CN109106373A - 一种婴儿抬头角度测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种婴儿抬头角度测量方法及系统。所述方法包括：获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标；第一位置坐标为被测婴儿头部旋转前头部特征点的位置坐标，第二位置坐标为被测婴儿头部旋转后对应的头部特征点的位置坐标；依据多个第一位置坐标和多个第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角；依据头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵；依据欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量；依据旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。本发明能够自动、快速、实时地测量婴儿抬头角度，且测量方式简便、测量精度高。

Description

一种婴儿抬头角度测量方法及系统

技术领域

本发明涉及医学信息处理技术领域，特别是涉及一种婴儿抬头角度测量方法及系统。

背景技术

对婴儿进行抬头测量是测评婴儿大运动能力的方法之一。婴幼儿大运动能力是指抬头抬头、翻身、坐、爬、站、走、跳等运动能力，是人类最基本的姿势和移动能力的发育。大运动的发育与其他能力的发育有密切的关系，例如婴幼儿从俯卧位抬头和左右转头，以及以后的坐爬站行，都为其接触环境创造条件，从而对感知、认知的发育起积极作用；又如绘画、写字等精细运动，都需要等大运动的完善才能完成。

国内外对婴儿大运动的评测方法相对落后。目前，Bayley婴儿发育量表是被公认为最好的婴儿测验，它具有科学的可靠性和有效性。但是在Bayley婴儿发育量表中，关于大运动能力的评测却只有抬头45度或者90度为测量标准，这种单一的评测方法显然无法对处于发育关键时期的婴儿进行更细致的研究。并且，测量过程工作量大，测量结果依赖医生个人经验，主观性强。因此，现有的婴儿抬头角度测量方法测量单一、精确度低，并且测量过程复杂、稳定性不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种自动、快速的婴儿抬头角度测量方法及系统，以提高测量精度、降低测量复杂度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种婴儿抬头角度测量方法，包括：

获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标；所述第一位置坐标为被测婴儿头部旋转前头部特征点的位置坐标，所述第二位置坐标为被测婴儿头部旋转后对应的头部特征点的位置坐标；

依据多个所述第一位置坐标和多个所述第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角；所述头部旋转欧拉角包括滚转角、偏航角和俯仰角；

依据所述头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵；

依据所述欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量；

依据所述旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。

可选的，所述欧拉角旋转矩阵，具体为：

其中，R(α，β，λ)表示欧拉角旋转矩阵，α表示滚转角，β表示偏航角，γ表示俯仰角，R_z(α)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕z轴旋转α角后的滚转角旋转矩阵，R_y(β)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕y轴旋转β角后的偏航角旋转矩阵，R_x(γ)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕x轴旋转γ角后的俯仰角旋转矩阵。

可选的，所述旋转后的法向量，具体为：

n＝(a，b，c)

＝(cosαsinβcosγ+sinαsinγ，sinαsinβcosγ-cosαsinγ，cosβcosγ)

其中，n表示旋转后的法向量。

可选的，所述被测婴儿的抬头角度，具体为：

其中，θ表示被测婴儿的抬头角度。

本发明还提供了一种婴儿抬头角度测量系统，所述系统包括：

Kinect体感设备，用于获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标；所述第一位置坐标为被测婴儿头部旋转前头部特征点的位置坐标，所述第二位置坐标为被测婴儿头部旋转后对应的头部特征点的位置坐标；

处理器，与所述Kinect体感设备连连接，用于计算被测婴儿的抬头角度；所述处理器具体包括：

旋转欧拉角计算模块，用于依据多个所述第一位置坐标和多个所述第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角；所述头部旋转欧拉角包括滚转角、偏航角和俯仰角；

