KR101315220B1 - 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 인체의 모션을 캡쳐할 때 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 정확히 측정할 수 있는 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 명세서의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치는, 마커가 부착된 인체의 모션을 캡쳐하는 카메라와; 미리설정된 인체 모델을 근거로 상기 캡처된 모션에서 가려진 특정 마커에 링크된 인접 마커의 위치를 검출하고, 상기 링크된 인접 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 특정 마커의 위치를 추정함으로써 상기 가려진 특정 마커의 위치를 복원하고, 상기 가려진 특정 마커의 위치가 복원된 상태에서 상기 인체의 각 관절에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 제어부와; 상기 계산된 값을 표시부하는 표시부를 포함할 수 있다.

Description

인체의 모션 처리 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PROCESSING MOTION OF BODY AND METHOD THEREOF}
본 명세서는 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 관절의 이상 여부를 진단하기 위한 장비로서, 인체의 내부를 투시하여 촬영하는 엑스레이(X-Ray), 자기 공명 촬영 장비(Magnetic Resonance Imager, MRI) 및 컴퓨터 단층 촬영장비(Computed Tomography, CT)가 사용되고 있다. 엑스레이(X-ray)는 빠른 전자를 물체에 충돌시킬 때 방출되는 투과력이 강한 복사선(전자기파)를 말하는 것으로, 이를 이용하여 눈으로 볼 수 없는 물체의 내부를 촬영할 수 있으며, 인체 내부의 이상을 진단할 수 있다.
상기 자기 공명 촬영 장비(MRI)는 자력에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여 생체의 임의의 단층상을 얻을 수 있는 첨단 의학 기계를 말하는 것으로, 인체에 무해하고, 3차원 입체(3D) 영상화가 가능하며, 대조도와 해상도가 뛰어나고, 관상면과 시상면도 촬영할 수 있으며, 중추신경계, 두경부, 척추와 척수 등 다양한 범위의 인체 내부의 이상 진단에 활용된다.
상기 컴퓨터 단층 촬영 장비(CT, Computed Tomography)는 CT 스캐너를 이용한 컴퓨터 단층 촬영법으로, 엑스선이나 초음파를 여러 각도에서 인체에 투영하고 이를 컴퓨터로 재구성하여 인체 내부 단면의 모습을 화상으로 처리하는 것으로, 종양 등의 진단에 널리 이용되고 있다. 그러나, 상기의 진단 방법들에 의하는 경우에는 인체의 동작을 정지시킨 상태에서 촬영된 결과를 토대로 진단을 함으로써 보행 중에 장애를 주게 되는 요소에 대해서는 제대로 포착할 수 없었다. 즉, 인체가 움직이지 않는 상태에서는 이상이 없으나, 다양한 동작을 하는 가운데 이상이 나타나는 질환의 경우에는 상기 장비들에 의해 이상 여부가 나타나지 않으므로, 인체가 다양한 동작을 하는 가운데 나타나는 관절과 근육의 이상 여부를 판정할 수 없었다.
또 다른 방법으로는, 인체의 각 부분에 마커(Maker)를 부착하여 적외선 카메라를 이용하여 모션 캡쳐를 실시하고 시간에 따른 각 관절의 상대각 및 위치를 이용하여 각 관절에 부과되는 힘과 모멘트를 측정하는 방법이 있다. 이때, 모션 캡쳐 시 모든 마커에 대한 정보가 필요하며 캡쳐 중 모든 마커가 적외선 카메라에서 인식할 수 있는 시야각 내에 존재하여야 한다. 이 경우 다양한 기구 (의자, 걸상 등)에 의해 마커가 가려지게 되면 마커의 위치를 인식하지 못하여 관절에 부과되는 힘과 모멘트의 측정이 불가능 해지는 문제점을 가지고 있다. 상기 관절과 근육 이상 진단 시스템 및 관절과 근육 이상 진단 방법에 대한 설명은 한국특허출원번호 출원번호 10-2009-0105053에도 개시되어 있다.
