准物参数，包括该ARAT标准物的内切圆和外接圆尺寸，并将ARAT标准物放置在特定的位置，并对系统的抓握目标物参数进行初始化；