CN103118647A - 运动支援系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种运动支援系统,具备:显示装置,其具有向利用者显示图像的显示面;比较图像存储部,其存储进行规定的运动的运动者的图像即比较图像;比较图像显示部,其将存储在所述比较图像存储部中的所述比较图像显示在所述显示面上;镜像显示机构,其将所述利用者的镜像与所述比较图像重叠显示;特征量提取部,其检测所述利用者的身体上的规定的标本点的位置,基于该标本点的位置而求出表示所述利用者的姿势的特征量;姿势评价部,其将通过所述特征量提取部求出的所述特征量与表示所述运动者的姿势的基准量进行比较,进行所述利用者的姿势的从所述运动者的姿势的偏离的评价;以及提示部,其提示由所述姿势评价部产生的所述评价的结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种对利用者的运动进行支援的运动支援系统。
背景技术
例如在康复训练的领域中,通常使因疾病或受伤而使得四肢残留有障碍的患者进行规定的运动,来实现四肢的功能的恢复。但是,患者若未表现出成为样本的姿势,则不知道如何活动身体而无法进行适当的运动,因此可能无法得到充分的康复训练的效果。
因此,在患者独自进行运动时,通常的情况是,对记录在DVD或录像带等上的成为样本的姿势进行表现的影像映现在监视器上,患者对应于该影像来活动身体(例如参照文献1[日本国公开专利公报平9-56697号])。
另外,即便是健全人,例如在进行瑜伽或舞蹈等运动时,通常的情况也是,对成为样本的姿势进行表现的影像映现在监视器上,对应于该影像来活动身体。
但是,如上述那样,仅将成为样本的影像映现在监视器上的话,患者无法判断是否正确地活动了身体,而且,也无法识别自身的姿势与显示在监视器上的影像中的姿势的区别为何种程度。因此,患者即使在采取从显示的影像较大地偏离的姿势的情况下,自身也不会注意到这种情况,因此不会特别地改善运动时的姿势而继续运动,结果是有时无法充分地得到运动的效果。
发明内容
本发明鉴于上述事由而作出,目的在于提供一种利用者能够视觉性地识别自身的姿势,且能够识别自身的姿势与显示的影像中的姿势的区别为何种程度的运动支援系统。
本发明的运动支援系统的第一方式具备:显示装置,其具有向利用者显示图像的显示面;比较图像存储部,其存储进行规定的运动的运动者的图像即比较图像;比较图像显示部,其将存储在所述比较图像存储部中的所述比较图像显示在所述显示面上;镜像显示机构,其将所述利用者的镜像与所述比较图像重叠显示;特征量提取部,其检测所述利用者的身体上的规定的标本点的位置,基于该标本点的位置而求出表示所述利用者的姿势的特征量;姿势评价部,其将通过所述特征量提取部求出的所述特征量与表示所述运动者的姿势的基准量进行比较,进行所述利用者的姿势的从所述运动者的姿势的偏离的评价;提示部,其提示由所述姿势评价部产生的所述评价的结果。
本发明的运动支援系统的第二方式以第一方式为基础,其中,所述镜像显示机构是配置在所述显示装置的所述前表面上的半透半反镜。
本发明的运动支援系统的第三方式以第一方式为基础,其中,所述镜像显示机构具备:拍摄装置,其拍摄所述利用者而生成所述利用者的图像;颠倒处理部,其使由所述拍摄装置生成的所述利用者的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像;以及颠倒图像显示部,其将由所述颠倒处理部生成的所述左右颠倒图像显示在所述显示面上。
本发明的运动支援系统的第四方式以第一至第三方式中的任一方式为基础,其中,所述规定的运动是成为所述利用者进行的运动的范例的运动。
本发明的运动支援系统的第五方式以第一至第三方式中的任一方式为基础,其中,还具备:拍摄装置,其拍摄进行所述规定的运动的所述利用者而生成进行所述规定的运动的所述利用者的图像即记录图像;以及基准量提取部。所述比较图像显示部构成为将由所述拍摄装置生成的所述记录图像作为所述比较图像而显示在所述显示面上。所述基准量提取部根据所述记录图像而检测所述利用者的身体上的所述规定的标本点的位置,基于该标本点的位置而求出表示所述利用者的姿势的特征量作为所述基准量。
本发明的运动支援系统的第六方式以第一至第五方式中的任一方式为基础,其中,所述特征量提取部检测所述利用者的身体上的多个所述标本点的位置,基于所述多个标本点的位置而作成表示所述利用者的身体的身体模型,基于所述身体模型而求出所述特征量。
本发明的运动支援系统的第七方式以第六方式为基础,其中,所述特征量是将从所述多个所述标本点选择的两个所述标本点彼此连结的直线与规定的基准线之间的角度。
本发明的运动支援系统的第八方式以第一至第五方式中的任一方式为基础,其中,所述特征量是所述利用者的身体的倾斜度。
本发明的运动支援系统的第九方式以第八方式为基础,其中,所述利用者的身体的倾斜度是所述利用者的肩的倾斜度,所述特征量提取部检测所述利用者的右上肢的标本点和左上肢的标本点的位置,算出将所述右上肢的所述标本点和所述左上肢的所述标本点连结的直线与水平线之间的角度作为所述利用者的肩的倾斜度。
本发明的运动支援系统的第十方式以第八方式为基础,其中,所述利用者的身体的倾斜度是所述利用者的躯干的倾斜度,所述特征量提取部构成为,检测所述利用者的头部的标本点和腰部的标本点,算出将所述头部的所述标本点和所述腰部的所述标本点连结的直线与垂直线之间的角度作为所述利用者的躯干的倾斜度。
本发明的运动支援系统的第十一方式以第一至第五方式中的其中一方式为基础,其中,所述特征量是所述利用者的身体的特定部位的可动区域。
本发明的运动支援系统的第十二方式以第十一方式为基础,其中,所述特定部位是所述利用者的上肢,所述特征量提取部检测所述利用者的所述上肢的标本点和与所述上肢对应的肩的标本点的位置,算出将所述上肢的所述标本点和所述肩的所述标本点连结的直线与垂直线之间的角度作为所述上肢的可动区域。
本发明的运动支援系统的第十三方式以第六方式为基础,其中,所述标本点的个数至少为三个以上,所述特征量是由所述多个所述标本点规定的区域的面积。
本发明的运动支援系统的第十四方式以第一至第十三方式中的任一方式为基础,其中,所述比较图像显示部以所述比较图像与所述利用者的镜像重叠的方式,调节所述显示面上的所述比较图像的位置及大小。
本发明的运动支援系统的第十五方式以第一方式为基础,其中,所述姿势评价部构成为求出表示所述特征量与所述基准量的差量的数值。所述提示部构成为提示由所述姿势评价部求出的所述数值。
本发明的运动支援系统的第十六方式以第一方式为基础,其中,具备:位置检测部,其检测所述利用者的身体的特定部位的位置;指标设定部,其基于由所述位置检测部检测到的所述位置而决定所述显示面上的指标的位置;判定部,其判定所述指标是否位于所述显示面上的规定位置;事件图像显示部,其在所述判定部判定为所述指标位于所述规定位置时,在所述规定位置上显示规定的事件图像;评价数据作成部,其基于由所述位置检测部检测到的所述位置,作成表示所述特定部位的可动区域的评价数据;可动区域评价部,其基于由所述评价数据作成部作成的所述评价数据与基准数据的比较,而进行所述特定部位的可动区域的评价。所述提示部提示由所述可动区域评价部产生的所述评价的结果。
本发明的运动支援系统的第十七方式以第十六方式为基础,其中,所述可动区域评价部采用上一次的在所述特定部位的可动区域的评价中使用的所述评价数据作为所述基准数据。
本发明的运动支援系统的第十八方式以第十六方式为基础,其中,所述基准数据是表示健全人的标准的所述特定部位的可动区域的数据。
本发明的运动支援系统的第十九方式以第十六至第十八方式中的任一方式为基础,其中,所述评价数据包括表示所述特定部位在与所述显示面平行的面内所通过的区域的面积的数据。
本发明的运动支援系统的第二十方式以第十六至第十九方式中的任一方式为基础,其中,所述评价数据包括表示规定方向上的所述特定部位的可动范围的数据。
本发明的运动支援系统的第二十一方式以第十六至第二十方式中的任一方式为基础,其中,所述评价数据包括表示所述利用者通过所述特定部位进行规定的动作所需的时间的数据。
本发明的运动支援系统的第二十二方式以第十六至第二十一方式中的任一方式为基础,其中,所述位置检测部根据三维传感器的输出而检测所述特定部位的位置,所述评价数据包括表示所述特定部位通过的区域的体积的数据。
本发明的运动支援系统的第二十三方式以第十六至第二十二方式中的任一方式为基础,其中,所述评价数据包括表示所述特定部位的轨迹的数据。
本发明的运动支援系统的第二十四方式以第十六至第二十三方式中的任一方式为基础,其中,所述镜像显示机构是配置在所述显示装置的所述前表面上的半透半反镜,所述指标设定部以所述指标的位置对应于与映现在所述半透半反镜上的所述特定部位重叠的所述显示面的位置的方式,决定所述指标的位置。
本发明的运动支援系统的第二十五方式以第十六至第二十三方式中的任一方式为基础,其中,所述镜像显示机构具备:拍摄装置,其拍摄所述利用者而生成所述利用者的图像;颠倒处理部,其使由所述拍摄装置生成的所述利用者的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像;以及颠倒图像显示部,其将由所述颠倒处理部生成的所述左右颠倒图像显示在所述显示面上。所述指标设定部以所述指标的位置对应于所述左右颠倒图像上的所述特定部位的位置的方式,决定所述指标的位置。
本发明的运动支援系统的第二十六方式以第一方式为基础,其中,具备:测定装置,其具有从所述利用者承受载荷的作用面并测定所述作用面上的所述载荷的分布;算出部,其基于由所述测定装置测定的所述载荷的分布,算出表示所述作用面内的规定部位的载荷的比率的平衡值;平衡值存储部,其存储由所述算出部算出的所述平衡值;平衡值显示部,其将由所述算出部算出的所述平衡值显示在所述显示面上;设定数据存储部,其存储表示所述平衡值的目标值的时间性的变化的设定数据;目标值显示部,其基于存储在所述设定数据存储部中的所述设定数据,将所述目标值显示在所述显示面上;重心移动评价部,其根据存储在所述平衡值存储部中的所述平衡值而求出所述平衡值的时间性的变化,基于所述平衡值的时间性的变化和所述设定数据表示的所述目标值的时间性的变化,进行所述利用者的重心移动的评价。所述提示部构成为提示由所述重心移动评价部产生的所述评价的结果。
本发明的运动支援系统的第二十七方式以第二十六方式为基础,其中,所述重心移动评价部使用规定的时刻的所述平衡值与所述目标值之差来进行所述重心移动的评价。
本发明的运动支援系统的第二十八方式以第二十六或二十七方式为基础,其中,具备设定更新部,该设定更新部根据由所述重心移动评价部产生的所述评价的结果,变更存储在所述设定数据存储部中的所述设定数据表示的所述目标值的时间性的变化。
本发明的运动支援系统的第二十九方式以第二十六至第二十八方式中的任一方式为基础,其中,所述镜像显示机构是配置在所述显示面的前方的半透半反镜。
附图说明
图1是表示实施方式1的运动支援系统的系统结构的概略图。
图2是上述实施方式1的运动支援系统的动作的说明图。
图3是表示在上述实施方式1的运动支援系统中使用的身体模型的生成方法的说明图。
图4是表示在上述实施方式1的运动支援系统中使用的身体模型的生成方法的说明图。
图5是表示在上述实施方式1的运动支援系统中使用的身体模型的姿势的偏离的说明图。
图6是表示在上述实施方式1的运动支援系统中使用的身体模型的姿势的偏离的说明图。
图7是上述实施方式1的运动支援系统的肩的倾斜度的计算方法的说明图。
图8是上述实施方式1的运动支援系统的躯干的倾斜度的计算方法的说明图。
图9是上述实施方式1的运动支援系统的上肢的可动区域的计算方法的说明图。
图10是表示实施方式2的运动支援系统的系统结构的概略图。
图11是表示实施方式3的运动支援系统的系统结构的概略图。
图12是上述实施方式3的运动支援系统的影像生成部的框图。
图13是表示上述实施方式3的运动支援系统的显示装置的显示例的说明图。
图14是表示上述实施方式3的运动支援系统的显示装置的显示例的说明图。
图15是表示上述实施方式3的运动支援系统的显示装置的显示例的说明图。
图16是实施方式4的运动支援系统的控制装置的框图。
图17是表示实施方式5的运动支援系统的系统结构的概略图。
图18是上述实施方式5的运动支援系统的控制装置的框图。
图19是表示上述实施方式5的运动支援系统的显示装置的显示例的说明图。
图20是实施方式6的运动支援系统的控制装置的框图。
具体实施方式
(实施方式1)
本实施方式的运动支援系统1在康复训练中使用,该康复训练的目的是通过使因疾病或受伤而四肢存在障碍的患者进行规定的运动来实现四肢的功能的恢复。但是,以下的实施方式的记载并非旨在限定运动支援系统的用途,例如健全人在瑜伽或舞蹈等运动中也可以使用运动支援系统。另外,以下,示出利用者以站立的姿势利用运动支援系统的例子,但并不局限于此,利用者也可以在就座于椅子等的姿势下利用运动支援系统。
如图1所示,本实施方式的运动支援系统1具备:配置在利用者(患者)2的正面,并在面对利用者2的显示面30上映现出影像的显示装置3;生成距离图像的距离图像传感器4;以及对显示装置3等的动作进行控制的控制装置5。显示装置3及距离图像传感器4均与控制装置5连接。
另外,该运动支援系统1还具备在显示装置3的显示面30的跟前(利用者2侧)配置的半透半反镜6。半透半反镜6以其前表面(镜面)面向利用者2的方式垂直地竖立配置在显示装置3与利用者2之间,使显示在背后的显示装置3上的影像透过到利用者2侧。
显示装置3具有向利用者2显示图像的显示面30。显示装置3在此由等离子显示器构成,安装在半透半反镜6的背面侧。在图1中,省略了对半透半反镜6进行支承的结构、显示装置3的安装结构的图示,但通过适当选择的结构,使半透半反镜6及显示装置3以充分的强度固定在固定位置上。另外,显示装置3并不局限于等离子显示器,也可以是液晶显示器等其他的显示器装置。而且,也考虑了取代显示器装置,而使用由粘贴在半透半反镜6的背面上的扩散薄板(未图示)和从半透半反镜6的后方(利用者2的相反侧)向扩散薄板投影影像的投影装置(未图示)构成的显示装置。
在本实施方式中,半透半反镜6的前表面为纵长的长方形形状,形成为作为映现出利用者2的全身的穿衣镜而发挥功能的大小。半透半反镜6的透过率设计成能够利用半透半反镜6作为镜,并且利用者2通过半透半反镜6能够视觉辨认显示在显示装置3上的影像。半透半反镜6通过在玻璃或合成树脂的透明的基材的至少一表面上实施基于金属膜等的镜面涂层(coating)而形成。
