CN101836237B - 用于选择所呈现图形的观看配置的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定康复病人或体育运动受训者的所呈现图形的观看配置的方法，目的在于在所呈现图形上提交合适的视图，该方法包括步骤：捕获康复病人或体育运动受训者的一个或多个身体部分的3D空间中的运动数据并将它们提供给计算机；且进一步包括步骤：在计算机上执行对所捕获运动数据与运动数据参考列表的偏离的测量和/或对主运动方向的测量；以及基于上述测量结果，确定观看配置。

Description

用于选择所呈现图形的观看配置的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定例如一个人的所呈现图形的观看配置的方法和系统，期望得到该人的姿态分析或其移动(movement)分析。
具体地，本发明涉及一种用于自动选择从康复治疗后的人(所谓的康复病人)产生的所呈现图像的更合适的较多观看配置中的一个以用于向治疗专家或对康复病人给出视觉反馈的方法。
背景技术
中风是工业化国家中永久残疾的最突出的原因。中风幸存者遭受的最突出的残疾之一是上肢半面瘫痪。康复练习被证实在恢复运动(motor)控制方面是高效的，只要该训练是剧烈的并且病人在治疗中受到指导。
用于无人监督的家庭中风康复的技术方案需要使用合适的反馈机构以确保恰当的练习。
健康人以及中风受害者中的运动技能获取由所谓的“扩充的”或“外部的”反馈来推动。这种类型的反馈与内部反馈形成对照，在内部反馈中人的移动使用他自己的感受，例如视觉或本体感受。
外部反馈可以例如通过教练口头地给出。这种外部反馈例如从体育运动(sport)教学情形(例如在教一个人如何进行高尔夫球击球时)或从理疗医生(例如在中风受害者学会再次伸向目标的情况下)已知。
特别地在体育运动中的运动技能获取方面的另一种流行的方法是视频分析，如US2003/0054327中所描述，其中学习者和/或监督者观看已经执行了规定的动作之后的学习者。
因为视频分析仅仅捕获单个移动平面，所以惯性传感器系统正变得日益流行。
惯性传感器捕获线性加速度、角速度和磁场并且可以用于它们所附接到的所有肢体3维运动的捕获。
该运动数据以所呈现的、动画图形(所谓的化身(avatar))的形式显示给学习者。当与学习者一起回看(review)化身运动时，教练向学习者提供提示以将他们的注意力引向运动执行中的错误。
配备有惯性传感器的无人监督家庭中风康复能够跟踪病人在3D空间中的移动。所得的数据提供了呈现模拟病人移动的化身的基础。病人和/或治疗专家二者都可以观察该化身以分析病人的移动。由于该传感器系统提供3D数据，所以该系统使得回看者能够通过旋转屏幕上的化身从不同角度观察该移动。
现有的外部反馈系统存在的问题在于，观看配置(即旋转、倾斜、缩放和最终的其他参数)仍然由病人或治疗专家确定，或者在体育运动教学情形的情况中由受训者或教练确定。
使用惯性传感器的家庭中风康复系统的当前研究原型从预选的角度示出所记录的移动。该观看点被预选以实现对所记录移动的“最佳”评估。
然而，3维记录的数据允许观看者从不同角度观看移动。一种已知的系统允许观看者在观看该记录的同时旋转化身或放大图形，如图1和2所示。然而，在该已知系统中，观看者仍然需要知道最佳观察点，或在其他系统中观看者被限于可以按需要选择的某些预定的观看设置。因此，观看者不得不选择用于回看所记录的数据的最优配置。
由于病人通常缺乏专业知识并且加之在认知上受到损伤，所以他们一般不能选择最优的观看配置。最优观看配置辅助病人分析他们自己的移动并识别错误的移动模式。
对于治疗专家，选择最优观看配置可能需要对练习进行反复观察。因此，从以移动的问题元素为目标的观看设置开始将提高治疗专家的回看过程的效率。
这还示出与例如由视频摄像机提交的2D记录相比测量3D运动数据的益处。该3D数据允许观看者“漫游”病人的虚拟表示并集中在感兴趣的区域上。
现有系统允许用户仅仅以90度为步长手动地选择观看方向。
本发明描述了一种用于确定康复病人的所呈现图形的观看配置的方法，目的是在该所呈现图形上提交合适的视图。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种用于以自动方式确定康复病人的所呈现图形的观看配置的方法。
本发明的目的还在于提供一种用于执行这种方法的合适的系统。
发明内容