본 명세서는 인체의 모션을 캡쳐할 때 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 정확히 측정할 수 있는 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치는, 마커가 부착된 인체의 모션을 캡쳐하는 카메라와; 미리설정된 인체 모델을 근거로 상기 캡처된 모션에서 가려진 특정 마커에 링크된 인접 마커의 위치를 검출하고, 상기 링크된 인접 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 특정 마커의 위치를 추정함으로써 상기 가려진 특정 마커의 위치를 복원하고, 상기 가려진 특정 마커의 위치가 복원된 상태에서 상기 인체의 각 관절에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 제어부와; 상기 계산된 값을 표시부하는 표시부를 포함할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 미리설정된 인체 모델은 상기 인체의 상지와 하지를 잇는 포인트를 골반과 흉곽의 중간 지점으로 정의할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 각 관절의 시간대별 위치를 검출하고, 상기 특정 마커가 가려지기 이전의 시간대에 해당하는 상기 특정 마커의 위치와 상기 추정된 특정 마커의 위치를 평균화함으로써 상기 추정된 특정 마커의 위치 오차를 감소시킬 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 계산된 힘과 모멘트와 미리결정된 인체의 평균 관절의 힘과 모멘트의 기준값을 서로 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 해당 관절의 상태를 결정할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 낮으면 상기 해당 관절이 비정상인 것으로 결정하고, 상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 높거나 동일하면 상기 해당 관절이 정상인 것으로 결정할 수 있다.
본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 제어부는 상기 해당 관절의 상태가 정상이면 상기 해당 관절의 상태가 정상임을 알리는 정보를 상기 표시부에 표시하고; 상기 해당 관절의 상태가 비정상이면 상기 계산된 힘과 모멘트와 상기 기준값을 감산한 차이값을 발생하고, 상기 차이값을 일반적인 재활 및 생활 보조 장치의 보조량으로서 상기 표시부에 표시할 수 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 방법은, 마커가 부착된 인체의 모션을 카메라를 통해 캡쳐하는 단계와; 미리설정된 인체 모델을 근거로 상기 캡처된 모션에서 가려진 특정 마커에 링크된 인접 마커의 위치를 검출하는 단계와; 상기 링크된 인접 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 특정 마커의 위치를 추정함으로써 상기 가려진 특정 마커의 위치를 복원하는 단계와; 상기 가려진 특정 마커의 위치가 복원된 상태에서 상기 인체의 각 관절에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 단계와; 상기 계산된 값을 표시부에 표시부하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법은, 인체의 모션을 캡쳐할 때 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법은, 인체의 모션을 캡쳐할 때 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 측정하고, 그 측정된 값과 기준값을 비교하여 표시부에 표시함으로써, 사용자는 상기 표시부에 표시된 정보를 보고 상기 생활 보조 및 재활장치의 보조량을 쉽고 빠르게 설정할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체의 모션 처리 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인체의 모션 처리 방법을 나타낸 흐름도 이다.
도 3a 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인체 모델 및 일반적인 인체 모델을 나타낸 예시도 이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 링크 방식의 마커 추정 방법을 나타낸 예시도 이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 인체에 부착된 마커의 가림 현상 및 이를 복원한 모습을 나타낸 예시도 이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따라 외력을 추가했을 때의 힘과 모멘트 변화량을 나타낸 예시도 이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체의 모션 처리 방법을 나타낸 흐름도 이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하에서는, 다양한 동작에 따른 인체 모델에 외력을 적용할 수 있으며, 인체의 모션을 캡쳐할 때 마커(Marker) 가림 현상으로 인해 모션 분석이 어려울 때 그 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 정확히 측정할 수 있는 본 발명의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법을 도1 내지 도8을 참조하여 설명한다. 특히, 본 발명의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법은 외부 환경에 따라 마커의 위치가 쉽게 가려질 때 그 가려진 마커의 위치를 복원함으로써 인체의 모션을 용이하게 분석할 수 있다. 상기 마커는 적외선을 반사하는 적외선 마커 또는 적외선 발광 마커일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체의 모션 처리 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인체의 모션 처리 장치는, 마커가 부착된 인체의 모션(motion)을 캡쳐(capture)하는 카메라(예를 들면, 적외선 카메라)(10)와; 미리설정된(미리저장된) 인체 모델을 근거로 상기 캡처된 모션에서 가려진 마커에 링크된 마커(가려지지 않은 마커)의 위치를 검출하고, 상기 검출된 링크된 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 마커의 위치를 추정함으로써 상기 가려진 마커의 위치를 복원하고, 상기 가려진 마커의 위치가 복원된 상태에서 각 관절(예를 들면, 무릎 관절(Knee Joint), 엉덩이 관절(Hip Joint) 등)에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘(반작용 힘)과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 제어부(20)와; 상기 계산된 값을 표시부하는 표시부(40)를 포함한다.