在此,显示装置3以显示面30与半透半反镜6的背面相接的方式配置。显示装置3的高度位置以下端缘距半透半反镜6的下端隔开规定的间隔而设置且上端缘从半透半反镜6的上端隔开规定的间隔而设置的方式决定。在此,显示装置3配置在比半透半反镜6的中心稍靠上方。而且,为了能够将在显示装置3上所显示的影像以高亮度显示在半透半反镜6的前表面上,而可以在半透半反镜6与显示面30之间填充调节折射率而防止反射的透明材料。
根据上述结构,半透半反镜6的前表面以作为镜而将利用者2的镜像映出并将显示在显示装置3的显示面30上的影像映出的方式发挥功能。即,若利用者2处于半透半反镜6的正面,则利用者2的镜像映现在半透半反镜6的前表面上,并且显示在显示装置3上的影像透过半透半反镜6而映出在半透半反镜6的前表面上。显示在显示装置3上的影像由控制装置5生成,其详细情况在后面叙述。
距离图像传感器4使用强度调制光,根据时间飞跃法(タイムオブフライト)的原理,生成像素值成为距离值的距离图像。但是,距离图像传感器4只要是生成距离图像的结构即可,并不局限于使用时间飞跃法的距离图像传感器。该距离图像传感器4检测至存在于传感区域内的检测对象为止的距离,并检测三维空间内的检测对象的位置作为距离图像。
在此,距离图像传感器4以与显示装置3不重叠的方式配置在显示装置3的上方,生成处于半透半反镜6的正面的利用者2的距离图像。距离图像传感器4被定位在显示装置3的上方且左右方向的大致中央,以从斜上前方俯视利用者2的方式决定上下方向的朝向(倾角)。
此外,距离图像传感器4以利用者2的全身包含在其视野内且在利用者2直立的状态下利用者2的身体的左右方向的中心线与距离图像的左右方向的中心线一致的方式调节左右方向的朝向(摇摄角)。
另外,距离图像传感器4并不局限于上述配置,也可以利用例如相机支架等而设置在半透半反镜6的正面侧(利用者2侧)的利用者2的眼的高度位置。
在利用者2的位置及姿势决定之后,进行上述的距离图像传感器4的位置及朝向的调节作为初始设定。由此,在距离图像传感器4中,生成映现利用者2的全身的距离图像的动态图像。
然而,本实施方式的运动支援系统1在控制装置5具有:将进行与利用者2所做的运动相同的运动的比较对象的影像作为比较影像而存储的存储部51;以及在利用者2运动时将比较影像显示在显示装置3上的显示控制部52。换言之,本实施方式的运动支援系统1具有:比较图像存储部(存储部)51,其存储进行规定的运动的运动者的图像即比较图像(比较影像);以及比较图像显示部(显示控制部)52,其将存储于比较图像存储部51的比较图像显示在显示面30上。
在本实施方式中,使用表示利用者2进行的运动的范例的比较对象的影像作为比较影像。即,规定的运动是成为利用者2进行的运动的范例的运动。具体而言,作为比较对象的指导者实际进行利用者2所做的运动的样子由拍摄装置(未图示)以将指导者的全身装入的方式从指导者的正面进行拍摄,由此得到的活动图像作为比较影像而使用。如此得到的比较影像预先存储于存储部51。另外,在本实施方式中,比较图像也可以是静止图像。这种情况下,比较图像表示利用者2应作为范本的运动者的姿势。即,比较图像既可以是进行规定的运动的运动者的静止图像,也可以是进行规定的运动的运动者的活动图像。
显示控制部52具有在从利用者2观察时映现在半透半反镜6上的自身的镜像与比较影像中的比较对象重叠的方式调整显示面30上的比较影像的尺寸的尺寸调整部(未图示)和调整位置的位置调整部(未图示)。即,显示控制部(比较图像显示部)52以比较图像与利用者2的镜像重叠的方式调节显示面30上的比较图像的位置及大小。
在此,从利用者2的视点观察到的映现在半透半反镜6上的自身的镜像成为实物的二分之一的尺寸,因此尺寸调整部对显示尺寸进行调节,以使比较影像的比较对象以实物的二分之一的尺寸显示在显示装置3的显示面30上。另外,在比较对象(指导者)与利用者2存在体格(主要是身高)的区别时,以比较对象的尺寸与利用者2的镜像一致的方式,利用尺寸调整部调节比较影像的显示尺寸。但是,即便比较影像的比较对象不是实物的二分之一的尺寸,例如以更大的尺寸或更小的尺寸显示,在向利用者2显示身体的动作的样本这样的意图上也没有问题。
位置调整部具有能够自由地调节显示面30上的比较影像的显示位置的位置对合功能,以从利用者2的视点观察时在自身的镜像与比较对象(指导者)的图像重叠的位置上显示比较影像的方式调节比较影像的显示位置。具体而言,根据半透半反镜6与利用者2的位置关系来调节显示面30上的比较影像的位置。半透半反镜6与利用者2的位置关系只要以利用者2站立在半透半反镜6的正面中央部的方式预先确定即可。或者可以附加对利用者2的重心位置进行检测的压力传感器(未图示),根据压力传感器的检测结果来求出半透半反镜6与利用者2的位置关系。
接着,说明简易地调整比较影像的显示位置的方法。控制装置5具备预先登记有统一(例如170cm)的值作为利用者2的身高的身高登记部(未图示)。另外,登记在身高登记部中的身高可以由利用者2直接输入。
若半透半反镜6与利用者2的位置关系确定,则显示控制部52通过将比较影像显示在基于利用者2的身高的位置,而能够在从利用者2的视点观察而与自身的镜像重叠的位置上显示比较对象。
说明又一方法。即使在身高登记部中未登记利用者2的身高,也可以根据距离图像传感器4的位置和朝向、以及通过距离图像检测的利用者2的站立位置和头顶部的位置,来判断映现在半透半反镜6上的镜像的特定部位(例如头部)的位置。因此,显示控制部52能够在从利用者2的视点观察而与自身的镜像重叠的位置上显示比较对象。
另外,比较影像的显示尺寸及显示位置的调节既可以在初始设定时通过手动进行,也可以自动化地进行。
结果是在半透半反镜6的前表面上,如图2所示映现出利用者2的镜像20,并且表示作为样本的姿势的比较对象(指导者)31的影像(比较影像)透过半透半反镜6而映出。即,在显示装置3的前表面配置的半透半反镜6作为将利用者2的镜像与比较图像重叠显示的镜像显示机构发挥功能。因此,利用者2能够一边比较映现在半透半反镜6上的自身的镜像20与显示在显示面30上的比较影像中的比较对象31,一边进行运动。另外,在图2中,利用虚线表示利用者2的镜像20,利用实线表示显示在显示面30上的比较影像中的比较对象31。
而且,由于以利用者2的镜像20与比较影像中的比较对象31重叠的方式显示比较影像,因此具有利用者2容易根据比较影像把握如何活动身体为好这样的优点。即,利用者2观察自身的镜像20,由于比较对象31的影像进入到利用者2的视野内,因此利用者2即使几乎不移动视线也能够将自身的镜像20与比较影像中的比较对象31进行比较。而且,由于比较对象31的右半身与利用者2的右半身、且比较对象31的左半身与利用者2的左半身的镜像重叠显示,因此利用者2容易区分比较对象31的动作的右、左,从而容易把握如何活动身体为好的情况。
在此,利用者2通过切换眼的焦距(比较影像的焦距∶镜像的焦距=1∶2),而能够注视映现在半透半反镜6上的镜像20和显示在显示装置3上的比较影像中的其中之一。因此,利用者2能够辨别自身的镜像20与比较影像中的比较对象31,并以自身的姿势与比较对象31的姿势一致的方式进行运动。
另外,在使用运动支援系统1时,优选适当调节显示装置3的亮度、室内的明亮度,以免在从利用者2观察时而映现在半透半反镜6上的镜像20与显示在显示装置3上的比较影像的观察到的情况产生较大差别。
另外,从正面以外的方向(例如侧方)拍摄比较对象(指导者)的活动图像作为参照影像也存储于存储部51,显示控制部52也可以是将参照影像与比较影像一起显示在显示装置3上的结构。这种情况下,参照影像优选显示在例如显示面30上的比较影像的侧方,以免与比较影像重叠。通过在显示装置3上显示参照影像,利用者2例如可以为了理解向前后方向的身体的动作而参照参照影像,因此容易对应于比较影像中的比较对象31而使身体活动。
另外,显示控制部52并不局限于将比较影像中的比较对象31显示在与利用者2的镜像20重叠的位置上的结构,也可以在显示面30上的利用者2的镜像20的侧方或上方或下方的位置显示比较对象31。即使在将比较对象31显示在与利用者2的镜像20重叠的位置上时,也不需要使利用者2的镜像20与比较影像中的比较对象31完全重叠,只要使例如足底等的成为基准的部位重叠即可。
然而,在本实施方式的运动支援系统1中,由距离图像传感器4生成的利用者2的距离图像向控制装置5输出,使用在识别利用者2的姿势的处理中。具体而言,控制装置5由计算机构成,具有:从距离图像传感器4取得距离图像的取得部53;以及使用取得的距离图像,提取表示利用者2的姿势的第一特征量的第一提取部(特征量提取部)54。而且,控制装置5具有:提取表示比较对象31的姿势的第二特征量的第二提取部(基准量提取部)55;评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离的评价部(姿势评价部)56;以及提示评价部56的评价结果的提示部57。
第一提取部54通过图像识别技术,检测距离图像中的利用者2的特定点的位置,基于该特定点的位置而提取表示利用者2的姿势的第一特征量。即,第一提取部(特征量提取部)54检测利用者2的身体上的规定的标本点(特定点)22的位置,基于该标本点22的位置,求出表示利用者2的姿势的特征量(第一特征量)。在此,例示了在利用者2的躯干的中心线或头顶部、肩部、肘部、手部、腰部、膝部、踝等的位置上分别设定的多个点为特定点的情况,但并不局限于该例,特定点只要设定在距离图像中的利用者2的指尖等特定的位置上即可。第一提取部54基于如此检测的特定点的位置,提取表示利用者2的姿势的第一特征量。
第二提取部55检测比较对象31的特定点的位置,基于该特定点的位置而提取表示比较对象31的姿势的第二特征量。即,第二提取部(基准量提取部)55检测比较对象(运动者)31的身体上的规定的标本点(特定点)33的位置,并基于该标本点33的位置而求出表示运动者31的姿势的基准量(第二特征量)。根据在比较影像的拍摄时通过距离图像传感器4得到的距离图像来检测比较对象31的特定点的位置。
评价部56通过将第一特征量与第二特征量进行比较,来评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离。即,评价部(姿势评价部)56将通过第一提取部(特征量提取部)54求出的特征量(第一特征量)与表示运动者(比较对象)的姿势的基准量(第二特征量)进行比较,进行利用者2的姿势的从运动者的姿势的偏离的评价。
提示部57将由评价部56评价的利用者2与比较对象31的姿势的偏离向利用者2提示。即,提示部57构成为提示评价部(姿势评价部)56产生的评价的结果。具体而言,提示部57将评价部56的评价结果利用声音或光等向利用者2提示。或者做成按照来自显示控制部52的指示将评价部56的评价结果显示在显示装置3上的结构,显示装置3也可以兼用作提示部57。
以下,对第一提取部54、第二提取部55、评价部56、提示部57的动作进行详细说明。
在本实施方式中,第一提取部54如图3、4所示从利用者2的全身检测多个特定点22的位置,并利用直线将这些特定点彼此连结,由此生成表示三维空间中的利用者2的姿势的身体模型(以下,称为“第一身体模型”)21。即,在第一提取部54中,根据图3所示的姿势的利用者2的距离图像,生成图4所示的第一身体模型21。即,第一提取部(特征量提取部)54构成为,检测利用者2的身体上的多个标本点22的位置,基于多个标本点的位置,作成表示利用者2的身体的身体模型(第一身体模型)21,基于身体模型21而求出特征量(第一特征量)。在本实施方式中,利用者2的身体上的多个标本点22包括利用者2的头部的标本点22(22a)、利用者2的右肩的标本点22(22b)、利用者2的左肩的标本点22(22c)、利用者2的右肘的标本点22(22d)、利用者2的左肘的标本点22(22e)、利用者2的右手的标本点22(22f)、利用者2的左手的标本点22(22g)、利用者2的腰部的标本点22(22h)、利用者2的右膝的标本点22(22i)、利用者2的左膝的标本点22(22j)、利用者2的右足的标本点22(22k)、利用者2的左足的标本点22(22l)。第一提取部54基于12个标本点22a-22l,生成第一身体模型21(参照图4)。
另外,由距离图像传感器4生成的利用者2的距离图像是对应于利用者2的动作而随时变化的动态图像,因此由距离图像的各帧生成的第一身体模型21实时地表示利用者2的动作。
如图1所示,距离图像传感器4设置在比利用者2靠上方。因此,由距离图像传感器4得到的利用者2的图像(距离图像)成为从斜上方向拍摄利用者2而得到的图像。即,距离图像成为利用者2变形的图像。因此,由距离图像传感器4的相机的俯角引起而使得特征量可能会产生误差。因此,第一提取部54构成为,进行校正处理作为检测标本点(特定点)22的前处理,该校正处理是将由距离图像传感器4得到的距离图像校正为从正面拍摄利用者2而得到的距离图像的处理。另外,这种校正处理可以通过利用预先求出的行列式对图像的坐标进行变换来进行。第一提取部54在进行了校正处理之后,根据距离图像,检测标本点22的位置。另外,在俯角引起的误差小时,可以省略校正处理。距离图像传感器4可以设置在比利用者2的眼的高度靠下方。例如,距离图像传感器4可以设置在半透半反镜6的前表面的下端中央。这种情况下,第一提取部54进行将由距离图像传感器4得到的距离图像校正为从正面拍摄利用者2而得到的距离图像的校正处理。而且,距离图像传感器4可以设置在利用者2的右方或左方,这种情况下,通过进行与上述同样的校正处理,能得到与从正面拍摄利用者2时同样的距离图像。
另外,第一提取部54在生成第一身体模型21时,将根据距离图像而检测到的特定点22的位置从对于由距离图像传感器4得到的距离图像进行了规定的拍摄坐标系的坐标位置向在假想空间内规定的显示坐标系的坐标位置,进行坐标变换。在此,所谓假想空间对应于显示装置3的前方的包括利用者2的站立位置在内的长方体状的空间,是以利用者2的前后方向、左右方向、上下方向分别为坐标轴的三维正交坐标系的空间。即,第一提取部54使用规定的变换式,将特定点22的位置从距离图像传感器4成为基准的极坐标系向在假想空间内规定的三维正交坐标系进行坐标变换,然后生成第一身体模型21。
另一方面,第二提取部55生成表示比较影像中的比较对象31的姿势的身体模型(以下,称为“第二身体模型”)32(参照图6)。即,第二提取部(基准量提取部)55构成为,检测比较对象(运动者)31的身体上的多个标本点33的位置,基于多个标本点的位置而作成表示比较对象31的身体的身体模型(第二身体模型)32,基于身体模型32而求出基准量(第二特征量)。在本实施方式中,比较对象(运动者)31的身体上的多个标本点33包括比较对象31的头部的标本点33(33a)、比较对象31的右肩的标本点33(33b)、比较对象31的左肩的标本点33(33c)、比较对象31的右肘的标本点33(33d)、比较对象31的左肘的标本点33(33e)、比较对象31的右手的标本点33(33f)、比较对象31的左手的标本点33(33g)、比较对象31的腰部的标本点33(33h)、比较对象31的右膝的标本点33(33i)、比较对象31的左膝的标本点33(33j)、比较对象31的右足的标本点33(33k)、比较对象31的左足的标本点33(33l)。第二提取部55基于12个标本点33a-33l,生成第二身体模型32(参照图6)。