旋转矩阵计算模块，用于依据所述头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵；

法向量确定模块，用于依据所述欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量；

角度计算模块，用于依据所述旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。

可选的，所述系统还包括：

显示器，与所述处理器连接，用于显示所述被测婴儿的抬头角度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种婴儿抬头角度测量方法及系统，所述方法包括：获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标；依据多个第一位置坐标和多个第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角；依据头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵；依据欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量；依据旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。该婴儿抬头角度测量方法或系统，运用Kinect提取出婴儿头部的坐标点，并通过计算得出婴儿抬头角度，可以在婴儿自行运动时快速稳健地实现，省去了一系列复杂的步骤，不仅测量方式简便，还可以实时快速的测量精确的婴儿抬头角度，为婴儿运动的相关精细研究及抬头角度的各种统计分析带来可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种婴儿抬头角度测量方法的流程图；

图2为本发明实施例一种婴儿抬头角度测量系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种婴儿抬头角度测量方法的流程图。

参见图1，实施例的婴儿抬头角度测量方法包括：

步骤S1：获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标。

所述第一位置坐标为被测婴儿头部旋转前头部特征点的位置坐标，所述第二位置坐标为被测婴儿头部旋转后对应的头部特征点的位置坐标。

步骤S2：依据多个所述第一位置坐标和多个所述第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角。

所述头部旋转欧拉角包括滚转角、偏航角和俯仰角。

步骤S3：依据所述头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵。

所述预设初始法向量为(0，0，1)，所述欧拉角旋转矩阵，具体为：

其中，R(α，β，λ)表示欧拉角旋转矩阵，α表示滚转角，β表示偏航角，γ表示俯仰角，R_z(α)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕z轴旋转α角后的滚转角旋转矩阵，R_y(β)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕y轴旋转β角后的偏航角旋转矩阵，R_x(γ)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕x轴旋转γ角后的俯仰角旋转矩阵；

步骤S4：依据所述欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量。

所述旋转后的法向量，具体为：

n＝(a，b，c)

＝(cosαsinβcosγ+sinαsinγ，sinαsinβcosγ-cosαsinγ，cosβcosγ)

其中，n表示旋转后的法向量。

步骤S5：依据所述旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。

所述被测婴儿的抬头角度，具体为：

其中，θ表示被测婴儿的抬头角度。

本实施例的婴儿抬头角度测量方法，能够自动、快速、实时地测量婴儿抬头角度，操作简便，测量时间短，能大幅度提高评估医师的工作效率；还能够避免人为的主观读书误差，提高测量精度。

本发明还提供了一种婴儿抬头角度测量系统，图2为本发明实施例一种婴儿抬头角度测量系统的结构示意图。

参见图2，实施例的婴儿抬头角度测量系统包括：

Kinect体感设备10，用于获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标；所述第一位置坐标为被测婴儿头部旋转前头部特征点的位置坐标，所述第二位置坐标为被测婴儿头部旋转后对应的头部特征点的位置坐标。

处理器20，与所述Kinect体感设备10连连接，用于计算被测婴儿的抬头角度。

所述处理器20具体包括：

旋转欧拉角计算模块201，用于依据多个所述第一位置坐标和多个所述第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角；所述头部旋转欧拉角包括滚转角、偏航角和俯仰角。

旋转矩阵计算模块202，用于依据所述头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵。

所述预设初始法向量为(0，0，1)，所述欧拉角旋转矩阵，具体为：

其中，R(α，β，λ)表示欧拉角旋转矩阵，α表示滚转角，β表示偏航角，γ表示俯仰角，R_z(α)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕z轴旋转α角后的滚转角旋转矩阵，R_y(β)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕y轴旋转β角后的偏航角旋转矩阵，R_x(γ)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕x轴旋转γ角后的俯仰角旋转矩阵；

法向量确定模块203，用于依据所述欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量。

所述旋转后的法向量，具体为：

n＝(a，b，c)

＝(cosαsinβcosγ+sinαsinγ，sinαsinβcosγ-cosαsinγ，cosβcosγ)

