KR20190061911A - 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템 - Google Patents

3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재활 훈련과 관련하여, 발판 위에 측정 대상을 위치시키고, 관심 부위를 중심으로 적외선 카메라 등으로 촬영하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 분석하여 체형과 부피, 기운 정도를 산출하여 3D 모델을 생성함으로써 3D 모델에 맞춤 게임을 적용해 재활 훈련과 운동, 댄스 등이 가능하도록 지원해 주는, 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 관심부위 측정 시스템은, 측정 대상을 위치시키고, 측정 대상을 회전시키는 발판; 상기 발판에 위치한 측정 대상을 촬영하여 이미지를 획득하는 촬영부; 상기 획득된 이미지를 분석하여 체형 및 부피를 산출하고, 상기 측정 대상의 기운 정도를 산출하는 분석부; 상기 산출된 체형과 부피, 기운 정도에 따라 3D 모델을 생성하는 모델 생성부; 상기 생성된 3D 모델에 적용할 게임을 선택하는 게임 선택부; 및 상기 선택된 게임을 상기 3D 모델에 적용하는 게임 적용부를 포함할 수 있다.

Description

3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템{Interest part detecting method based on motion recognition of 3 dimension image, and system thereof}
본 발명은 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 재활 훈련과 관련하여, 발판 위에 측정 대상을 위치시키고, 관심 부위를 중심으로 적외선 카메라 등으로 촬영하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 분석하여 체형과 부피, 기운 정도를 산출하여 3D 모델을 생성함으로써 3D 모델에 맞춤 게임을 적용해 재활 훈련과 운동, 댄스 등이 가능하도록 지원해 주는, 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적인 상하지 연동운동 장치는 발이 안착되는 한 쌍의 페달과 손으로 움겨쥘 수 있는 한 쌍의 핸들을 포함하여 구성된다.
따라서, 사용자가 페달에 양 발을 거치하고 핸들을 양손으로 감싸쥔 상태에서 소정 방향으로 힘을 가압하는 경우 각각의 페달 및 핸들이 기 설정된 궤적을 따라 왕복하면서 팔과 다리를 동시에 운동할 수 있다.
통상의 운동기구를 이용한 운동은 상체 또는 하체를 분리하여 이루어지는 것에 비해, 상하지 연동 운동장치는 전술한 바와 같이 팔과 다리를 동시에 운동함으로서 운동량을 증가시킬 뿐 아니라 효과적인 전신 운동이 가능하다는 장점이 있다.
따라서, 최근에는 이러한 상하지 연동 운동장치를 이용하여 신체가 부자유한자나 노약자들의 재활치료에 적용하려는 시도가 이루어지고 있다.
그러나, 종래의 상하지 연동 운동장치는 건강한 일반인을 상대로 운동량을 증가시키는데에 초점이 맞춰져 페달 및 핸들이 단순한 직선 또는 호 형상의 궤적을 그리면서 왕복하도록 구성되어 있는 바, 운동에 사용되는 신체부위가 제한적이어서 다양한 부위의 근육을 사용해야 하는 재활치료에는 적용하기 곤란한 문제가 있었다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0082076호(공개일 : 2017.07.13)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 재활 훈련과 관련하여, 발판 위에 측정 대상을 위치시키고, 관심 부위를 중심으로 적외선 카메라 등으로 촬영하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 분석하여 체형과 부피, 기운 정도를 산출하여 3D 모델을 생성함으로써 3D 모델에 맞춤 게임을 적용해 재활 훈련과 운동, 댄스 등이 가능하도록 지원해 주는, 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 