表示比较对象31的姿势的第二身体模型32在比较影像的拍摄时,与第一身体模型21同样地根据由距离图像传感器4得到的距离图像而生成。另外,第二提取部55与第一提取部54同样地,进行校正处理作为检测标本点(特定点)33的前处理,该校正处理是将通过距离图像传感器4得到的距离图像向从正面拍摄比较对象31而得到的距离图像进行校正的处理。即,第二提取部55将在比较影像的拍摄时得到的距离图像中的多个特定点22彼此利用直线连结,由此生成第二身体模型32。第二身体模型32与第一身体模型21同样地,在假想空间内规定的三维正交坐标系(显示坐标系)上生成。如此生成的第二身体模型32可以与比较影像一起预先存储于存储部51。另外,若将基准量预先存储于存储部41,则可以省略第二提取部55。
生成的第一身体模型21可以通过显示控制部52,显示在显示面30上的与利用者2的镜像20重叠的位置、或显示面30上的利用者2的镜像20的侧方或上方或下方的位置。同样地,关于第二身体模型32,也可以通过显示控制部52,显示在比较影像中的与比较对象31重叠的位置、或显示面30上的比较对象31的侧方或上方或下方的位置。在显示第一身体模型21和第二身体模型32这两者时,利用者2可以一边比较显示在显示面30上的两身体模型一边进行运动,因此容易把握身体的哪个部位的动作从比较对象31偏离的情况。
在此,第一提取部54根据第一身体模型21求出将多个特定点22彼此连结的直线的相对于规定的基准线的角度,并将该角度设为第一特征量。即,特征量(第一特征量)是关于第一身体模型21,将从多个标本点22选择的两个标本点22彼此连结的直线与规定的基准线之间的角度。例如,当着眼于图5所示的第一身体模型21中的相当于右肩的特定点22(22c)时,以连结右肩-左肩间的直线(连结标本点22c与标本点22b的直线)为基准线,求出连结右肩-右肘间的直线(连结标本点22c与标本点22b的直线)的相对于基准线的角度α,即右肩关节的角度α。而且,当着眼于第一身体模型21中的相当于右肘的特定点22(22e)时,以连结右肩-右肘间的直线(连结标本点22c与标本点22e的直线)为基准线,求出连结右肘-右手间的直线(连结标本点22e与标本点22g的直线)相对于基准线的角度β,即右肘关节的角度β。
同样地,第二提取部55根据第二身体模型32求出将多个特定点33彼此连结的直线的相对于规定的基准线的角度,并将该角度设为第二特征量。即,基准量(第二特征量)是关于第二身体模型32,将从多个标本点33选择的两个标本点33彼此连结的直线与规定的基准线之间的角度。例如,根据图6所示的第二身体模型32求出右肩关节的角度α与右肘关节的角度β。
总之,第一提取部54提取根据第一身体模型21求出的关于某关节的角度作为第一特征量,第二提取部55提取根据第二身体模型32求出的关于某关节的角度作为第二特征量。
另外,特征量(第一特征量)也可以是利用者2的身体的倾斜度。利用者2的身体的倾斜度例如是利用者2的肩的倾斜度(参照图7)。这种情况下,第一提取部(特征量提取部)54检测利用者2的右上肢的标本点22和左上肢的标本点22的位置。在图7所示的例子中,右上肢的标本点22是右肘的标本点22e,左上肢的标本点22是左肘的标本点22d。另外,右上肢的标本点22也可以是右肩的标本点22c,左上肢的标本点22也可以是左肩的标本点22b。第一提取部54算出将右上肢的标本点22与左上肢的标本点22连结的直线L100与水平线L200之间的角度作为利用者2的肩的倾斜度。在图7所示的例子中,利用者2的肩的倾斜度为-20°。利用者2的肩的倾斜度在直线L100的倾斜度为正时表现为负,在直线L100的倾斜度为负时表现为正。
另外,利用者2的身体的倾斜度也可以是例如利用者2的躯干的倾斜度(参照图8)。这种情况下,第一提取部(特征量提取部)54检测利用者2的头部的标本点22a和腰部的标本点22h的位置,算出将头部的标本点22a与腰部的标本点22h连结的直线L110与垂直线L210之间的角度作为利用者2的躯干的倾斜度。在图8所示的例子中,利用者2的躯干的倾斜度为-30°。利用者2的躯干的倾斜度在直线L110的倾斜度为正时表现为正,在直线L110的倾斜度为负时表现为负。
以同样的方法,基准量提取部55能够求出比较对象31的身体的倾斜度(肩或躯干的倾斜度)作为基准量(第二特征量)。
另外,特征量(第一特征量)也可以是利用者2的身体的特定部位的可动区域。尤其是特定部位是利用者2的上肢(参照图9)。在图9所示的例子中,特定部位是右上肢。在该例中,第一提取部(特征量提取部)54检测利用者2的上肢的标本点22(右手的标本点22g)和与上肢对应的肩的标本点22(右肩的标本点22c)的位置。利用者2的上肢的标本点22也可以是右肘的标本点22e。并且,第一提取部54算出将上肢的标本点22(22g)与肩的标本点22(22c)连结的直线L120与垂直线L210之间的角度作为上肢的可动区域。在图9所示的例子中,第一提取部54求出利用者2的右上肢的可动区域,其值为70°。
另外,特定部位也可以是左上肢。这种情况下,第一提取部(特征量提取部)54只要检测利用者2的上肢的标本点22(左手的标本点22f、左肘的标本点22d)和与上肢对应的肩的标本点22(左肩的标本点22b)的位置即可。
另外,特定部位也可以是下肢(右下肢、左下肢)。这种情况下,第一提取部54算出将下肢的标本点22(例如,左膝、左足、右膝、右足的标本点22i、22k、22j、22l)与腰部的标本点22h连结的直线(未图示)与垂直线L210之间的角度作为下肢的可动区域。
以同样的方法,基准量提取部55也可以求出比较对象31的身体的特定部位(上肢或下肢)的可动区域作为基准量(第二特征量)。
另外,第一身体模型21并不局限于根据从正面捕捉利用者2的距离图像而生成的身体模型,也可以是根据从侧方捕捉利用者2的距离图像而生成的身体模型。例如,若利用设置在利用者2的足底的压力传感器检测利用者2的两足的位置及重心位置,则根据其结果,能够判断利用者2的身体以正面朝向距离图像传感器4还是以侧方朝向距离图像传感器4。根据该判断结果,第一提取部54在利用者2以正面朝向时,生成正面观察的第一身体模型21,在利用者2以侧方朝向时,生成使正面观察的身体模型绕着铅垂方向的轴旋转90度的侧面朝向的第一身体模型21。
根据如此生成的侧面朝向的第一身体模型21,能够提取向前后方向的身体的动作(例如将肩部与腰部连结的直线的前倾·后倾等)等作为第一特征量。关于第二身体模型32,也可以同样地生成侧面朝向的身体模型。当所述侧面朝向的身体模型由显示控制部52显示在显示面30上时,利用者2能够根据身体模型来确认自身的向前后方向的身体的动作。
评价部56将作为第一特征量而从第一身体模型21提取的关节的角度与作为第二特征量而从第二身体模型32提取的关节的角度进行比较,由此来评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离。评价部56通过比较关节的角度,能够忽视臂的长度等的差异而客观地评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离。另外,在评价部56中,在两身体模型之间,既也可以比较多个关节的角度,也可以仅着眼于特定的关节来比较角度。
在此,评价部56在第一特征量与第二特征量之间算出差量。评价部56既可以根据算出的差量值而对利用者2与比较对象31的姿势的偏离的程度进行数值化,也可以根据差量值是否超过规定的阈值来判断在利用者2与比较对象31之间是否产生姿势的偏离。在此,评价部56使用从作为三维模型的第一身体模型21、第二身体模型32分别提取的特征量进行评价,因此不仅能够评价沿着显示面30的平面内的偏离,而且也能够评价进深方向(与显示面30正交的方向)的偏离。
提示部57提示的内容既可以仅是利用者2与比较对象31的姿势是否偏离的判断结果,也可以是表示偏离的程度的内容。而且,评价部56通过将第一特征量与第二特征量比较,而进行身体的哪个部位向哪个朝向偏离这样的细微的判断时,提示部57也可以提示用于减小偏离的建议。在使右臂较大地进行横向扩展的运动时,在利用者2的右肘关节弯曲的情况下,提示部57提示“请将臂伸展”等的建议。
另外,在显示装置3兼用作提示部57时,显示控制部52对比较影像中的利用者2的姿势的偏离量大的部位的颜色进行改变等而进行强调显示,由此能够使利用者2识别出哪个部位未正确地活动。例如,在使右臂较大地进行横向扩展的运动时,在利用者2的右臂未充分上升而与比较对象31的右臂偏离时,显示控制部52对比较影像中的比较对象31的右臂部分进行强调显示,向利用者2提示右臂部分的偏离。由此,利用者2能够注意到与比较对象31偏离的部位而进行运动,从而容易对应于比较影像中的比较对象31而进行运动。
如此,提示部57将利用者2的身体的哪个部位从比较对象31偏离,或向哪个朝向偏离这样的信息向利用者2反馈,由此能够使利用者2学会正确的运动。
此外,评价部56在根据第一特征量与第二特征量的差量值而对利用者2与比较对象31的姿势的偏离的程度进行数值化时,提示部57可以提示表示偏离的程度的该数值。即,评价部(姿势评价部)56构成为,求出表示特征量(第一特征量)与基准量(第二特征量)的差量的数值,提示部57可以构成为提示由姿势评价部56求出的数值。具体而言,提示部57原封不动地提示第一特征量与第二特征量的差量值,或者提示根据该差量值而求出的表示利用者2与比较对象31的姿势的一致度的得分,由此能够提示偏离的程度或一致度。
这样,通过将利用者2与比较对象31的姿势的偏离的程度或一致度进行定量化而提示,利用者2能够将提示的数值作为运动的熟练度的目标,从而容易地评价运动的效果。另外,提示部57将表示利用者2与比较对象31的姿势的一致度的数值分为多个等级,排级而进行提示。
另外,作为另一例,第一提取部54也可以根据第一身体模型21求出由将多个特定点22彼此连结的直线包围的区域的面积,并将该面积设为第一特征量。即,第一身体模型21上的标本点的个数至少为3个以上,特征量(第一特征量)可以是由多个标本点规定的区域的面积。例如,当着眼于图5所示的第一身体模型21中的右肩、右肘、右手、躯干、右膝、右踝时,求出由将这些特定点22连结的直线包围的区域(图中斜线部)的面积。同样地,第二提取部55根据图6所示的第二身体模型32,求出由将右肩、右肘、右手、躯干、右膝、右踝连结的直线包围的区域(图中斜线部)的面积,并将该面积设为第二特征量。即,第二身体模型32上的标本点的个数至少为3个以上,基准量(第二特征量)可以是由多个标本点规定的区域的面积。
这种情况下,评价部56将作为第一特征量而从第一身体模型21提取的面积与作为第二特征量而从第二身体模型32提取的面积进行比较,由此来评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离。如此求出的面积表示姿势的倾向(身体的展开状况等),因此评价部56通过比较上述面积,能够大致地评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离。另外,在评价部56中,在两身体模型之间,既可以比较多个区域的面积,也可以比较单一的区域的面积。
如以上所述,本实施方式的运动支援系统1具备:显示装置3,其配置在利用者2的正面,并在面向利用者2的显示面30上显示影像;半透半反镜6,其相对于显示面30而配置在利用者2侧;存储部51,其将进行与利用者2所做的运动相同的运动的比较对象31的影像作为比较影像,而进行存储;显示控制部52,其在利用者2运动时,使比较影像显示在显示装置3上。而且,运动支援系统1具备:第一提取部54,其检测利用者2的身体的特定点的位置,并基于该特定点的位置而提取表示利用者2的姿势的第一特征量;第二提取部55,其检测比较对象31的特定点的位置,并基于该特定点的位置而提取表示比较对象31的姿势的第二特征量;评价部56,其比较第一特征量与第二特征量而评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离;以及提示部57,其提示评价部56的评价结果。
即,本实施方式的运动支援系统1具备:显示装置3,其具有向利用者2显示图像的显示面30;存储部(比较图像存储部)51,其将行规定的运动的运动者(比较对象31)的图像即比较图像加以存储;显示控制部(比较图像显示部)52,其将存储于比较图像存储部51的比较图像显示在显示面30上;镜像显示机构,其将利用者2的镜像与比较图像重叠显示;第一提取部(特征量提取部)54,其检测利用者2的身体上的规定的标本点的位置,并基于该标本点的位置而求出表示利用者2的姿势的特征量(第一特征量);评价部(姿势评价部)56,其将通过特征量提取部54求出的特征量与表示运动者的姿势的基准量(第二特征量)进行比较,进行利用者2的姿势的从运动者的姿势的偏离的评价;提示部57,其提示由姿势评价部56进行的评价的结果。
在本实施方式的运动支援系统1中,镜像显示机构是配置在显示装置3的前表面上的半透半反镜6。
另外,本实施方式的运动支援系统1具备基准量提取部(第二提取部)55。基准量提取部55检测比较图像的运动者(比较对象31)的身体上的规定的标本点(特定点)的位置,并基于该标本点的位置而求出表示运动者的姿势的基准量(第二特征量)。
根据以上说明的结构的运动支援系统1,利用者2能够一边比较映现在半透半反镜6上的自身的镜像20与映现在显示面30上的比较影像中的比较对象31,一边进行运动,因此容易对应于比较对象31进行运动。其结果是,利用者2容易学会运动时的正确的姿势(动作),从而具有能充分得到运动的效果这样的优点。
另外,评价部56将表示利用者2的姿势的第一特征量与表示比较对象32的姿势的第二特征量比较而评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离,并使提示部57提示评价结果。因此,利用者2能够识别出与比较对象31的姿势的偏离。即,利用者2能够识别出自身的姿势与比较影像中的比较对象31的姿势的区别为何种程度。因此,在利用者2进行从比较对象31的姿势较大地偏离的运动时,能够使利用者2自身注意到这种情况,因此利用者2能够实现动作的改善,从而容易学会运动时的正确的姿势。