其中，n表示旋转后的法向量。

角度计算模块204，用于依据所述旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。

所述被测婴儿的抬头角度，具体为：

其中，θ表示被测婴儿的抬头角度。

显示器30，与所述处理器20连接，用于显示、记录、保存所述被测婴儿的抬头角度，还可以将所述被测婴儿的抬头角度发送给医院或者指定数据库。

本实施例的婴儿抬头角度测量系统，在操作前需确保处理器20与Kinect体感设备10连接，将Kinect体感设备10调整到合适的角度，本实施例中被测婴儿位于Kinect体感设备10的1至2米处，保证了Kinect体感设备10可以捕捉到被测婴儿头部的多个头部特征点以及被测婴儿头部旋转前后头部特征点的位置坐标，并将位置坐标传输至处理器20进行后续处理。

在该系统运行时，采用Kinect体感设备10实时捕捉被测婴儿的头部信息，接下来需要判断用户是否被追踪到，如果追踪到，则提取被测婴儿头部的多个头部特征点。

本实施例的婴儿抬头角度测量系统，能避免人为的主观读数，测量精度高；能够实现自动测量，测量速度快；操作方式简单，评估时间少，能大幅度提高评估医师工作效率；数字化存储体检信息，方便检索，避免费时费力进行手动录入信息设备数量少，节省空间。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种婴儿抬头角度测量方法，其特征在于，包括：

获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标；所述第一位置坐标为被测婴儿头部旋转前头部特征点的位置坐标，所述第二位置坐标为被测婴儿头部旋转后对应的头部特征点的位置坐标；

依据多个所述第一位置坐标和多个所述第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角；所述头部旋转欧拉角包括滚转角、偏航角和俯仰角；

依据所述头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵；

依据所述欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量；

依据所述旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。

2.根据权利要求1所述的一种婴儿抬头角度测量方法，其特征在于，所述欧拉角旋转矩阵，具体为：

其中，R(α，β，λ)表示欧拉角旋转矩阵，α表示滚转角，β表示偏航角，γ表示俯仰角，R_z(α)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕z轴旋转α角后的滚转角旋转矩阵，R_y(β)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕y轴旋转β角后的偏航角旋转矩阵，R_x(γ)表示位置坐标为P(x，y，z)的头部特征点围绕x轴旋转γ角后的俯仰角旋转矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种婴儿抬头角度测量方法，其特征在于，所述旋转后的法向量，具体为：

n＝(a，b，c)

＝(cosαsinβcosγ+sinαsinγ，sinαsinβcosγ-cosαsinγ，cosβcosγ)

其中，n表示旋转后的法向量。

4.根据权利要求3所述的一种婴儿抬头角度测量方法，其特征在于，所述被测婴儿的抬头角度，具体为：

其中，θ表示被测婴儿的抬头角度。

5.一种婴儿抬头角度测量系统，其特征在于，所述系统包括：

Kinect体感设备，用于获取Kinect体感设备测量的多个第一位置坐标和多个第二位置坐标；所述第一位置坐标为被测婴儿头部旋转前头部特征点的位置坐标，所述第二位置坐标为被测婴儿头部旋转后对应的头部特征点的位置坐标；

处理器，与所述Kinect体感设备连连接，用于计算被测婴儿的抬头角度；所述处理器具体包括：

旋转欧拉角计算模块，用于依据多个所述第一位置坐标和多个所述第二位置坐标计算被测婴儿的头部旋转欧拉角；所述头部旋转欧拉角包括滚转角、偏航角和俯仰角；

旋转矩阵计算模块，用于依据所述头部旋转欧拉角和预设初始法向量计算欧拉角旋转矩阵；

法向量确定模块，用于依据所述欧拉角旋转矩阵确定被测婴儿头部旋转后的法向量；

角度计算模块，用于依据所述旋转后的法向量计算被测婴儿的抬头角度。

6.根据权利要求5所述的一种婴儿抬头角度测量系统，其特征在于，所述系统还包括：

显示器，与所述处理器连接，用于显示所述被测婴儿的抬头角度。