시스템은, 측정 대상을 위치시키고, 측정 대상을 회전시키는 발판; 상기 발판에 위치한 측정 대상을 촬영하여 이미지를 획득하는 촬영부; 상기 획득된 이미지를 분석하여 체형 및 부피를 산출하고, 상기 측정 대상의 기운 정도를 산출하는 분석부; 상기 산출된 체형과 부피, 기운 정도에 따라 3D 모델을 생성하는 모델 생성부; 상기 생성된 3D 모델에 적용할 게임을 선택하는 게임 선택부; 및 상기 선택된 게임을 상기 3D 모델에 적용하는 게임 적용부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 재활 중심의 콘텐츠를 제공함과 더불어, 운동과 댄스 학습에도 적용시킬 수 있다.
또한, 발판을 통해서 인체 밸런스 측정이 가능하고, 인체가 상하좌우 기운 정도를 측정할 수 있으며 그에 따른 측정치 및 기운 정도를 표시해 줄 수 있다.
그리고, 골프와 같이 제자리에서 하는 운동과 같은 경우에도 사용자가 발판 위에 올라서면 인체의 밸런스를 판단해 좀 더 좋은 자세를 가능하게 할 수 있도록 지원해 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모인 션식 기반 관심부위 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 체형분석 기능을 통해 정밀도를 테스트하는 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발판을 통해서 인체 밸런스를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 재활 훈련 운동 댄스 시스템을 동작을 통한 교통정리 게임에 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명을 라인에 도달하는 점에 위치를 유지하거나 따라다니는 게임에 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템을 제자리에서 하는 운동에 적용해 인체의 밸런스를 조정하기 위한 발판의 형상 예들을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 시스템(100)은, 발판(110), 촬영부(120), 분석부(130), 모델 생성부(140), 게임 선택부(150), 게임 적용부(160) 및 출력부(170)를 포함한다.
발판(110)은 측정 대상을 위치시키고, 측정 대상을 회전시킬 수 있다.
촬영부(120)는 발판에 위치한 측정 대상을 적외선 카메라 등으로 촬영하여 3차원 이미지를 획득한다.
분석부(130)는 획득된 3차원 이미지를 분석하여 체형 및 부피를 산출하고, 측정 대상의 기운 정도를 산출한다.
모델 생성부(140)는 산출된 체형과 부피, 기운 정도에 따라 3D 모델을 생성한다.
게임 선택부(150)는 생성된 3D 모델에 적용할 게임을 선택한다.
게임 적용부(160)는 선택된 게임을 3D 모델에 적용한다.
출력부(170)는 촬영부(120)를 통해 촬영된 3차원 이미지를 화면 상에 디스플레이하거나, 선택된 게임이 적용된 3D 모델을 화면 상에 디스플레이한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 체형분석 기능을 통해 정밀도를 테스트하는 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 재활 훈련 운동 댄스 시스템(100)은, 카메라(120)를 통한 관절 인식 및 깊이 판단이 가능하며, 발판(110)이 회전하고 카메라(120)가 측정 대상을 전후, 좌우, 상하 등 전면적을 다 촬영하여 분석부(130)로 입력시 3D 모델의 생성이 가능하며, 분석부(130)에서 체형 및 부피를 계산할 수 있다.
또한, 변화된 체형의 검출이 가능하고, 각 관절의 가동범위를 통하여 인체의 전체의 칼로리 소모량도 측정이 가능할 수 있다.
도 2에서, 기본 실제 모델(a) 대비 기본 체형분석 모델(c)의 허리둘레 오차는 0.6 인치 수준이다.
또한, 수정된 실제 모델(b) 대비 수정된 체형분석 모델(d)의 허리둘레 오차는 0.7인치 수준이다.