另外,在本实施方式的运动支援系统1中,比较影像是表示利用者2进行的运动的范例的比较对象31的影像。即,规定的运动是成为利用者2进行的运动的范例的运动。
在本实施方式的运动支援系统1中,第一提取部54及第二提取部55分别检测多个特定点的位置并通过将该特定点彼此连结而生成身体模型,从该身体模型提取特征量。即,特征量提取部(第一提取部)54构成为检测利用者2的身体上的多个标本点(特定点)的位置,基于多个标本点的位置而作成表示利用者2的身体的身体模型(第一身体模型)21,并基于身体模型21而求出特征量(第一特征量)。而且,基准量提取部(第二提取部)55构成为,检测比较图像的比较对象31的身体上的多个标本点(特定点)的位置,基于多个标本点的位置而作成表示比较对象31的身体的身体模型(第二身体模型)32,并基于身体模型32而求出基准量(第二特征量)。
另外,在本实施方式的运动支援系统1中,第一提取部54及第二提取部55将连结多个特定点彼此的直线的相对于规定的基准线的角度设为特征量。即,特征量是将从多个标本点选择的两个标本点彼此连结的直线与规定的基准线之间的角度。
另外,在本实施方式的运动支援系统1中,特征量(第一特征量)也可以是利用者2的身体的倾斜度。尤其是,利用者2的身体的倾斜度也可以是利用者2的肩的倾斜度。这种情况下,特征量提取部54构成为,检测利用者2的右上肢的标本点22和左上肢的标本点22的位置,并算出将右上肢的标本点22和左上肢的标本点22连结的直线L100与水平线L200之间的角度作为利用者2的肩的倾斜度。而且,利用者2的身体的倾斜度也可以是利用者2的躯干的倾斜度。这种情况下,特征量提取部54检测利用者2的头部的标本点22和腰部的标本点22的位置,并算出将头部的标本点22和腰部的标本点22连结的直线L110与垂直线L210之间的角度,作为利用者2的躯干的倾斜度。同样地,在本实施方式的运动支援系统1中,基准量提取部55可以求出比较对象31的身体的倾斜度(肩、躯干的倾斜度)作为基准量(第二特征量)。
另外,在本实施方式的运动支援系统1中,特征量(第一特征量)也可以是利用者2的身体的特定部位的可动区域。尤其是特定部位也可以是利用者2的上肢。这种情况下,特征量提取部54检测利用者2的上肢的标本点22和与上肢对应的肩的标本点22的位置,并算出将上肢的标本点22和肩的标本点22连结的直线L120与垂直线L210之间的角度作为上肢的可动区域。同样地,在本实施方式的运动支援系统1中,基准量提取部55可以求出比较对象31的特定部位(例如,上肢)的可动区域作为基准量(第二特征量)。
在本实施方式的运动支援系统1中,第一提取部54及第二提取部55将由连结多个特定点彼此的直线包围的区域的面积设为特征量。即,标本点的个数至少为3个以上,特征量是由多个标本点规定的区域的面积。
在本实施方式的运动支援系统1中,显示控制部52调节显示面30上的比较影像31的位置及大小,以使从利用者2观察时该利用者2的图像与比较对象31的图像重叠。即,比较图像显示部(显示控制部)52以比较图像与利用者的镜像重叠的方式调节显示面30上的比较图像的位置及大小。
在本实施方式的运动支援系统1中,评价部56对第一特征量与第二特征量的差量进行数值化,并由提示部57提示。即,姿势评价部构成为,(评价部)56求出表示特征量(第一特征量)与基准量(第二特征量)的差量的数值,提示部57构成为提示通过姿势评价部56求出的数值。
然而,在本实施方式中,示出了第一提取部54及第二提取部55从利用者2或比较对象31的全身检测特定点22的位置,并使用与利用者2或比较对象31的全身对应的身体模型来提取特征量的例子,但并不局限于该结构。例如,可以是第一提取部54将利用者2的某特定点22的坐标位置设为第一特征量,且第二提取部55将比较对象31的某特定点22的坐标位置设为第二特征量的结构。
这种情况下,评价部56通过比较第一特征量与第二特征量,而在利用者2与比较对象31之间,评价与身体的相同部位相当的特定点22的偏离。例如,使利用者2与比较对象31的躯干的位置一致,而将相当于右手的特定点22的坐标位置设为第一及第二特征量时,评价部56通过算出两特征量的差量来评价利用者2与比较对象31之间的右手的位置的偏离。即,评价部56通过在利用者2与比较对象31之间求出与身体的相同部位相当的特定点22之间的相对的距离,来评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离。
此外,评价部56也可以基于例如相当于右手的特定点22相对于相当于右肩的特定点22是否处于较高的位置等的、另一特定点22相对于某特定点22的位置的相对的位置关系,来评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离。这种情况下,例如在使右臂较大地进行横向扩展的运动时,在利用者2的比相当于右肩的特定点22低的位置存在相当于右手的特定点22的情况下,提示部57提示“请将臂进一步抬高”等的建议。
而且,可以将2台距离图像传感器4在利用者2的正面(半透半反镜6侧)和侧方各设置1台,由此,取得部53能够同时取得从正面捕捉利用者2所得的距离图像和从侧方捕捉利用者2所得的距离图像这两者。这种情况下,能够通过从正面捕捉利用者2所得的距离图像提取身体的左右方向的倾斜度作为特征量,并通过从侧方捕捉利用者2所得的距离图像提取身体的前后方向的倾斜度作为特征量。其结果是,与仅从通过1台的距离图像传感器4得到的距离图像提取表示前后左右的身体的倾斜度(姿势)的特征量的结构相比,具有能够高精度地测定这样的优点。
另外,第一提取部54并不局限于上述那样使用由距离图像传感器4得到的距离图像来检测利用者2的特定点的位置的结构。例如,第一提取部54可以使用通过CCD(Charge Coupled Device)相机等二维相机拍摄到的利用者2的二维图像、或使用装配于利用者2的陀螺传感器式的动作捕捉器等的传感器输出来检测利用者2的特定点的位置。关于第二提取部55,也可以同样地根据距离图像以外来检测比较对象31的特定点的位置。
(实施方式2)
本实施方式的运动支援系统1A的不具备半透半反镜6的点与实施方式1的运动支援系统1不同。而且,在本实施方式的运动支援系统1A中,如图10所示,设有拍摄装置7,该拍摄装置7配置在利用者2的前方并以使镜头朝着从前方拍摄利用者2的朝向的方式设置。
拍摄装置7构成为拍摄利用者2而生成利用者2的图像。拍摄装置7利用例如摄像机支架等而设置在显示装置3的正面侧(利用者2侧)的利用者2的眼的高度位置。而且,拍摄装置7调节倾角及摇摄角,以在其视野内包含利用者2的全身,并使利用者2直立的状态下的利用者2的身体的左右方向的中心线与拍摄到的影像的左右方向的中心线一致。
在决定了利用者2的站立位置、视线的高度等之后,进行上述那样的拍摄装置7的位置及朝向的调节作为初始设定。由此,在拍摄装置7中,拍摄到映出利用者2的全身的活动图像(以下,称为“全身影像”)。
控制装置5A与显示装置3和拍摄装置7这两者连接,具有对通过拍摄装置7拍摄到的影像进行加工而在显示装置3上显示的功能。具体而言,控制装置5A通过取得部53从拍摄装置7取得全身影像,且具有使取得的全身影像左右颠倒而生成颠倒影像的颠倒处理部58。即,颠倒处理部58构成为,使通过拍摄装置7生成的利用者2的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像。此外,控制装置5A以颠倒影像的左右方向的中心线与显示面30的左右方向的中心线一致的方式利用显示控制部52A使颠倒影像显示在显示装置3上。即,显示控制部52A作为使通过颠倒处理部58生成的左右颠倒图像在显示面30上显示的颠倒图像显示部,而发挥功能。由此,在显示装置3的显示面30上,将利用者2的全身的影像以映现在镜子中的镜像的方式进行左右颠倒显示。
即,由拍摄装置7拍摄的影像若不实施任何的加工,则不会像镜像那样左右颠倒,从正对显示面30的利用者2观察到的左右与显示在显示面30上的影像的左右相反。总之,若由拍摄装置7拍摄到的利用者2的全身的影像不实施任何的加工而显示在与利用者2正对的显示装置3的显示面30上,则显示面30上的右侧映现出利用者2的左半身而左侧映现出利用者2的右半身。
相对于此,由于颠倒影像是使全身影像左右颠倒的影像,因此显示装置3以在显示面30上的右侧映现出利用者2的右半身而在左侧映现出利用者2的左半身的方式显示颠倒影像。其结果是,显示装置3使映现在显示面30上的颠倒影像由利用者2视觉辨认,由此,对于利用者2而言,能够将颠倒影像幻想为自己的全身的镜像。
在此,控制装置5A对于从拍摄装置7输入的影像进行实时(1秒钟为15~30帧左右)的加工(颠倒),而向显示装置3输出影像信号。显示装置3接受来自控制装置5A的影像信号,实时地显示颠倒影像。因此,对应于实际的利用者2的动作而活动的活动图像作为颠倒影像显示在显示装置3的显示面30上。例如,当利用者2上抬右臂时,在对应于其动作而显示在显示面30上的颠倒影像中,从利用者2观察时右侧的臂也上抬。
即,本实施方式的运动支援系统1A不是提示光学形成的镜像,而是使显示在显示装置3上的颠倒影像由利用者2视觉辨认,对于利用者2而言,能够将颠倒影像幻想为自身的镜像。
此外,显示控制部52A将表示进行与利用者2所做的运动相同的运动的比较对象31的比较影像与由颠倒处理部58生成的颠倒影像一起显示在显示装置3上。显示控制部52A以在显示面30上的颠倒影像中的利用者2的图像与比较影像中的比较对象(指导者)31的图像重叠的方式,通过尺寸调整部和位置调整部来调整显示面30上的比较影像的尺寸及位置。在此,为了容易区分颠倒影像与比较影像,显示控制部52A将颠倒影像和比较影像中的一方显示作为半透明(例如透过率50%)的影像。
以上叙述的本实施方式的运动支援系统1A具备:显示装置3,其配置在利用者2的正面,并在面向利用者2的显示面30上显示影像;拍摄装置7,其配置在利用者2的前方并拍摄利用者的影像;颠倒处理部58,其使通过拍摄装置7拍摄到的利用者2的影像左右颠倒而生成颠倒影像;存储部51,其将进行与利用者2相同的运动的比较对象31的影像作为比较影像,而加以存储;以及显示控制部52A,其在利用者2的运动时,使比较影像与颠倒影像一起显示在显示装置3上。而且,运动支援系统1具备:第一提取部54,其检测利用者2的身体的特定点的位置,并基于该特定点的位置而提取表示利用者2的姿势的第一特征量;第二提取部55,其检测比较对象31的特定点的位置,并基于该特定点的位置而提取表示比较对象31的姿势的第二特征量;评价部56,其比较第一特征量与第二特征量而评价利用者2与比较对象31的姿势的偏离;以及提示部57,其提示评价部56的评价结果。
即,本实施方式的运动支援系统1A具备:显示装置3,其具有向利用者2显示图像的显示面30;存储部(比较图像存储部)51,其存储进行规定的运动的运动者(比较对象31)的图像即比较图像;显示控制部(比较图像显示部)52A,其将存储于比较图像存储部51的比较图像显示在显示面30上;镜像显示机构,其将利用者2的镜像与比较图像重叠显示;第一提取部(特征量提取部)54,其检测利用者2的身体上的规定的标本点的位置,并基于该标本点的位置而求出表示利用者2的姿势的特征量(第一特征量);评价部(姿势评价部)56,其将通过特征量提取部54求出的特征量与表示运动者的姿势的基准量(第二特征量)进行比较,进行利用者2的姿势从运动者的姿势的偏离的评价;以及提示部57,其提示由姿势评价部56进行的评价的结果。
在本实施方式的运动支援系统1中,镜像显示机构具备:拍摄利用者2而生成利用者的图像的拍摄装置7;使由拍摄装置7生成的利用者2的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像的颠倒处理部58;以及将由颠倒处理部58生成的左右颠倒图像显示在显示面30上的颠倒图像显示部(显示控制部)52A。
根据以上说明的本实施方式的运动支援系统1A,省略了半透半反镜6,相应地,与实施方式1的运动支援系统1相比具有能够简化结构的优点。而且,在本实施方式的结构中,若预先设有具备比较的大型的画面的显示器,则不用新设置专用的显示器,可以使用已存的显示器作为显示装置3,因此能够减少运动支援系统的导入成本。
本实施方式的运动支援系统1A的其他的结构及功能与实施方式1的运动支援系统1相同。
然而,在上述实施方式1、2中,示出了使用将表示利用者2进行的运动的范例的指导者的影像作为比较影像的例子,但并不局限于该例子,比较影像只要是进行与利用者2所做的运动相同的运动的比较对象的影像即可。即,比较影像可以是例如将表示人的身体的计算机图形、或上述的第二身体模型等设为比较对象的影像。这种情况下,利用者2取代上述那样的指导者的影像,而对应于比较影像中的计算机图形、第二身体模型的动作进行运动。
此外,控制装置5A可以将利用配置在利用者2的前方的拍摄装置拍摄到的运动时的利用者2的影像存储于存储部51,将该影像在下次的运动时作为比较影像而利用显示控制部52显示在显示装置3上。即,在本实施方式的运动支援系统1A中,具备配置在利用者2的前方并拍摄利用者2的影像的拍摄装置7,比较影像可以是过去通过拍摄装置7拍摄到的利用者的影像。换言之,本实施方式的运动支援系统1A具备:拍摄装置7,其拍摄进行规定的运动的利用者2而生成进行规定的运动的利用者2的图像即记录图像;以及基准量提取部(第二提取部)55。比较图像显示部(显示控制部)52A构成为将由拍摄装置7生成的记录图像作为比较图像而显示在显示面30上。基准量提取部55构成为,根据记录图像而检测利用者2的身体上的规定的标本点的位置,并基于该标本点的位置而求出表示利用者的姿势的特征量作为基准量。在该例子中,在利用者2进行运动时,将过去(上一次)的运动时通过拍摄装置拍摄到的利用者2的影像作为比较影像显示在显示面30上。
在该结构中,利用者2能够一边将当前的自己与过去的自己进行比较,一边进行运动。因此,利用者2能够以与自身的体格(臂的长度等)相同的比较对象为样本进行运动,因此与使用指导者的影像作为比较影像的情况相比,容易使自身的姿势(动作)与比较对象一致。
另外,这种情况下,在评价部56中,将表示利用者2的姿势的第一特征量与表示比较对象的姿势的第二特征量比较,由此评价当前的利用者2与作为比较对象的过去的利用者2的影像之间的姿势的偏离。因此,评价部56能够评价出利用者2的运动时的姿势与以往相比变得如何,从而能够评价康复训练的进展度。
(实施方式3)
本实施方式的运动支援系统1B具有作为可动区域训练系统的方面。可动区域训练系统在用于使四肢等身体的特定部位的可动区域返回正常范围或维持在正常范围的可动区域训练中使用。
例如在康复训练的领域中,以预防或改善因疾病或受伤而使得患者的四肢等的活动范围(可动区域)受限制的情况为目的,通常采用可动区域训练。为了通过使作为患者的训练对象的特定部位持续(例如每日)活动来使四肢等身体的特定部位的可动区域返回正常范围或维持为正常范围,而进行可动区域训练。
