[发明专利]一种颈部转动识别方法及系统

权利要求书

1.一种颈部转动识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）初始化，颈部康复训练前通过摄像头获取待识别的对象正向平视摄像头且颈部不转动时的脸部初始图像；颈部康复训练时通过摄像头拍照或录像获取得到对象在颈部转向过程的脸部图像；

2）将所述初始图像转化为256×256×3的输入图像；

3）已训练的编码器-解码器网络通过卷积层将输入图像缩小为8×8×512个特征图，并通过转置的卷积层生成预测的256×256×3位置图对于所有卷积或转置卷积层使用4的内核大小，并使用ReLU层进行激活；编码器-解码器网络根据加权损失函数来测量地面真实位置图和网络输出之间的差异，输出初始UV位置图；

4）将重复上述步骤2）和3）,获取得到脸部图像对应UV位置图，将UV位置图与初始UV位置图在同一三维坐标系中并分别拉伸投影形成对应的 2D 位置图，分析两2D位置图变化情况得到脸部旋转角度；

步骤3）中，对编码器-解码器网对脸部五官部分特征的权重值加权，使用损失函数为：

其中，（u，v）表示每个像素坐标，Pos（u，v）表示预测位置图；给P~os（u，v）表示定地面真实位置图，W（u，v）表示权重掩码；

所述编码器-解码器网络对脸部五官部分特征划分4个子区域，区域1对应68个面部标志；子区域2对应眼、鼻子、嘴巴；子区域3对应其他脸部区域：子区域4对应颈部；在损失函数中子区域1-4比重占比为16：4：3：8；

基于上述步骤的颈部转动识别系统包括摄像模块、训练模块、角度识别模块、显示模块、远程诊断模块和康复训练模块，

所述摄像模块用于获取得到对象脸部图像；

所述训练模块中设置编码器-解码器网络，编码器-解码器网络通过训练将对象脸部图像的单个2D面部图形生成UV位置图；编码器-解码器网采用300W-LP数据库进行脸部训练，生成3D训练数据集，通过UV拉伸投影形成将3D训练数据集生成对应的2D位置图数据集；

所述角度识别模块通过比较UV位置图的变化获取脸部旋转角度，即颈部转动角度；

所述显示模块将颈部转动角度显示到对象的带屏幕的智能设备中；

所述远程诊断模块将摄像模块拍摄图像传送到医护端，并显示颈部转动角度；

所述康复训练模块制定对象康复中颈部水平转向训练计划，并通过颈部转动角度判断对象每次旋转是否到位；

用来完成颈部转动识别系统的应用实施的装置为辅助装置，辅助装置包括固定支架、旋转支架、下颚固定件、摄像支架、旋转电机、旋转编码器、限位器和控制单元；固定支架包括底座、握把和固定件，所述底座底面水平且铺有防滑垫，所述握把成左右对称设置在底座两端，用于对象双手握紧；固定件包括夹紧块、固定螺钉和固定螺母；旋转支架设置在固定支架上端并与固定支架旋转连接，所述旋转电机设置在固定支架上并与固定支架底部中间连接；旋转电机上安装旋转编码器；下颚固定件固定在旋转支架上，摄像支架设置在旋转支架侧壁并朝外延伸，所述摄像支架远离旋转支架的一端设有用于手机放置的夹持组件，所述夹持组件高度与下颚固定件高度一致，并正向朝向下颚固定件；下颚固定件用于支撑对象患者的下颚，使得对象患者头部可以跟随旋转支架旋转；限位器包括限位条、限位电机、角度传感器和固定限位块，所述固定限位块设置在固定支架上并贴近旋转支架左右两端，所述限位条设置两根并形成V形结构，且限位条通过相近的端部上轮齿结构形成联动结构、且与旋转支架旋转连接，所述限位电机固定在旋转支架上并与一限位条轮齿结构转动连接，所述角度传感器设置在另一限位条轮齿结构中心处并与其连接；两所述限位条轮齿结构相远离的一端均伸出旋转支架位于两固定限位块之间，限位条与固定限位块形成限位关系，两所述限位条形成V形结构的夹角为0-180°；控制单元分别电连接连接旋转电机、旋转编码器、限位电机、角度传感器。

2.根据权利要求1所述的一种颈部转动识别方法,其特征在于：所述摄像头为手机、平板电脑、智能电视、移动电脑上的摄像头。