그리고, 모델 (c)와 (d)를 통해 변화된 체형의 검출이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발판을 통해서 인체 밸런스를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 재활 훈련 운동 댄스 시스템(100)은, 발판(110)을 통해서 인체 밸런스의 측정이 가능한데, 인체가 상하 좌우로 기운 정도를 측정할 수 있으며, 그에 따른 측정치 및 기운정도를 출력부(170)를 통해 표시해 줄 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 발판 영상을 통해 인체가 왼쪽으로 기울어져 있음을 측정하였으며 전체 움직임에서 가장자리를 그려서 인체의 전체적인 기울어짐 정도를 인식할 수 있다.
즉, 발판(110)의 하부에 무게 측정 센서를 구비하여, 무게 밸런스를 시각화 할 수 있다. 또한, 센서별로 로(Raw) 데이터를 시각화 할 수 있다.
이렇게 발판(110)을 통해 측정된 데이터를 분석할 수 있는데, 컨백스헐 분석법, 히스토그램 분석법, 컨케이브헐 분석법 등을 적용하여 분석할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 재활 훈련 운동 댄스 시스템을 동작을 통한 교통정리 게임에 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 재활 훈련 운동 댄스 시스템(100)은, 추가적으로 재활 훈련과 관련하여 재활 게임 콘텐츠를 실현하는 예로써, 동작을 통한 교통정리 게임에 적용할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 재활 훈련 운동 댄스 시스템(100)은, 사용자가 발판(110) 위에서 출력부(170)를 통해 디스플레이되는 교통정리 게임의 영상을 보면서 발판(110) 위에서 해당 게임에 따른 모션(Motion)을 취하게 되면, 촬영부(120)에서 사용자를 촬영해 3D 모델을 생성해 게임 내용에 적용함으로써, 사용자는 자신이 교통정리 게임을 어떻게 진행하는지 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 흥미와 재활에 둘 다 균형을 위하여 상지 재활 영상에 맞춤 게임을 적용해 실행하는 것이다.
도 5는 본 발명을 라인에 도달하는 점에 위치를 유지하거나 따라다니는 게임에 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 모션인식 기반 재활 훈련 운동 댄스 시스템(100)은, 상/하로 나뉘어 있는 화면에서 선이 지나갈 때 타이밍에 맞춰 노트를 터치하도록 하는 게임에 적용할 수 있다. 즉, 일정한 속도의 좌/우로 이동하는 선이 노트를 지나갈 때 플레이어는 타이밍에 맞춰 선(판정선)이 원의 중심과 일치할 때 손을 뻗어서 플레이하는 것이다.
이때, 선(판정선)에 얼마나 가까웠는가에 따라 GOOD, BAD, MISS의 3 단계로 판정한다.
또한 난이도 조절의 경웅, 대부분의 환자(사용자)들이 팔을 높이 들어 올리지 못하는 (adhesive capsulitis) 질환으로 팔을 높이 올리지 않아도 되는 정도로 노트의 위치로 난이도를 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 시스템을 제자리에서 하는 운동에 적용해 인체의 밸런스를 조정하기 위한 발판의 형상 예들을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 발판(110)은, 사용자가 발판 위에 올라서서 골프와 같이 제자리에서 하는 운동을 하는 경우에, 촬영부(120)를 통해 사용자의 자세를 촬영하고, 촬영해 획득한 이미지를 분석해 인체의 밸런스를 판단하고, 이를 적용한 3D 모델를 생성해 출력부(170)에 디스플레이함으로써 사용자는 자신의 자세를 확인할 수 있다.
도 6의 (가)에 도시된 바와 같이, 발판(110)은 사용자(제품)가 올라서고 회전할 수 있도록 하는 회전판과, 회전판 위에 있는 사용자가 회전 시 중심을 잡도록 하기 위한 고정 손잡이로 구성할 수 있다.
따라서, 발판(110) 위에 있는 사용자 또는 제품을 회전시켜서 사용자(제품)의 외형의 둘레나 크기를 레이저로 측정하는 것과 동일한 원리로 깊이 카메라의 IR 센서를 통해 생성된 뎁스 맵을 바탕으로 회전판 위의 인체 둘레를 측정한다.