在可动区域训练中,通常测定患者的特定部位的可动区域,测定结果在障碍的程度或训练的效果(恢复度)的判定等中使用。作为测定特定部位的可动区域的方法,通常是例如使用卷尺或角度测定器来测定患者将臂上抬时的臂的高度、使肘关节弯曲时的上臂与前臂之间的相对角度的方法。
作为在这种测定中使用的角度测定器,提出了一种具备确定相对于臂的重力方向的倾斜角度计而使测定者导出相对于铅垂方向的上臂或前臂的倾斜角的角度测定器(例如参照文献2[日本国专利公报4445468号])。根据文献2记载的角度测定器,例如每当上臂及前臂的相对角度的测定时还规定人体整体与上臂、前臂的相对角度,因此在康复训练的领域中能够定量且极细地判定利用者的恢复度。
然而,在上述那样的可动区域训练中,若未尽量获知可动区域的测定结果(角度等)且理疗师等专家没有根据测定结果评价特定部位的可动区域,则患者无法充分识别测定结果表示何种意思。例如,在得到臂上抬至几厘米的高度这样的测定结果时,患者自身根据该测定结果,无法理解可动区域恢复了何种程度、或恶化了何种程度,无法充分理解可动区域训练的必要性、效果。
因此,可动区域训练系统优选能够对利用者提示身体的特定部位的可动区域的评价结果。
本实施方式的运动支援系统1B使用作为可动区域训练系统。可动区域训练系统在以预防或改善因疾病或受伤而使得患者的四肢等的活动的范围(可动区域)受限制的情况为目的的康复训练中使用。但是,以下的实施方式的记载并非旨在限定可动区域训练系统的用途,也可以在例如健全人用于扩大四肢的可动区域的练习、经年性的四肢的可动区域受限制的情况的预防等中使用可动区域训练系统。另外,以下,示出利用者以站立的姿势利用可动区域训练系统的例子,但并不局限于此,利用者也可以在就座于椅子等的姿势下利用可动区域训练系统。
如图11所示,本实施方式的运动支援系统1B在控制装置5B上与实施方式1的运动支援系统1不同。本实施方式的运动支援系统1B具备:配置在利用者(患者)2的正面并在面向利用者2的显示面30上映现出影像的显示装置3;生成距离图像的距离图像传感器4;以及控制显示装置3等的动作的控制装置5B。显示装置3及距离图像传感器4均与控制装置5B连接。而且,本实施方式的运动支援系统1B具备作为镜像显示机构的半透半反镜6。
在本实施方式的可动区域训练系统1B中,由距离图像传感器4生成的利用者2的距离图像向控制装置5B输出,在检测利用者2的身体的特定部位的位置的处理中使用。
具体而言,控制装置5B由计算机构成,具有:从距离图像传感器4取得距离图像的取得部53;以及使用取得的距离图像来检测特定部位的位置的位置检测部152。而且,本实施方式的可动区域训练系统1B在控制装置5B具有:指标设定部153,其在与通过位置检测部152检测到的利用者2的身体的特定部位的位置对应的显示面30上的位置设定指标;以及影像生成部154,其生成图像而显示在显示装置3上。
即,如图11所示,控制装置5B具备存储部51、取得部53、第一提取部54、第二提取部55、评价部56、提示部57B、位置检测部152、指标设定部153、影像生成部154、以及评价部155。另外,在仅使用运动支援系统1B作为可动区域训练系统时,无需设置第一提取部54、第二提取部55、以及评价部(姿势评价部)56。
位置检测部152构成为检测利用者2的身体的特定部位的位置。在本实施方式中,位置检测部152通过图像识别技术来检测距离图像中的利用者2的身体的特定部位的位置。在此例示出将利用者2的臂部作为特定部位的情况,但特定部位只要是利用者2的身体的特定的部位即可,可以是例如腿部、头部等。由距离图像传感器4生成的利用者2的距离图像是对应于利用者2的动作而随时变化的动态图像,因此位置检测部152根据距离图像的各帧而检测特定部位的位置,由此能够实时地检测随时变化的特定部位的位置。
在本实施方式中,位置检测部152检测利用者2的关节的位置,并利用直线将关节彼此连结,由此生成表示三维空间中的特定部位的位置的身体模型。即,位置检测部152例如在检测利用者2的右臂的位置作为特定部位时,分别检测利用者的右肩关节、右肘关节、右手腕的位置,并利用直线将这些关节彼此连结,由此生成与利用者2的右臂相当的身体模型。位置检测部152通过使用这样的身体模型,根据作为三维传感器的距离图像传感器4的输出来检测三维空间内的利用者2的特定部位的位置。
指标设定部153构成为基于由位置检测部152检测到的位置来决定显示面30上的指标的位置。在本实施方式中,指标设定部153在将特定部位的至少一部分的位置从关于通过距离图像传感器4得到的距离图像进行了规定的拍摄坐标系的坐标位置向关于显示面30规定的显示坐标系的坐标位置进行坐标变换而求出的位置上,设定指标。在此所谓的显示坐标系是以显示装置3的显示面30的左右方向、上下方向分别为坐标轴的二维正交坐标系。
即,指标设定部153在使用规定的变换式将特定部位的至少一部的位置从距离图像传感器4成为基准的极坐标系向二维正交坐标系进行坐标变换而求出的显示面30上的位置,设定指标。由此,在与通过位置检测部152检测到的特定部位的位置对应的显示面30上的位置上设定指标。
在本实施方式中,特定部位为臂部整体,相对于此,指标设定部153设定指标的是与特定部位(臂部)的一部分即手腕的位置对应的显示面30上的位置。但是,指标设定部153只要是在与特定部位的至少一部分对应的显示面30上的位置设定指标的结构即可,也可以是在与特定部位的整体对应的显示面30上的位置设定指标的结构。
即,如本实施方式那样特定部位为臂部整体时,指标设定部153也可以在与臂部整体的位置对应的显示面30上的位置设定指标。这种情况下,由于作为特定部位的臂部具有某种程度的大小,因此指标设定在显示面30上的一定的范围内。
另外,本实施方式的指标设定部153具有对指标的位置进行校正的功能,以便于在显示面30中与映现在半透半反镜6上的利用者2的镜像中的特定部位的镜像重叠的位置设定指标。即,因半透半反镜6与利用者2的位置关系的不同而从利用者2观察时的映现在半透半反镜6上的自身的镜像的位置改变,因此指标设定部153通过向利用上述的坐标变换而求出的位置赋予适当的偏移,来校正指标的位置。
具体而言,根据半透半反镜6与利用者2的位置关系来校正显示面30上的指标的位置。半透半反镜6与利用者2的位置关系只要以利用者2站立在半透半反镜6的正面中央部的方式预先确定即可。或者可以附加检测利用者2的重心位置的压力传感器(未图示),根据压力传感器的检测结果来求出半透半反镜6与利用者2的位置关系。
接着,说明简易地校正指标的位置的方法。控制装置5B具备预先登记有统一(例如170cm)的值作为利用者2的身高的身高登记部(未图示)。另外,登记在身高登记部中的身高可以由利用者2直接输入。
若确定了半透半反镜6与利用者2的位置关系,则指标设定部153通过将指标校正为基于利用者2的身高的位置,而能够在从利用者2的视点观察而与自身的镜像的特定部位重叠的位置,设定指标。
说明又一方法。即使在身高登记部中未登记利用者2的身高,也可以根据距离图像相机4的位置及朝向和由距离图像检测的利用者2的站立位置及头顶部的位置,判断出映现在半透半反镜6上的镜像的特定部位(例如头部)的位置。因此,指标设定部153能够将指标的位置校正为从利用者2的视点观察时的与自身的镜像的特定部位重叠的位置。
另外,指标的位置的校正既可以在初始设定时以手动进行,也可以自动化地进行。
如图12所示,影像生成部154由判定部1541和显示控制部52B构成。判定部1541判定指标是否位于显示面30上的规定位置。显示控制部52B作为当判定部1541判定为指标位于规定位置时在规定位置显示规定的事件图像的事件图像显示部而发挥功能。影像生成部154以在通过指标设定部153设定的指标的位置重叠时执行规定的处理的方式,生成与该处理建立了关联的图像,并显示在显示装置3上。即,影像生成部154将适当的图像显示在显示装置3上,并将应执行的处理与该图像建立关联,由此,在由指标设定部153指定的指标的位置与该图像重叠时,能够执行与图像建立关联的处理。
具体而言,影像生成部154将如图13所示表示气球的花纹的图像131在显示面30上的规定范围内以大致等间隔的方式显示多个。由此,在半透半反镜6的前表面上映现出利用者2的镜像,并且由影像生成部154生成的图像131透过半透半反镜6而映出。
在此,图像131不是气球的静止图像,而由飘浮在空中那样摇摆的气球的动态图像构成。在指标的位置重叠时伴随着气球破裂那样的动画而气球的花纹消失的处理与该图像131建立关联。而且,也可以将在指标的位置重叠时从控制装置5B的扬声器(未图示)产生例如气球破裂的破裂音等与花纹的变化对应的声音的处理与图像131建立关联。此外,还可以将使气球的颜色随机地变化颜色的处理与图像131建立关联。
此外,在运动支援系统1B的使用时,优选适当调节显示装置3的亮度、室内的明亮度,以免从利用者2观察到的映现在半透半反镜6上的镜像与显示在显示装置3上的图像131的观察到的情况产生较大差别。
在此,由指标设定部153设定的指标的位置仅使用在控制装置5B的内部处理(图像131的处理)中即可,不必在显示装置3上显示指标其本身。但是,也可以构成为,利用影像生成部154如图14所示在设定指标的位置将适当形状(例如圆形)的标记132显示在显示装置3上,这种情况下,能够使利用者2可靠地识别指标的位置。
若使用上述的结构的运动支援系统1B,则利用者2一边观察映现在半透半反镜6上的自身的镜像,一边使特定部位(在此为臂部)活动,由此能够使显示面30上的指标活动。当指标在显示面30上移动时,在与该指标的位置重叠的图像131上执行使气球破裂的处理,因此利用者2通过观察显示在显示面30上的图像131,能够视觉性地识别特定部位的移动的范围。在本实施方式中由于特定部位为臂部,因此利用者2能够视觉性地识别自身的臂上抬到了何种程度。
即,利用者2在影像生成部154将图像131显示在显示装置3上期间,活动特定部位,能够进行预防或改善四肢等身体的特定部位的可动区域受限制的情况的可动区域训练。在影像生成部154将图像131显示在显示装置3上期间,对控制装置5B的输入接口(未图示)进行开始可动区域训练的规定的操作,因此是利用计时器(未图示)计时的规定的训练时间的期间。在此,优选将训练时间的剩余时间通过影像生成部154显示在显示装置3的显示面30上,由此对利用者2进行提示。
然而,本实施方式的运动支援系统1B在控制装置5B还具有:将根据特定部位的位置的变化而求出的评价对象与规定的评价基准进行对比来评价特定部位的可动区域的评价部(第二评价部)155;以及提示评价部155的评价结果的提示部57。
评价部155具备:基于由位置检测部152检测到的位置而作成表示特定部位的可动区域的评价数据的评价数据作成部1551;以及基于由评价数据作成部1551作成的评价数据与基准数据的比较而进行特定部位的可动区域的评价的可动区域评价部1552。评价部155在影像生成部154将图像131显示在显示装置3上的期间(训练时间)中,基于由位置检测部152检测的利用者2的特定部位实际活动的范围,来评价特定部位的可动区域(可动范围)。即,评价数据包括表示规定方向上的特定部位的可动范围的数据。具体而言,使显示在显示面30上的图像131预先对应于分数,评价部155算出指标的位置重叠而执行气球破裂的处理的图像131所对应的分数,并将该分数作为臂部(特定部位)的可动区域进行评价。
在此,利用者2的臂部的上抬高度与臂部的可动区域直接相关,臂部上抬得越高,臂部的可动区域能够评价为越大。因此,在本实施方式中,以显示面30上的显示位置越高的图像131的分数越高的方式,按照显示面30上的图像131的位置来分配分数,将获得的分数中的最高的分数作为利用者2的得分。由此,利用者2将臂部(特定部位)的前端部从地面上抬越高,能够获得的分数越高。换言之,评价部155以距地面的臂部的高度为评价对象,以得分的方式来评价臂部的可动区域。
对各图像131的分数的分配存储在控制装置5B的存储部51中,评价部155按照从存储部51读出的分数的分配,来计算各图像131的分数。在此,以健全人能够获得的标准的分数为100分的方式,向显示在显示面30的最高的位置上的图像131分配100分,向显示在显示面30的最低的位置上的图像131分配20分。即,在作为标准存储部的存储部51中存储有针对图像31的分数的分配,作为评价部155的表示评价对象(臂部的高度)的标准的标准信息。评价部155通过将评价对象与标准信息进行对比,而相对于标准,相对性地评价臂部的可动区域。
在存储部51中也可以按照例如年龄、性别或身高来存储标准信息,这种情况下,评价部155根据利用者2的年龄、性别或身高来选择与评价对象进行对比的标准信息。即,对图像131的分数的分配根据利用者2的年龄、性别或身高而变化。
作为评价部155以规定的一方向上的特定部位的可动范围(可动区域)为评价对象的方法,并不局限于上述那样根据利用者2的特定部位的距地面的高度而打分的方法,也存在例如计测某方向的利用者2的特定部位的移动距离的方法等。具体而言,若特定部位为臂部,则评价部155计测利用者2从放下臂部的状态下的臂部的前端部的位置(初始位置)到上抬臂部的状态下的臂部的前端部的位置的在上下方向上的距离,并将该距离作为评价对象。这种情况下,评价部155在计测的距离越大时能够评价为臂部的可动区域越大,因此只要以越离开初始位置的图像131的分数越高的方式来分配分数即可。而且,也考虑将从躯干的中心线到特定部位(例如右臂)的前端部的在水平方向(左右方向)上的距离作为评价对象。
另外,作为另一例,评价部155也可以将特定部位在沿着显示面30的平面(二维空间)内通过的区域的面积作为评价对象,来评价特定部位的可动区域。即,评价数据可以包括表示特定部位在与显示面30平行的面内通过的区域的面积的数据。具体而言,指标设定部153在与特定部位(臂部)的整体对应的显示面30上的位置设定指标,评价部155将指标在沿着显示面30的平面内通过的区域的面积作为评价对象。总之,评价部155将指标的位置相重叠而执行使气球破裂的处理的图像131的总分数算出,将该分数作为特定部位的可动区域进行评价。这种情况下,也以健全人能够获得的标准的分数为100分的方式,向各图像131分配分数,评价部155通过将评价对象与标准信息进行对比,而相对于标准,相对性地评价臂部的可动区域。
或者在位置检测部152根据作为三维传感器的距离图像传感器4的输出来检测三维空间内的特定部位的位置的结构中,评价部155也可以将特定部位在三维空间内通过的区域的体积包含在评价对象中。即,评价数据可以包括表示特定部位通过的区域的体积的数据。即,评价部155基于三维空间内被数值化的体积,在该体积越大时将特定部位的可动区域评价为越大。这种情况下,评价部155基于存储部51内的标准信息而将体积换算成例如100分为满分的分数,以健全人能够获得的标准的分数为100分的方式,将评价对象与标准信息进行对比,由此相对于标准,相对性地评价特定部位的可动区域。