上述目的是通过提供一种方法实现的，该方法用于确定康复病人或体育运动受训者的所呈现图形的观看配置，该观看配置包括所呈现图形的旋转、倾斜、缩放及其他参数，目的在于在所呈现图形上提交合适的视图，该方法包括步骤：在康复病人或体育运动受训者的一个或多个身体部分的3D空间中捕获运动数据并且将它们提供到计算机；呈现模拟康复病人或体育运动受训者的移动的图形；并且进一步包括步骤：在该计算机上执行对所捕获运动数据与运动数据参考列表的偏离的测量和/或对主运动方向的测量；并且基于上面测量的结果，确定所呈现图形的观看配置。
对于康复病人或体育运动受训者极其有利的是，给出反馈作为自动选择的观看配置，而不需要任何来自病人的输入。
可选地，首先基于测量选择感兴趣的区域，并且基于该感兴趣区域，随后自动选择观看配置。
附图说明
现在将参照示出了多个非限制性实施例的附图来阐述本发明，并且在附图中：
图1和2表示所呈现图形的两个观看配置；
图3示意性表示根据本发明的优选方法；
图4-6表示作为时间的函数而展示的运动参数的实例。
具体实施方式
在一个实施例中，本发明由计算机系统组成，该计算机系统具有附接到该系统的屏幕。此外，3个惯性传感器无线地连接到该计算机系统。这三个传感器附接到病人的患侧的上臂和下臂以及躯干。这些传感器在3D空间中提交这些体节的取向，在病人执行练习的同时，所述数据存储在计算机系统上。
基于所存储的数据，观察者(即病人或治疗专家)使用装备有屏幕的计算机系统回看该数据。该计算机系统上的程序通过在屏幕上显示所呈现的、动画的图形(通常被称为化身)使得观看者能够回看所记录的数据。该图形在3D虚拟环境中出现。因此，可以从不同视角(perspective)观看它。为了改变该观看配置，例如可以使用动画的所呈现空间旁边的专用按钮或鼠标。
图3中所描绘的方法描述了如何在3D姿态数据的回看期间自动调整观看配置。用于观察所述化身的观看配置可以根据在练习执行期间记录的数据调整：存储在练习执行期间从传感器接收的数据。为了回看该练习，观看者选择合适的数据，该系统装载该数据并开始处理它。
接下来，从该数据中导出运动参数。规范的运动参数从治疗专家的语言来说是角度，例如在矢状面中的肩弯曲。比较病人的数据与一些参考数据，例如从先前记录的集合中生成的模板。该比较包括如从传感器接收的原始传感器数据和/或从该原始传感器数据导出的运动参数。参考数据的运动参数或者可以在线计算或者可以预先计算并且因此存储在练习参考的数据库中。
在比较参考数据与练习记录的各种选项中，接下来将概述其中一个。使用动态时间弯曲，将参考数据和记录的数据相对于时间刻度对准。然后，计算所述不同的运动参数，这些参数已经被识别为在对于每个运动参数(例如，测量和参考的数据点之间的欧几里得距离或这些数据点的平均值的距离)的所评估的比较(即在某个长度(例如1/2秒)的时间窗中)方面是相关的。
基于该比较，识别感兴趣的区域。一个获得感兴趣区域的可能性是识别运动参数，其中比较值指示与由参考给出的“常态”的最大偏离：在某个时间点t，选择与其他运动参数相比在t附近的某个时间窗中包含最大累积偏离的运动参数。
图4-6表示右肩移动的参考和测量数据的一些曲线。水平轴表示时间轴，同时在图4中垂直轴表示矢状面中的角度，在图5中垂直轴表示正平面中的角度，以及在图6中垂直轴表示水平面中的角度。这些平面是治疗专家们公知的。
最相关的运动参数(在这种情况下为平面中的弯曲角度)随时间变化，在该实例中从矢状面移动到正平面、到水平面、到正平面以及回到水平面。
一旦已知针对某个时间跨度的最相关的运动参数，则所述观看配置适于在该运动参数上实现“最好的”视图，即虚拟3D空间的旋转、倾斜、缩放等被调整为将最优视图提交到感兴趣的区域上。
通过使用预定义的映射表可以完成对被给予某个选定运动参数或选定运动参数集的最优观看配置的确定。
为了提供这种映射表，假定练习的执行偏离某个参考，则本领域专业人员(特别是治疗专家)可以洞察感兴趣的区域。据此，可以提供将所识别的运动参数转化为最优观看配置的所述表。
在另一个实施例中，尽管没有表示出，取代与某个参考的偏离，主移动方向确定观看配置。例如，如果病人大多数情况下将她的手臂移动到所述侧，则所述化身以正面视图示出，因为这传输了大部分的移动信息。可以使用速度矢量的和并使用该和矢量的方向完成对主移动方向的识别。也可以使用投影。
对于基于速度或投影查找主方向，甚至不需要参考模式，这将使参考数据库作废。
在另一个实施例中，参考模式实际上是病人的某些练习的平均化记录，这将尊重(honor)她的缺陷，在康复期间可能由治疗专家支持。