또한, 회전판 위의 인체는 IR 센서에 의해서 3D 모델로 출력되며 이때 3D모델은 실제 크기와 같은 스케일로 생성된다.
또한, 생성된 3D 모델에서 관심부위(예를 들면 허리)를 직교하도록 관통하는 평편으로 슬라이스 했을 때 평면과 3D 모델이 교차하는 부위의 둘레를 측정하면 관심부위의 사이즈를 측정할 수 있다.
이때 외부적인 요인(예를 들면 두꺼운 옷, 조명으로 인한 에러)에 의해서 오차가 발생하게 되는데 실제 둘레와 3D 모델 상에서 측정된 둘레의 오차범위가 0.6~0.7인치 정도로 측정될 수 있다.
도 6의 (나)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발판(110)은 무게 측정을 위한 센서(이하 로드셀)를 이용해서 밸런스를 측정할 수 있다. 즉, 로드셀 4 개가 한세트로 구성되어서 하나의 출력으로 무게를 측정하는 것이다.
본 발명에 따른 발판(110)은 4 세트의 로드셀이 동심원에 균일하게 분포되도록 하여 동서남북 방향으로 무게 측정을 하도록 구성할 수 있다. 즉, 발판(110)은 4 개의 무게를 출력하도록 되어 있고 4 개의 축으로 밸런스 분석을 할 수 있다.
이때 출력되는 데이터는 kg스케일로 출력되며 질량이 있는 물체가 정중앙에 있다고 가정했을 경우, 무게 분산에 의해서 각축에 1/4씩(이론상) 측정가능 하도록 구성할 수 있다.
또한, 로드셀을 이용해서 기운 정도를 평가하는 것은 기존의 기술과 유사하지만 실측 무게를 바탕으로 데이터를 출력하여 데이터를 분석하기 때문에 재현성에 높은 가중치를 두고 있다.
가령 A라는 피험자와 B라는 피험자가 동일한 평가방법에 의해서 밸런스 측정을 했을때 상호 비교가 가능하며, A가 반복적으로 평가를 받았을 경우 누적된 데이터끼리 상호 비교하여 얼마만큼 개선되었다는 것을 지표로 제시할 수 있는 특징이 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 재활 훈련과 관련하여, 발판 위에 측정 대상을 위치시키고, 관심 부위를 중심으로 적외선 카메라 등으로 촬영하여 이미지를 획득하고, 획득한 이미지를 분석하여 체형과 부피, 기운 정도를 산출하여 3D 모델을 생성함으로써 3D 모델에 맞춤 게임을 적용해 재활 훈련과 운동, 댄스 등이 가능하도록 지원해 주는, 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 3차원 영상 모션인식 기반 관심부위 측정 시스템
110 : 발판
120 : 촬영부
130 : 분석부
140 : 모델 생성부
150 : 게임 선택부
160 : 게임 적용부
170 : 출력부

Claims (1)

  1. 측정 대상을 위치시키고, 측정 대상을 회전시키는 발판;
    상기 발판에 위치한 측정 대상을 촬영하여 이미지를 획득하는 촬영부;
    상기 획득된 이미지를 분석하여 체형 및 부피를 산출하고, 상기 측정 대상의 기운 정도를 산출하는 분석부;
    상기 산출된 체형과 부피, 기운 정도에 따라 3D 모델을 생성하는 모델 생성부;
    상기 생성된 3D 모델에 적용할 게임을 선택하는 게임 선택부; 및
    상기 선택된 게임을 상기 3D 모델에 적용하는 게임 적용부;
    를 포함하는 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 시스템.
KR1020170160782A 2017-11-28 2017-11-28 3차원 영상 모션 인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템 KR20190061911A (ko)

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WO2020105760A1 (ko) * 2018-11-23 2020-05-28 수상에스티(주) 3차원 영상 모션인식 기반 관심부위 측정 방법 및 시스템

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KR20170082076A (ko) 2016-01-05 2017-07-13 한국전자통신연구원 재활운동 관리 장치 및 그 방법

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