此外,评价部155也可以将例如作为特定部位的臂部沿着上下方向往复一次的动作等、特定部位进行规定的动作所需的时间包含在评价对象中。即,评价数据可以包括表示利用者2通过特定部位进行规定的动作所需的时间的数据。即,可以将从初始位置(例如放下臂部的状态下的前端部位置)到某目标位置(例如将臂部最大限度上抬的状态下的前端部位置)的距离除以移动时间而求出特定部位的动作速度,将该动作速度作为恢复程度的指标。因此,评价部155基于特定部位进行规定的动作所需的时间,在该时间越短时将特定部位的可动区域评价为越大。这种情况下,评价部155基于存储部51内的标准信息而将时间换算成例如100分为满分的分数,以健全人能够获得的标准的分数为100分的方式,将评价对象与标准信息进行对比,由此相对于标准,相对性地评价特定部位的可动区域。
此外,评价部155也可以将作为特定部位的臂部移动的轨迹(包括二维空间内、三维空间内这两者)包含在评价对象中。即,评价数据可以包含表示特定部位的轨迹的数据。这种情况下,在存储部51中,将健全人的标准的臂部的移动路径作为标准信息而存储多个图案,评价部155将评价对象的距标准信息的偏差换算成例如100分为满分的分数。
提示部57B将如此由评价部155作出的特定部位的可动区域的评价结果向利用者2提示。即,提示部57B构成为提示由评价部(可动区域评价部)155产生的评价的结果。具体而言,提示部57B将评价部155的评价结果利用声音或光等向利用者2提示。或者也可以做成按照来自影像生成部154的指示而将评价部155的评价结果显示在显示装置3上的结构,显示装置3兼用作提示部57B。在显示装置3兼用作提示部57B时,在训练时间结束后,在显示面30上显示例如图15所示那样表示评价结果的消息133。
提示部57B提示的内容既可以仅是特定部位的可动区域的评价结果,也可以是在评价结果的基础上还包括定量地表示作为评价对象的高度(距离)、面积、体积、时间或轨迹等的数值。例如,评价部155如上述那样通过气球的图像131而赋予与距地面的利用者2的臂部的高度对应的得分时,提示部57B既可以仅提示获得的得分,也可以将表示利用者2的臂部的高度的数值、破裂的气球的个数等一并提示。
另外,提示部57B可以一并提示评价部155的评价中使用的评价对象和评价基准(标准信息),或提示两者的偏差。由此,在利用者2中,不仅能了解评价结果,而且能够了解评价对象的标准的值、和/或距标准的值的偏差,从而能够作为今后的可动区域训练的目标。
以上叙述的本实施方式的运动支援系统(可动区域训练系统)1B具备:显示装置3,其配置在利用者2的正面,并在面向利用者2的显示面30上显示影像;位置检测部152,其检测伴随着利用者2的动作而变化的利用者2的身体的特定部位的位置;指标设定部153,其在与特定部位的至少一部分的位置对应的显示面30上的位置,设定指标;影像生成部154,其以在指标的位置相重叠时执行规定的处理的方式,生成与该处理建立关联的图像并显示在显示装置3上;评价部155,其将根据由位置检测部152检测到的特定部位的位置的变化而求出的评价对象与规定的评价基准进行对比,来评价特定部位的可动区域;以及提示部57B,其提示评价部155的评价结果。
即,运动支援系统1B具备检测利用者2的身体的特定部位的位置的位置检测部152、基于由位置检测部152检测到的位置而决定显示面30上的指标的位置的指标设定部153、判定指标是否位于显示面30上的规定位置的判定部1541、在判定部1541判定为指标位于规定位置时在规定位置显示规定的事件图像的事件图像显示部(显示控制部)52B、基于由位置检测部152检测到的位置而作成表示特定部位的可动区域的评价数据的评价数据作成部1551、基于由评价数据作成部1551作成的评价数据与基准数据的比较而进行特定部位的可动区域的评价的可动区域评价部1552,提示部57B构成为提示由可动区域评价部155产生的评价的结果。
该运动支援系统1B还具备半透半反镜6,该半透半反镜6相对于显示面30而配置在利用者2侧并使显示在显示装置3上的影像透过。指标设定部153构成为在显示面30中与映现在半透半反镜6上的利用者2的镜像中的特定部位的镜像重叠的位置设定指标。换言之,在本实施方式中,镜像显示机构是配置在显示装置3的前表面上的半透半反镜6。指标设定部153构成为,以指标的位置与和映现在半透半反镜6上的特定部位相重叠的显示面30的位置相对应的方式,决定指标的位置。
根据以上说明的本实施方式的运动支援系统1B,能够对利用者2提示身体的特定部位的可动区域的评价结果。而且,根据运动支援系统1B,评价部155将根据特定部位的位置的变化而求出的评价对象与规定的评价基准进行对比来评价特定部位的可动区域,因此将该评价结果从提示部57B向利用者2反馈。因此,利用者2不仅能了解自身的特定部位的可动区域的测定结果,而且能够理解测定结果表示何种意思。即,利用者2不仅能了解例如臂上抬至几厘米的高度这样的测定结果,而且在可动区域为100分中,能够了解被评价为多少分,从而能够充分理解可动区域训练的必要性或效果。
而且,利用者2以高得分为目标,尤其是无意识地在可动区域的范围内使特定部位极大地活动,因此能够以游戏的快乐的感觉使身体活动,由此能够享受充分的可动区域训练的效果。另外,在特定部位为臂部时,若利用者2例如使躯干倾斜,则无法准确地评价臂部的可动区域,因此可以在特定部位以外的部位(例如躯干)移动时进行使评价无效等的处理。
另外,运动支援系统1B还具备对示出评价对象的标准的标准信息进行存储的标准存储部51,评价部155构成为以标准信息为评价基准来评价可动区域。即,基准数据是表示健全人的标准的特定部位的可动区域的数据。
即,在本实施方式中,评价部155以表示评价对象的标准的标准信息为评价基准,将评价对象与评价基准进行对比来评价特定部位的可动区域,因此相对于标准的可动区域,能够相对性地评价利用者2的特定部位的可动区域。因此,对于因疾病或受伤而使得特定部位的可动区域受限制的利用者2而言,能够以标准的可动区域为目标进行可动区域训练。
另外,在运动支援系统1B中,评价部155将特定部位在沿着显示面30上的平面内通过的区域的面积包含在评价对象中。即,评价数据包括表示特定部位在与显示面30平行的面内通过的区域的面积的数据。
另外,在运动支援系统1B中,评价部155将规定的一方向上的特定部位的可动范围包含在评价对象中。即,评价数据包括表示规定方向上的特定部位的可动范围的数据。
即,评价部155在以规定的一方向上的特定部位的可动范围、平面上的移动区域的面积为评价对象的结构中,无需三维性地确定特定部位的位置。因此,可以取代距离图像传感器4而使用CCD(Charge Coupled Device)相机等二维相机,具有位置检测部152的处理速度也提高的优点。而且,若仅计测一维的距离等,则可以取代距离图像传感器4,而使用利用了激光、超声波等的物体检测传感器。
另外,在运动支援系统1B中,位置检测部152根据三维传感器的输出而检测三维空间内的特定部位的位置,评价部155将特定部位在三维空间内通过的区域的体积包含在评价对象中。即,位置检测部152构成为,根据三维传感器的输出而检测特定部位的位置。评价数据包括表示特定部位通过的区域的体积的数据。
另外,在运动支援系统1B中,评价部155将特定部位的轨迹包含在评价对象中。即,评价数据包括表示特定部位的轨迹的数据。
即,在评价部155将特定部位的移动区域的体积、移动轨迹包含于评价对象的结构中,也包括向前后方向的动作而能够详细地评价利用者2的特定部位的可动区域。
另外,在运动支援系统1B中,评价部155将特定部位进行规定的动作所需的时间包含在评价对象中。即,评价数据包括表示利用者2利用特定部位进行规定的动作所需的时间的数据。
即,在评价部155将特定部位进行规定的动作所需的时间包含于评价对象的结构中,具有能够评价特定部位以何种程度顺畅地移动这样的优点。
然而,在本实施方式中,存储部51被使用作为存储评价对象的标准(标准信息)的标准存储部,但不局限于该结构,也可以使用存储部51作为将评价对象的履历存储为履历信息的履历存储部。在此所谓履历信息是将根据利用者2的特定部位的位置的变化而求出的高度(距离)、面积、体积、时间、轨迹等比较对象按照各利用者2时序列归纳的信息。即,运动支援系统1B还具备将评价对象的履历时序列存储为履历信息的履历存储部51,评价部155可以将履历信息作为评价基准来评价可动区域。换言之,可动区域评价部(评价部155)可以采用上一次的在特定部位的可动区域的评价中使用的评价数据作为基准数据。
这种情况下,评价部155以存储在存储部51中的履历信息为评价基准,将评价对象与评价基准进行对比来评价特定部位的可动区域。即,评价部155将过去利用者2进行可动区域训练时的比较对象作为评价基准,并与当前利用者2进行的可动区域训练中的评价对象进行对比,由此评价特定部位的可动区域。由此,在评价部155中,对于同一利用者2而言,能够评价特定部位的可动区域与以往相比如何变化,从而能够评价可动区域训练的进展度。
(实施方式4)
如图16所示,本实施方式的运动支援系统(可动区域训练系统)1C不具备半透半反镜6的点与实施方式3的运动支援系统(可动区域训练系统)1B不同。而且,在本实施方式的运动支援系统1C中,设有配置在利用者2的前方并使镜头朝着从前方拍摄利用者2的朝向的拍摄装置7。
此外,本实施方式的运动支援系统1C在控制装置5C上与实施方式3的运动支援系统1B不同。如图16所示,控制装置5C除了存储部51、取得部53、第一提取部(特征量提取部)54、第二提取部(基准量提取部)55、评价部(姿势评价部)56、提示部57B、位置检测部152、指标设定部153、评价部(第二评价部)155、影像生成部154之外,还具备颠倒处理部58。
影像生成部154具备判定部1541和显示控制部52B。显示控制部52B作为将由颠倒处理部58生成的左右颠倒图像显示在显示面30上的颠倒图像显示部而发挥功能。
另外,在本实施方式中,指标设定部153以指标的位置对应于左右颠倒图像上的特定部位的位置的方式,决定指标的位置。
即,本实施方式的运动支援系统(可动区域训练系统)1C不提示光学性地形成的镜像,而使显示在显示装置3上的颠倒影像由利用者2视觉辨认,能够使利用者2将颠倒影像幻想为自身的镜像。
此外,影像生成部154将图像131与由颠倒处理部58生成的颠倒影像一起显示在显示装置3上。指标设定部153以在显示面30上与颠倒影像中的特定部位的影像重叠的方式设定指标的位置。在此,特定部位为臂部整体,指标设定在与臂部的一部分即手腕的位置对应的位置,因此指标设定部153在显示面30上且在与颠倒影像中的臂部的手腕的影像重叠的位置,设定指标。
如以上所述,本实施方式的运动支援系统1C还具备配置在利用者2的前方并拍摄利用者2的影像的拍摄装置7。影像生成部154构成为,把将由拍摄装置7拍摄到的利用者的影像进行左右颠倒后的颠倒影像,与图像一起显示在显示装置3上。指标设定部153构成为,在显示面30上且在与颠倒影像中的特定部位的影像重叠的位置,设定指标。
即,本实施方式的运动支援系统1C的镜像显示机构包括:拍摄利用者2而生成利用者2的图像的拍摄装置7;使由拍摄装置7生成的利用者2的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像的颠倒处理部58;以及将由颠倒处理部58生成的左右颠倒图像显示在显示面30上的显示控制部(颠倒图像显示部)52B。
根据以上说明的本实施方式的运动支援系统1C,省略了半透半反镜6,相应地,与实施方式3的运动支援系统1B相比具有能够简化结构的优点。而且,在本实施方式的结构中,若预先设有具备比较大型的画面的显示器,则不用新设置专用的显示器,能够使用已存的显示器作为显示装置3,因此能够减少系统的导入成本。
本实施方式的运动支援系统1C的其他的结构及功能与实施方式3的运动支援系统1B相同。
(实施方式5)
本实施方式的运动支援系统1D具有作为重心移动训练系统的一面。重心移动训练系统在利用者的重心移动的训练中使用。
人的重要的运动功能之一是重心移动的功能,但是在例如因疾病或受伤而使得身体的活动存在障碍的患者或高龄者等中,该重心移动的功能有时会衰减。重心移动的功能不充分的人例如无法使左右的腿交替地负担体重那样顺畅地进行重心移动,因此在步行等基本的运动中有时也存在障碍。因此,用于使重心移动顺畅进行的重心移动训练例如在康复训练的领域等中广泛地采用。
另一方面,提出了一种系统,具备配置在利用者的足底并测定使用者的前后左右的载荷的比率的测定装置(平衡检测装置),将表示根据测定装置的输出而求出的使用者的重心位置的影像显示在显示装置上(例如参照文献3[日本国公开专利公报2009-277195号])。若使用文献3记载的系统,则使用者通过以重心位置与目标位置一致的方式校正姿势,而能够学会重心位于中心时的正确的姿势。
然而,在文献3记载的系统中,通过将重心位置向使用者反馈,而能够减少距正确的姿势的重心位置的变动的训练,但难以进行使用者学会步行等所需的顺畅的重心移动的训练。即,文献3记载的系统也能够显示重心位置的移动轨迹等,但根据重心位置的移动轨迹的话难以评价是否能够顺畅地进行重心移动,在用于学会顺畅的重心移动的训练中使用的话,不充分。
因此,重心移动训练系统优选使利用者进行用于学会顺畅的重心移动的训练。
本实施方式的运动支援系统1D被使用作为重心移动训练系统。重心移动训练系统以因疾病、受伤而重心移动的功能衰减的患者为对象,在用于顺畅地进行重心移动的康复训练中使用。但是,以下的实施方式的记载并非旨在限定重心移动训练系统的用途,例如在健全人平时的运动、用于学会各种体育运动所需的重心移动的感觉的练习等中也可以使用重心移动训练系统。
如图17所示,本实施方式的运动支援系统(重心移动训练系统)1D具备:配置在利用者(患者)2的正面并在显示面30上映现影像的显示装置3;测定水平面内的利用者2的载荷的分布的测定装置8;以及控制显示装置3等的动作的控制装置5D。显示装置3及测定装置8均与控制装置5D连接。而且,本实施方式的运动支援系统1D具备作为镜像显示机构的半透半反镜6。
测定装置8在半透半反镜6的跟前的地面且利用者2的足底配置。该测定装置8具备:利用者2所搭乗的搭乗台80;以及测定搭乗台80上的利用者2的左右的各腿上分别负担的载荷的载荷传感器(未图示)。载荷传感器分别对应于右腿侧的搭乗台80和左腿侧的搭乗台80而设置至少各1个。即,测定装置8具有从利用者承受载荷的作用面,并测定作用面上的载荷的分布。在本实施方式中,作用面是搭乗台80的上表面。