저장부(30)는 상기 미리저장된 인체 모델, 상기 각 관절에 가해지는 힘(반작용 힘)과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 프로그램 등을 저장할 수 있다.
본 발명은 "Biomechanics and Motor Control of Human Movement(David Winter 저서)"에서 제안된 관절의 힘과 모멘트 계산 방식을 사용할 수 있다. 본 발명은 "뉴튼의 운동 법칙 및 역 기구학" 인체 모델의 경우 하지와 상지의 정의는 기존 방식을 따르나 기존과 다른 점은 하지와 상지를 연결시켜주는 관절의 정의에 있다. 일반적으로, 인체의 상지와 하지의 연결 방식에 관련하여서는 여러 가지 의견이 있으나 본 발명에서는 하지의 골반과 상지의 흉곽을 연결 부위로 정의하였으며, 이 외에도 각 관절에 외력 추가가 가능하다. 본 발명의 경우 바이콘 사(VICON 社)의 인체 동작 프로그램을 사용하여 구현되었으나, 이 외 다른 상용/무료 인체 동작 프로그램 등으로 구현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 인체의 모션 처리 방법을 도2 내지 도8을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인체의 모션 처리 방법을 나타낸 흐름도 이다.
먼저, 상기 적외선 카메라(10)는 미리정해진 시간 간격(예를 들면, 1초 간격)으로　마커가 부착된 인체의 모션(motion)을 캡쳐(capture)하고, 그 캡처된 모션을　제어부(20)에 출력한다(S11). 상기 적외선 카메라(10)는 인체의 모션을 다양한 방향에서 캡처하기 위해 서로 다른 방향에 다수개(예를 들면, 2대 이상)가 설치될 수 있다.
상기 제어부(20)는 저장부(30)에 미리저장된 인체 모델을 근거로 상기 캡처된 모션 내에서 가려진 마커가 존재하는지를 판단한다(S12). 예를 들면, 상기 제어부(20)는 상기 저장부(30)에 미리저장된 인체 모델의 마커의 개수와 상기 캡처된 모션에서의 마커의 개수가 다르면 특정 마커가 가려진 것으로 판단한다. 또한, 상기 제어부(20)는 인체의 다양한 모션에 따라서 각 관절에 부착된 마커의 미리설정된 위치를 근거로 특정 마커가 캡쳐되지 않으면 이를 마커 가림으로 판단할 수도 있다. 상기　미리저장된 인체 모델은 캘리브레이션(calibration)을 수행하기 위한 정적인(static) 모델을 의미한다.
상기 가려진 마커란 상기 적외선 카메라(10)를 통해 인체의 모션을 캡쳐할 때 인체가 장애물(예를 들면, 책상, 보행기 등)을 짚고 일어날 때 그 장애물에 의해 특정 마커가 가려짐으로써 상기 적외선 카메라(10)에 의해 캡처되지 않은 특정 마커를 의미한다.
또한, 본 발병의 실시예에 따른 미리저장된 인체 모델의 대표적인 특징은 인체의 상지와 하지를 잇는 포인트를 골반(Pelvic Segment)과 흉곽(Thorax Segment)의 중간 지점으로 정의한다.