在第四实施例中，对运动参数的识别不限于单个运动参数，而是运动参数的集合。因此考虑多个运动参数，如果总计4个运动参数被认为是相关的，但头一个候选者保持独立而其他3个运动参数是相关的，则这3个运动参数可以被选择为相关的运动参数。
在第五实施例中，对最相关的运动参数的识别不限于小的时间窗，而是考虑上下文。例如，如果矢状面多半被认为是相关的，并且在短片段内，前平面被识别，该上下文可以用于坚持一种观看配置，其允许在矢状面中对移动进行最优分析。这使化身的显示平滑并防止图形上视图中太多的变化。
在第六实施例中，多个化身可以用于在该化身上提交最优视图。由于所识别的运动参数，两个或更多重放病人的移动并从不同视角示出的化身提供比单个化身更多的对感兴趣区域的洞察。化身的最优数量可以取决于所识别的运动参数。

Claims (15)

1.一种用于确定康复病人或体育运动受训者的所呈现图形的观看配置的方法，该观看配置包括所呈现图形的旋转、倾斜、缩放及其他参数，目的在于在所呈现图形上提交合适的视图，其特征在于该方法包括步骤：
-在康复病人或体育运动受训者的一个或多个身体部分的3D空间中捕获运动数据并且将该数据提供给计算机；
-呈现模拟康复病人或体育运动受训者的移动的图形；
-在该计算机上执行：
对所捕获运动数据与运动数据参考列表的偏离的测量和/或对主运动方向的测量；
基于上述测量的结果，确定所呈现图形的观看配置。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于该方法在时间帧内执行，并且在某个时间帧内确定观看配置考虑在前的和另外的时间帧期间的所述测量，目的是提供稳定的或互补的观看配置。
3.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于从所捕获的运动数据导出运动参数。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于对所捕获运动数据与运动数据参考列表的偏离的测量包括步骤：例如通过从理想地执行的练习中捕获相同的运动数据或通过计算先前捕获的运动数据的平均值来提供参考值；以及计算参考值与所捕获值之间距离的测量。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于使用速度矢量的和并使用该和矢量的方向确定所述主运动方向。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于使用速度矢量的投影确定所述主运动方向。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于在所提及的测量之后以及基于该测量选择感兴趣的区域。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于所选的感兴趣区域基于限定了任意感兴趣区域与观看配置的参数之间的关系的映射表来直接确定所述观看配置。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于所选的感兴趣区域包括所捕获的运动数据，该运动数据至少在某种程度上以绝对项或相对项偏离所述参考。
10.根据权利要求7的方法，其特征在于所选的感兴趣区域示出了最好的主运动方向。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述观看配置使得垂直于在其中测量主运动方向的平面提供视图。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于同时表示不止一个观看配置。
13.一种用于执行根据权利要求1的方法的系统，其特征在于它包括：
-用于在康复病人或体育运动受训者的一个或多个身体部分的3D空间中捕获运动数据的装置；
-其上可以提供并处理所捕获数据的计算机，该计算机被配置成用于：
执行对所捕获运动数据与运动数据参考列表的偏离的测量和/或对主运动方向的测量；
基于上述测量的结果确定所述观看配置，该观看配置包括所呈现图形的旋转、倾斜、缩放及其他参数；
-用于根据所选的观看配置显示所呈现图形的可视化装置，所呈现图形模拟康复病人或体育运动受训者的移动。
14.根据权利要求13的系统，其特征在于用于捕获运动数据的装置是有线地或无线地连接到计算机的惯性传感器。
15.根据权利要求13的系统，其特征在于用于捕获运动数据的装置包括立体摄像机系统。
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