在本实施方式中,测定装置8通过各载荷传感器分别测定载荷,由此测定站立在搭乗台80上的利用者2的水平面内的载荷的分布。即,测定装置8以搭乗台80的左右方向的中心线为界而分别测定左侧的区域负担的载荷和右侧的区域负担的载荷,从而实时地测定左腿和左腿的各自负担的载荷的分布。
如此,测定装置8实时地测定水平面内的利用者2的载荷的分布,并将测定结果对控制装置5D输出。向控制装置5D输出的测定装置8的测定结果只要是表示水平面内的利用者2的载荷的分布的值即可,在本实施方式中,测定装置8将利用者2的左腿和右腿的各自负担的载荷向控制装置5D输出。
在此,测定装置8也可以通过载荷传感器测定仅由利用者2的左腿和右腿中的一方负担的载荷的结构。即,若利用者2的体重作为已知而预先提供,则测定装置8通过测定例如左腿上负担的载荷,而根据该载荷占据体重的比例,能够求出利用者2的载荷的分布。
然而,本实施方式的运动支援系统1D在控制装置5D具有算出部251,该算出部251基于测定装置8的测定结果而算出表示利用者2的左右的载荷的比率的平衡值。而且,控制装置5D具有:指标生成部252,其生成表示与利用者2的重心移动相伴的平衡值的变化的指标影像;范例生成部253,其生成表示成为重心移动的范例的平衡值的周期性的变化的范例影像;以及存储部254,其存储各种设定值等。指标生成部252及范例生成部253分别生成的指标影像、范例影像被显示在显示装置3上。
在本实施方式中,如图18所示,控制装置5D具备第一提取部(特征量提取部)54、第二提取部(基准量提取部)55、评价部56、提示部57D、存储部51、显示控制部52D、算出部251、存储部(第二存储部)254、平衡值显示部2521、目标值显示部2531、以及重心移动评价部255。另外,在将运动支援系统1D仅使用作为重心移动训练系统时,无需设置第一提取部54、第二提取部55、以及评价部(姿势评价部)56。
算出部251构成为,基于由测定装置8测定的载荷的分布而算出表示作用面内的规定部位的载荷的比率的平衡值。例如,算出部251根据测定装置8的测定结果,实时地算出表示比搭乗台80的左右方向的中心线靠左侧的区域负担的载荷(左腿负担的载荷)与靠右侧的区域负担的载荷(右腿负担的载荷)的比率的平衡值。具体而言,算出部251基于利用者2的左腿和右腿的各自负担的载荷,以其总和(即利用者2的体重)为基准而实时地算出左右的各载荷占据的比例作为平衡值。
第二存储部254具备平衡值存储部2541和设定数据存储部2542。平衡值存储部2541构成为,存储由算出部251算出的平衡值。设定数据存储部2542构成为,存储表示平衡值的目标值的时间性的变化的设定数据。设定数据例如由规定周期的正弦波来定义。设定数据包括周期和振幅值作为对上述正弦波进行定义的值。而且,设定数据包括对正弦波的长度进行定义的运动时间。在本实施方式中,振幅值由运动强度表示。运动强度表示振幅值相对于预先设定的基准值的比率(百分率)。即,若运动强度为50%,则振幅值成为基准值的一半。
例如,在体重50kg的利用者2的情况下,若左腿负担的载荷为30kg而右腿负担的载荷为20kg,则算出部251算出左=60%(=0.6),右=40%(=0.4)这样的平衡值。另外,由平衡值表示的左腿负担的载荷的比例与右腿负担的载荷的比例之和始终为100%(=1)。
指标生成部252基于由算出部251算出的平衡值,生成指标影像而显示在显示装置3上。在本实施方式中,指标生成部252由平衡值显示部2521和显示控制部52D构成。平衡值显示部2521构成为将由算出部251算出的平衡值显示在显示面30上。在本实施方式中,平衡值显示部2521基于平衡值而生成指标影像(指标图像),并控制显示控制部52D,以将指标影像显示在显示面30上。
另一方面,范例生成部253按照存储于存储部254的设定值,生成范例影像而显示在显示装置3上。在本实施方式中,范例生成部253由目标值显示部2531和显示控制部52D构成。目标值显示部2531基于存储在设定数据存储部2542中的设定数据而将目标值显示在显示面30上。在本实施方式中,目标值显示部2521基于目标值(设定值)而生成范例影像(范例图像),并控制显示控制部52D而将范例影像显示在显示面30上。
在此所谓指标影像及范例影像均是实时地表示平衡值的动态图像影像,在本实施方式中,如图19所例示那样,是以高度表示左腿负担的载荷的比例和右腿负担的载荷的比例的柱状图的影像。在图19的例子中,在显示面30的左右方向排列显示有四个柱状图,但其中的外侧的2个柱状图是指标影像231,内侧的2个是范例影像232。在此,为了使利用者2能够容易地区别指标影像231和范例影像232,而例如指标影像231的柱状图以白色显示,范例影像232的柱状图以橙色显示。
即,指标影像231及范例影像232对应于左腿和右腿而包含各一对柱状图,分别通过纵长的长方形形状的框内显示的柱状图的高度,以100%为上限而表示左右的各腿负担的载荷的占整个体重的比例。在本实施方式中,在显示面30的左端显示的柱状图对应于左腿,在右端显示的柱状图对应于右腿,指标影像231及范例影像232将左右的各腿负担的载荷的比例以1%刻度而反映成各柱状图的高度。
因此,例如利用者2以从左腿向右腿移动重心的方式进行重心移动时,指标影像231以伴随着重心移动而对应于左腿的柱状图逐渐降低且对应于右腿的柱状图逐渐升高的方式变化。相对于此,范例影像232与利用者2的动作无关地,以规定的周期使左右的柱状图以交替变高的方式变化,由此表示成为利用者2的重心移动的范例的平衡值的周期性的变化。
在存储部254(设定数据存储部2542)中预先存储有周期、运动强度、运动时间作为决定范例影像232的动作的设定值。这里所说的周期表示平衡值的变化的周期,运动强度表示左右的各腿负担的载荷的比例的最大值(即柱状图的最大值),运动时间表示使利用者2运动的时间。这些设定值使用成为控制装置5D的输入部的输入接口(键盘等)而从外部任意设定,并预先存储于存储部254。另外,运动强度在此可以在左腿和右腿设定各自的值。
范例生成部253生成范例影像232,并跨度运动时间地将该范例影像232显示在显示装置3上,该范例影像232表示由存储于存储部254的周期和运动强度而决定的平衡值的变化的图案。在本实施方式中,范例生成部253生成以柱状图的高度的时间变化成为正弦波状那样的图案进行变化的范例影像232。
此外,在图19的例子中,运动强度233、周期(频率)234、运动时间235分别显示在显示面30上的指标影像231、范例影像232的上方,剩余时间236显示在指标影像231、范例影像232的下方。在此所谓剩余时间是从运动时间减去经过时间所得到的时间。通过显示这些信息,利用者2能够定量地识别根据范例影像232中的柱状图的变化而表示的运动的图案。
如上所述通过将指标影像231和范例影像232显示在显示装置3上,而对于利用者2,能够以通过指标影像231追随范例影像232中的柱状图的动作的方式,进行用于使左右的各腿负担的载荷的比例变化的重心移动。即,利用者2能够对应于范例影像232中的柱状图的动作而进行为了使左右的各腿负担的载荷的比例变化的重心移动。在此,由算出部251算出的平衡值进入以范例影像232表示的平衡值为中心的规定的容许范围(例如±3%)时,范例生成部253例如可以使柱状图的显示色变化等,而向利用者2通知。
然而,本实施方式的运动支援1D在控制装置5D还具有:在范例影像232与指标影像231之间对平衡值变化的定时(timing)的偏离进行评价的评价部(重心移动评价部)255;以及对评价部255的评价结果进行提示的提示部57D。
重心移动评价部255构成为,根据存储于平衡值存储部2541的平衡值而求出平衡值的时间性的变化,基于平衡值的时间性的变化和设定数据表示的目标值的时间性的变化而进行利用者2的重心移动的评价。即,评价部(重心移动评价)255将表示与利用者2的重心移动相伴的平衡值的变化的指标影像231与表示成为重心移动的范例的平衡值的周期性的变化的范例影像232进行对比,在两者之间评价平衡值的变化的定时的偏离。该评价结果表示由指标影像231表示的实际的利用者2的重心移动相对于由范例影像232表示的范例的重心移动的追随性,表示偏离越小而追随性越高的情况。
具体而言,评价部255在规定的采样周期(例如100msec),关于一方的腿(例如右腿)负担的载荷的占整个体重的比例,算出范例影像232表示的值与指标影像231表示的值的差量。对于如此算出的差量预先分配与其大小相应的分数,评价部255每当算出差量时加上与该差量对应的分数,并将最终求出的总分数作为评价分。如此求出的评价分以差量越小(即偏离越小)而越成为高得分的方式分配。
总之,在本实施方式中,评价部255在范例影像232与指标影像231之间将同一定时的平衡值之差包含于评价对象,来评价范例影像232与指标影像231的偏离。即,重心移动评价部255使用规定的时刻的平衡值与目标值之差而进行重心移动的评价。由此,在评价部255中,例如在范例影像232和指标影像231中,在虽然平衡值的变化的时间一致但平衡值的大小偏离时,也能够评价其大小的偏离。其结果是,具有评价部255能够严格地评价由范例影像232表示的范例性的重心移动与由指标影像231表示的实际的利用者2的重心移动的偏离这样的优点。
但是,评价部255进行的评价的方法并不局限于上述的方法,只要是在范例影像232与指标影像231之间能够评价平衡值变化的定时的偏离的方法即可。例如,评价部255可以求出按照规定的各采样周期算出的差量的累计,并将求出的累计值换算成分数,由此求出评价分。
另外,即使同一定时的平衡值的差不包含在评价对象中的情况下,评价部255在范例影像232与指标影像231之间也能够评价平衡值变化的定时的偏离。即,评价部255例如从范例影像232和指标影像231分别提取一方的腿(例如右腿)负担的载荷的占整个体重的比例的极大点(或极小点),并对时间轴方向上的极大点(或极小点)的偏离进行数值化,由此能够评价。
提示部57D构成为,提示由重心移动评价部255产生的评价的结果。例如,提示部57D将由评价部255作出的范例影像232与指标影像231的定时的偏离的评价结果向利用者2提示。具体而言,提示部57D将评价部255的评价结果利用声音或光等向利用者2提示。或者做成将评价部255的评价结果显示在显示装置3上的结构,而使得显示装置3也可以兼用作提示部57D。在显示装置3兼用作提示部57D时,可考虑做成在训练时间的结束后在显示面30上显示表示评价结果的消息的结构。
提示部57D提示的内容既可以是对偏离的程度进行数值化而定量地表示的评价分,也可以是将评价分分成多个等级进行排级的结果。通过评价部255判断为例如使重心向右腿侧移动时较大地偏离这样的偏离的倾向时,提示部57D可以提示与该判断结果相应的建议。
接着,说明利用者2使用上述的运动支援系统(重心移动训练系统)1D进行重心移动的训练的例子。
控制装置5D在对于输入接口作出开始训练的规定的操作时,利用计时器(未图示)开始运动时间的计时,并将指标影像231及范例影像232显示在显示装置3上。利用者2以一边观察指标影像231和范例影像232,一边使指标影像231的柱状图的动作与范例影像232一致的方式进行重心移动,由此能够进行正确的重心移动的运动。
当运动时间结束时,控制装置5D使指标影像231及范例影像232的显示结束,并利用评价部255来评价范例影像232与指标影像231的定时的偏离,利用提示部57D将评价结果向利用者2提示。在该状态下,当对输入接口作出开始训练的规定的操作时,控制装置5D再次开始运动时间的计时,并将指标影像231及范例影像232显示在显示装置3上。
如以上叙述那样,本实施方式的运动支援系统(重心移动训练系统)1D具备:在显示面30上显示影像的显示装置3;使影像显示在显示装置3上的控制装置5D;以及配置在与显示面30朝向一致的利用者2的足底并测定水平面内的利用者2的载荷的分布的测定装置8。控制装置5D具有:基于测定装置8的测定结果而算出表示利用者2的左右或前后的载荷的比率的平衡值的算出部251;生成表示与利用者2的重心移动相伴的平衡值的变化的指标影像、并显示在显示装置3上的指标生成部252;生成表示成为重心移动的范例的平衡值的周期性的变化的范例影像、并显示在显示装置3上的范例生成部253;在范例影像与指标影像之间评价平衡值变化的时间的偏离的评价部255;以及提示评价部255的评价结果的提示部57D。
换言之,运动支援系统1D具备:具有从利用者2承受载荷的作用面(搭乗台80的上表面)并测定作用面上的载荷的分布的测定装置8;基于由测定装置8测定的载荷的分布而算出表示作用面内的规定部位的载荷的比率的平衡值的算出部251;存储由算出部251算出的平衡值的平衡值存储部2541;将由算出部251算出的平衡值显示在显示面30上的平衡值显示部2521;对表示平衡值的目标值的时间性的变化的设定数据进行存储的设定数据存储部2542;基于存储于设定数据存储部2542的设定数据而将目标值显示在显示面30上的目标值显示部2531;以及重心移动评价部255,其根据存储于平衡值存储部2541的平衡值而求出平衡值的时间性的变化,基于平衡值的时间性的变化和设定数据表示的目标值的时间性的变化而进行利用者2的重心移动的评价。提示部57D提示由重心移动评价部255产生的评价的结果。
根据以上说明的结构的重心移动训练系统1D,利用者2以使指标影像231与范例影像232一致的方式进行重心移动,由此能够学会由范例影像232所示范的正确的重心移动。在此,利用者2以对应于周期性地变化的重心位置而能够进行重心移动的方式训练的情况直接关系到学会顺畅的重心移动的情况。因此,利用者2仅通过以游戏的快乐那样的感觉来活动身体,就能够进行用于学会步行等所需的顺畅的重心移动的训练。即,根据本实施方式的运动支援系统1D,能够使利用者2进行用于学会顺畅的重心移动的训练。通过进行这种训练,利用者2能锻炼突发力,从而也能实现步行时的跌倒防止等。
在该运动支援系统1D中,评价部255在范例影像与指标影像之间将同一定时的平衡值的差包含在评价对象中。即,评价部(重心移动评价部)255构成为,使用规定的时刻的平衡值与目标值之差而进行重心移动的评价。
因此,根据本实施方式的运动支援系统1D,评价部255根据范例影像232与指标影像231的定时的偏离,评价实际的利用者2的重心移动相对于由范例影像232表示的范例性的重心移动的追随性,该评价结果从提示部57D向利用者2反馈。因此,利用者2基于自身是否能够顺畅地进行重心移动的评价结果,能够充分地理解重心移动训练的必要性、效果。
本实施方式的运动支援系统1D还具备半透半反镜6,该半透半反镜6相对于显示面30而配置在利用者2侧,使显示在显示面30上的影像透过并映现利用者2的镜像。即,本实施方式的运动支援系统1D具备配置在显示面30的前方的半透半反镜6作为镜像显示机构。