도 3a 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인체 모델 및 일반적인 인체 모델을 나타낸 예시도 이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 일반적인 인체 모델은 인체의 상지와 하지 간의 연결이 되어 있지 않다는 것을 알 수 있다. 반면, 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발병의 실시예에 따른 인체 모델의 대표적인 특징은 인체의 상지와 하지의 연결 부위를 골반(Pelvic Segment)과 흉곽(Thorax Segment)으로 정의한다. 상기 연결 관절의 중심점은 도 4에 도시한 바와 같이 골반 중심점(4-2)과 목과 어깨의 교차점(흉곽의 중심점)(4-1)으로 이루어진다.
상기 제어부(20)는 링크 방식을 통해 상기 가려진 특정 마커(특정 마커의 위치)에 링크된 인접 마커(가려지지 않은 마커)의 위치를 검출하고(S13), 상기 검출된 인접 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 특정 마커(특정 마커의 위치)의 위치를 추정한다(S14). 예를 들면, 상기 제어부(20)는, 상기 미리저장된 인체 모델을 근거로 무릎에 부착된 마커를 추정한다고 가정할 때, 그 무릎에 부착된 마커에 인접한 발목 관절에 부착된 마커의 위치와 엉덩이 관절에 부착된 마커의 위치를 근거로 상기 무릎에 부착된 마커의 위치를 추정한다. 다수의 마커들은 상기 미리저장된 인체 모델을 근거로 가상의 선으로 서로 연결(링크)되기 때문에 상기 가려진 마커에 링크된 마커(들)의 위치를 검출할 수 있으며, 그 가려진 마커에 링크된 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 마커의 위치(예를 들면, 발목 관절에 부착된 마커의 위치와 엉덩이 관절에 부착된 마커의 위치의 중간 지점)를 추정할 수 있다. 즉, 상기 발목 관절에 부착된 마커의 위치로 정강이 끝쪽 링크의 위치를 알 수 있으며, 엉덩이 관절에 부착된 마커를 통하여 허벅지 끝쪽 링크의 위치를 알 수 있고, 이를 결합하여 가운데의 무릎 관절을 추정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 링크 방식의 마커 추정 방법을 나타낸 예시도 이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 링크 방식은 추정하려는 마커(예를 들면, 특정 마커)의 인접 마커를 근거로 추정하려는 마커의 위치를 추정할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(20)는 인체의 무릎에 부착된 마커(마커 위치)(5-2)를 추정하는 경우에 상기 미리설정된 인체 모델을 근거로 상기 무릎에 부착된 마커(5-2)에 링크된 발목의 마커(5-3)의 위치와 상기 무릎에 부착된 마커(5-2)에 링크된 엉덩이의 마커(5-1)의 위치를 검출하고, 상기 발목의 마커(5-3)의 위치와 상기 엉덩이의 마커(5-1)의 위치를 근거로 상기 무릎의 마커(5-2)의 위치를 추정한다.
상기 제어부(20)는 회귀 분석 방법을 통해 상기 가려진 특정 마커의 위치를 더욱 정확하게 추정할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제어부(20)는 상기 장애물 없이 수행된 인체의 모션을 통해 각 관절의 시간대별 위치를 검출하고, 이후 마커 가림 현상으로 인해 상기 특정 마커가 보이지 않을 때 상기 특정 마커가 보이지 않기 바로 이전의 시간대에 해당하는 상기 특정 마커의 위치와 상기 추정된 특정 마커의 위치를 평균화함으로써 상기 추정된 특정 마커의 위치 오차를 감소시킬 수도 있다. 상기 회귀 분석 방법은 실시되지 않을 수도 있다.
상기 제어부(20)는 상기 가려진 특정 마커의 위치를 추정함으로써 상기 가려진 특정 마커의 위치를 복원한다(인체 모델에 따른 동작 분석 완료).
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 인체에 부착된 마커의 가림 현상 및 이를 복원한 모습을 나타낸 예시도 이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 마커가 부착된 인체의 모션을 갭쳐했을 때 마커 가림 현상이 발생한다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 마커가 부착된 인체의 모션을 갭쳐했을 때 상기 마커 가림 현상이 발생하면 마커 복원 알고리즘(예를 들면, 링크 방식, 회귀 분석 방법 등)을 사용하여 상기 마커의 위치를 복원한다.