因此,在本实施方式的运动支援系统1D中,利用者2能够一边观察映现在半透半反镜6上的自身的镜像一边进行运动,因此自身能够视觉性地学习在何种姿势时重心如何移动这样的情况。因此,具有如下的优点,即:利用者2在进行训练中,能够学会例如在右腿负担载荷时使身体如何倾斜等重心移动所需的身体的动作。而且,利用者2不仅能够视觉性地理解重心的移动,而且能够进行一边确认自己的姿势一边进行使重心移动的训练。例如,利用者2能进行一边确认身体的倾斜度一边进行使重心移动的训练。而且,利用者2能进行在将连结两肩的线保持为水平的状态下使重心移动的训练。
另外,在本实施方式的运动支援系统(重心移动训练系统)1D中,控制装置5D具有:存储有用于决定范例影像的动作的设定值的存储部(设定数据存储部)2542;以及根据评价部255的评价结果而变更存储部2542内的设定值的设定更新部256。即,控制装置5D具备设定更新部256,该设定更新部256根据重心移动评价部255的评价的结果而对存储在设定数据存储部2542中的设定数据所表示的目标值的时间性的变化进行变更。
在该结构中,范例生成部253根据评价部255的评价结果而变更范例影像232的内容。
即,在利用评价部255得到了较高的评价时(偏离小时),设定更新部256为了提高范例影像232所表示的重心移动的难易度,而缩短设定值的周期、或提高运动强度。例如,若偏离为规定的第一阈值以下,则设定更新部256将周期减小规定值或将运动强度增大规定值。另一方面,在利用评价部255得到较低的评价时(偏离大时),设定更新部256为了降低范例影像232所表示的重心移动的难易度,而延长设定值的周期、或降低运动强度。例如,若偏离为比第一阈值大的规定的第二阈值以上,则设定更新部256将周期增大规定值或将运动强度减小规定值。
其结果是,运动支援系统(重心移动训练系统)1D能够使利用者2接受与利用者2的重心移动的能力一致的难易度的训练,不会对利用者2造成过度的负担,而能够进行适当的运动。
另外,在本实施方式中,作为指标影像231及范例影像232,例示了柱状图的影像,但并不局限于该例子,例如可以是以从指向正上方的基准位置向左右摇摆的方式转动的针的影像等。
(实施方式6)
本实施方式的运动支援系统(重心移动训练系统)1E的不具备半透半反镜6的点与实施方式5的运动支援系统(重心移动训练系统)1D不同。而且,在本实施方式的运动支援系统1E中设有拍摄装置7,该拍摄装置7配置在利用者2的前方并使镜头朝着从前方拍摄利用者2的朝向。
此外,本实施方式的运动支援系统1E在控制装置5E方面与实施方式5的运动支援系统1D不同。如图20所示,控制装置5E除了第一提取部(特征量提取部)54、第二提取部(基准量提取部)55、评价部56、提示部57D、存储部51、显示控制部52D、算出部251、存储部(第二存储部)254、平衡值显示部2521、目标值显示部2531、重心移动评价部255之外,还具备取得部53和颠倒处理部58。
显示控制部52D作为将由颠倒处理部58生成的左右颠倒图像显示在显示面30上的颠倒图像显示部发挥功能。
即,本实施方式的运动支援系统1E不是提示光学性地形成的镜像,而使显示在显示装置3上的颠倒影像由利用者2进行视觉辨认,能够使利用者2将颠倒影像幻想为自身的镜像。由此,根据本实施方式的运动支援系统1E,能够得到与设有半透半反镜6时同样的效果。
而且,指标生成部252及范例生成部253将指标影像231及范例影像232与通过颠倒处理部58生成的颠倒影像一起显示在显示装置3上。颠倒影像可以按照与指标影像231及范例影像232重叠的方式显示,但这种情况下,颠倒影像优选作为半透明(例如透过率50%)的影像进行显示。
如以上叙述那样,本实施方式的运动支援系统1E的镜像显示机构包括:拍摄利用者2而生成利用者2的图像的拍摄装置7;使由拍摄装置7生成的利用者2的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像的颠倒处理部58;以及将由颠倒处理部58生成的左右颠倒图像显示在显示面30上的显示控制52D。
根据以上说明的本实施方式的运动支援系统1E,省略了半透半反镜6,相应地,与实施方式5的运动支援系统1D相比具有能够简化结构的优点。而且,在本实施方式的结构中,若预先设有具备比较大型的画面的显示器,则不用新设置专用的显示器,可以使用已存的显示器作为显示装置3,因此能够减少系统的导入成本。
另外,利用者2自身的重心移动由指标影像231向利用者2提示,因此利用者2能够一边观察自身的图像(镜像)一边进行运动的情况并非必须,显示颠倒影像的功能可以省略。
本实施方式的运动支援系统1E的其他的结构及功能与实施方式5的运动支援系统1D相同。
然而,在上述各实施方式5、6中,示出了算出部251求出利用者2的左右的载荷的比率作为平衡值,并在评价部255中基于该平衡值而评价重心移动的偏离的例子,但并不局限于该例子,平衡值可以是利用者2的前后的载荷的比率。这种情况下,运动支援系统(重心移动训练系统)1E可以使用在进行使重心位置沿着前后方向交替移动那样的重心移动的训练中。
Claims (29)
1.一种运动支援系统,其特征在于,
具备:
显示装置,其具有向利用者显示图像的显示面;
比较图像存储部,其对进行规定的运动的运动者的图像即比较图像进行存储;
比较图像显示部,其将存储在所述比较图像存储部中的所述比较图像显示在所述显示面上;
镜像显示机构,其将所述利用者的镜像与所述比较图像重叠显示;
特征量提取部,其检测所述利用者的身体上的规定的标本点的位置,并基于该标本点的位置而求出表示所述利用者的姿势的特征量;
姿势评价部,其将通过所述特征量提取部求出的所述特征量与表示所述运动者的姿势的基准量进行比较,进行所述利用者的姿势的从所述运动者的姿势的偏离的评价;
提示部,其对由所述姿势评价部产生的所述评价的结果进行提示。
2.根据权利要求1所述的运动支援系统,其特征在于,
所述镜像显示机构是配置在所述显示装置的所述前表面上的半透半反镜。
3.根据权利要求1所述的运动支援系统,其特征在于,
所述镜像显示机构具备:
拍摄装置,其拍摄所述利用者而生成所述利用者的图像;
颠倒处理部,其使由所述拍摄装置生成的所述利用者的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像;以及
颠倒图像显示部,其将由所述颠倒处理部生成的所述左右颠倒图像显示在所述显示面上。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述规定的运动是成为所述利用者所进行的运动的范例的运动。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
还具备:
拍摄装置,其对进行所述规定的运动的所述利用者进行拍摄,而生成进行所述规定的运动的所述利用者的图像即记录图像;以及
基准量提取部,
所述比较图像显示部将由所述拍摄装置生成的所述记录图像作为所述比较图像而显示在所述显示面上,
所述基准量提取部根据所述记录图像而检测所述利用者的身体上的所述规定的标本点的位置,基于该标本点的位置而求出表示所述利用者的姿势的特征量作为所述基准量。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述特征量提取部检测所述利用者的身体上的多个所述标本点的位置,基于所述多个标本点的位置而作成表示所述利用者的身体的身体模型,基于所述身体模型而求出所述特征量。
7.根据权利要求6所述的运动支援系统,其特征在于,
所述特征量是将从所述多个所述标本点选择的两个所述标本点彼此连结的直线与规定的基准线之间的角度。
8.根据权利要求1~5中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述特征量是所述利用者的身体的倾斜度。
9.根据权利要求8所述的运动支援系统,其特征在于,
所述利用者的身体的倾斜度是所述利用者的肩的倾斜度,
所述特征量提取部检测所述利用者的右上肢的标本点和左上肢的标本点的位置,算出将所述右上肢的所述标本点和所述左上肢的所述标本点连结的直线与水平线之间的角度,而作为所述利用者的肩的倾斜度。
10.根据权利要求8所述的运动支援系统,其特征在于,
所述利用者的身体的倾斜度是所述利用者的躯干的倾斜度,
所述特征量提取部检测所述利用者的头部的标本点和腰部的标本点的位置,算出将所述头部的所述标本点和所述腰部的所述标本点连结的直线与垂直线之间的角度,作为所述利用者的躯干的倾斜度。
11.根据权利要求1~5中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述特征量是所述利用者的身体的特定部位的可动区域。
12.根据权利要求11所述的运动支援系统,其特征在于,
所述特定部位是所述利用者的上肢,
所述特征量提取部检测所述利用者的所述上肢的标本点和与所述上肢对应的肩的标本点的位置,算出将所述上肢的所述标本点和所述肩的所述标本点连结的直线与垂直线之间的角度,作为所述上肢的可动区域。
13.根据权利要求6所述的运动支援系统,其特征在于,
所述标本点的个数至少为三个以上,
所述特征量是由所述多个所述标本点规定的区域的面积。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述比较图像显示部以所述比较图像与所述利用者的镜像重叠的方式,调节所述显示面上的所述比较图像的位置及大小。
15.根据权利要求1所述的运动支援系统,其特征在于,
所述姿势评价部求出表示所述特征量与所述基准量的差量的数值,
所述提示部对由所述姿势评价部求出的所述数值进行提示。
16.根据权利要求1所述的运动支援系统,其特征在于,
还具备:
位置检测部,其检测所述利用者的身体的特定部位的位置;
指标设定部,其基于由所述位置检测部检测到的所述位置而决定所述显示面上的指标的位置;
判定部,其判定所述指标是否位于所述显示面上的规定位置;
事件图像显示部,其在所述判定部判定为所述指标位于所述规定位置时,在所述规定位置上显示规定的事件图像;
评价数据作成部,其基于由所述位置检测部检测到的所述位置,作成表示所述特定部位的可动区域的评价数据;以及
可动区域评价部,其基于由所述评价数据作成部作成的所述评价数据与基准数据的比较,而进行所述特定部位的可动区域的评价,
所述提示部对由所述可动区域评价部产生的所述评价的结果进行提示。
17.根据权利要求16所述的运动支援系统,其特征在于,
所述可动区域评价部采用上一次的在所述特定部位的可动区域的评价中使用的所述评价数据作为所述基准数据。
18.根据权利要求16所述的运动支援系统,其特征在于,
所述基准数据是表示健全人的标准的所述特定部位的可动区域的数据。
19.根据权利要求16~18中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述评价数据包括对所述特定部位在与所述显示面平行的面内所通过的区域的面积进行表示的数据。
20.根据权利要求16~19中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述评价数据包括对规定方向上的所述特定部位的可动范围进行表示的数据。
21.根据权利要求16~20中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述评价数据包括对所述利用者通过所述特定部位进行规定的动作所需的时间进行表示的数据。
22.根据权利要求16~21中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述位置检测部构成为根据三维传感器的输出而检测所述特定部位的位置,
所述评价数据包括表示所述特定部位所通过的区域的体积的数据。
23.根据权利要求16~22中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述评价数据包括表示所述特定部位的轨迹的数据。
24.根据权利要求16~23中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述镜像显示机构是配置在所述显示装置的所述前表面上的半透半反镜,
所述指标设定部以所述指标的位置与和映现在所述半透半反镜上的所述特定部位相重叠的所述显示面的位置相对应的方式,决定所述指标的位置。
25.根据权利要求16~23中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述镜像显示机构具备:
拍摄装置,其拍摄所述利用者而生成所述利用者的图像;
颠倒处理部,其使由所述拍摄装置生成的所述利用者的图像左右颠倒而生成左右颠倒图像;
颠倒图像显示部,其将由所述颠倒处理部生成的所述左右颠倒图像显示在所述显示面上,
所述指标设定部以所述指标的位置与所述左右颠倒图像上的所述特定部位的位置相对应的方式,决定所述指标的位置。
26.根据权利要求1所述的运动支援系统,其特征在于,
具备:
测定装置,其具有从所述利用者承受载荷的作用面,并测定所述作用面上的所述载荷的分布;
算出部,其基于由所述测定装置测定的所述载荷的分布,算出表示所述作用面内的规定部位的载荷的比率的平衡值;
平衡值存储部,其存储由所述算出部算出的所述平衡值;
平衡值显示部,其将由所述算出部算出的所述平衡值显示在所述显示面上;
设定数据存储部,其对表示所述平衡值的目标值的时间性的变化的设定数据进行存储;
目标值显示部,其基于存储在所述设定数据存储部中的所述设定数据,将所述目标值显示在所述显示面上;
重心移动评价部,其根据存储在所述平衡值存储部中的所述平衡值而求出所述平衡值的时间性的变化,并基于所述平衡值的时间性的变化和所述设定数据所表示的所述目标值的时间性的变化,进行所述利用者的重心移动的评价,
所述提示部对由所述重心移动评价部产生的所述评价的结果进行提示。
27.根据权利要求26所述的运动支援系统,其特征在于,
所述重心移动评价部使用规定的时刻的所述平衡值与所述目标值之差来进行所述重心移动的评价。
28.根据权利要求26或27所述的运动支援系统,其特征在于,
具备设定更新部,该设定更新部根据由所述重心移动评价部产生的所述评价的结果,对存储在所述设定数据存储部中的所述设定数据所表示的所述目标值的时间性的变化进行变更。
29.根据权利要求26~28中任一项所述的运动支援系统,其特征在于,
所述镜像显示机构是配置在所述显示面的前方的半透半反镜。
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