상기 제어부(20)는 상기 가려진 특정 마커의 위치가 복원된 상태에서 각 관절(예를 들면, 무릎 관절(Knee Joint), 엉덩이 관절(Hip Joint) 등)에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘(반작용 힘)과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하고(S15), 그 계산된 값을 표시부(40)에 표시한다(S16).
상기 각 관절에 가해지는 힘과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 방법 자체는 이미 공지된 기술(예를 들면, 기본적인 생체 역학(biomechanics))이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따라 외력을 추가했을 때의 힘과 모멘트 변화량을 나타낸 예시도 이다.
도 7a는 외력을 추가하지 않았을 때의 힘 변화량을 나타내며, 도 7b는 외력을 추가했을 때의 모멘트 변화량을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 외력을 추가하지 않았을 때와 외력을 추가했을 때의 인체 관절에 부과되는 힘과 모멘트가 달라지는 것을 알 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 인체 모델을 기반으로 각 관절 부위에 다양한 외력 추가가 가능하다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법은, 인체의 모션을 캡쳐할 때 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 정확히 측정할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체의 모션 처리 방법을 도1 내지 도8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체의 모션 처리 방법을 나타낸 흐름도 이다.
먼저, 상기 제어부(20)는 상기 가려진 특정 마커의 위치가 복원된 상태에서 각 관절(예를 들면, 무릎 관절(Knee Joint), 엉덩이 관절(Hip Joint) 등)에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘(반작용 힘)과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하고, 상기 계산된 힘과 모멘트를 근거로 해당 관절의 상태를 결정한다(S21). 예를 들면, 상기 제어부(20)는 상기 계산된 힘과 모멘트와 미리결정된 인체의 평균 관절의 힘과 모멘트(기준값)를 서로 비교하고, 상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 낮으면 해당 관절이 비정상(이상)인 것으로 결정하고, 상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 높거나 동일하면 상기 해당 관절이 정상인 것으로 결정한다.
상기 제어부(20)는 상기 해당 관절의 상태가 정상이면, 상기 해당 관절의 상태가 정상임을 알리는 정보(예를 들면, 메시지)를 상기 표시부(40)에 표시한다(S23).
반면, 상기 제어부(20)는 상기 해당 관절의 상태가 비정상이면(S22), 상기 계산된 힘과 모멘트와 상기 기준값을 감산한 값(차이값)을 발생하고, 상기 차이값을 일반적인 재활 및 생활 보조 장치(예를 들면, 앉기 서기 재활 장치 등)의 보조량으로서 상기 표시부(40)에 표시한다(S24). 예를 들면, 상기 제어부(20)는 상기 기준값이 100%이고, 상기 계산된 힘과 모멘트가 60%라고 가정할 때, 40%의 보조량이 필요함을 알리는 정보(예를 들면, 메시지)를 상기 표시부(40)에 표시한다.
따라서, 사용자는 상기 표시부(40)에 표시된 정보를 보고 상기 생활 보조 및 재활장치의 보조량을 쉽고 빠르게 설정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법은, 인체의 모션을 캡쳐할 때 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 정확히 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 인체의 모션 처리 장치 및 그 방법은, 인체의 모션을 캡쳐할 때 가려진 마커의 위치를 복원하여 인체의 모션을 분석함으로써 인체의 각 관절에 부과된 힘과 그 각 관절의 모멘트를 측정하고, 그 측정된 값과 기준값을 비교하여 표시부에 표시함으로써, 사용자는 상기 표시부에 표시된 정보를 보고 상기 생활 보조 및 재활장치의 보조량을 쉽고 빠르게 설정할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 카메라 20: 제어부
30: 저장부 40: 표시부

Claims (12)

  1. 마커가 부착된 인체의 모션을 캡쳐하는 카메라와;
    미리설정된 인체 모델을 근거로 상기 캡처된 모션에서 가려진 특정 마커에 링크된 인접 마커의 위치를 검출하고, 상기 링크된 인접 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 특정 마커의 위치를 추정함으로써 상기 가려진 특정 마커의 위치를 복원하고, 상기 가려진 특정 마커의 위치가 복원된 상태에서 상기 인체의 각 관절에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 제어부와;
    상기 계산된 값을 표시하는 표시부를 포함하며,
    상기 미리설정된 인체 모델은 상기 인체의 상지와 하지를 잇는 포인트를 골반과 흉곽의 중간 지점으로 정의하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 각 관절의 시간대별 위치를 검출하고, 상기 특정 마커가 가려지기 이전의 시간대에 해당하는 상기 특정 마커의 위치와 상기 추정된 특정 마커의 위치를 평균화함으로써 상기 추정된 특정 마커의 위치 오차를 감소시키는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 계산된 힘과 모멘트와 미리결정된 인체의 평균 관절의 힘과 모멘트의 기준값을 서로 비교하고, 상기 비교 결과를 근거로 해당 관절의 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 낮으면 상기 해당 관절이 비정상인 것으로 결정하고, 상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 높거나 동일하면 상기 해당 관절이 정상인 것으로 결정하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 해당 관절의 상태가 정상이면 상기 해당 관절의 상태가 정상임을 알리는 정보를 상기 표시부에 표시하고; 상기 해당 관절의 상태가 비정상이면 상기 계산된 힘과 모멘트와 상기 기준값을 감산한 차이값을 발생하고, 상기 차이값을 재활 및 생활 보조 장치의 보조량으로서 상기 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 장치.
  7. 마커가 부착된 인체의 모션을 카메라를 통해 캡쳐하는 단계와;
    미리설정된 인체 모델을 근거로 상기 캡처된 모션에서 가려진 특정 마커에 링크된 인접 마커의 위치를 검출하는 단계와;
    상기 링크된 인접 마커의 위치를 근거로 상기 가려진 특정 마커의 위치를 추정함으로써 상기 가려진 특정 마커의 위치를 복원하는 단계와;
    상기 가려진 특정 마커의 위치가 복원된 상태에서 상기 인체의 각 관절에 외력을 가했을 때의 상기 각 관절에 가해지는 힘과 상기 각 관절의 모멘트를 계산하는 단계와;
    상기 계산된 값을 표시부에 표시하는 단계를 포함하며, 상기 미리설정된 인체 모델은 상기 인체의 상지와 하지를 잇는 포인트를 골반과 흉곽의 중간 지점으로 정의하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 각 관절의 시간대별 위치를 검출하는 단계와;
    상기 특정 마커가 가려지기 이전의 시간대에 해당하는 상기 특정 마커의 위치와 상기 추정된 특정 마커의 위치를 평균화함으로써 상기 추정된 특정 마커의 위치 오차를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 계산된 힘과 모멘트와 미리결정된 인체의 평균 관절의 힘과 모멘트의 기준값을 서로 비교하는 단계와;
    상기 비교 결과를 근거로 해당 관절의 상태를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 해당 관절의 상태를 결정하는 단계는,
    상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 낮으면 상기 해당 관절이 비정상인 것으로 결정하는 단계와;
    상기 계산된 힘과 모멘트가 상기 기준값보다 높거나 동일하면 상기 해당 관절이 정상인 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 해당 관절의 상태를 결정하는 단계는,
    상기 해당 관절의 상태가 정상이면 상기 해당 관절의 상태가 정상임을 알리는 정보를 상기 표시부에 표시하는 단계와;
    상기 해당 관절의 상태가 비정상이면 상기 계산된 힘과 모멘트와 상기 기준값을 감산한 차이값을 발생하고, 상기 차이값을 재활 및 생활 보조 장치의 보조량으로서 상기 표시부에 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체의 모션 처리 방법.
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KR20100052408A (ko) * 2008-11-10 2010-05-19 성균관대학교산학협력단 관절과 근육 이상 진단 시스템 및 관절과 근육 이상 진단 방법

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