RU2768183C1 - Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor - Google Patents

Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2768183C1
RU2768183C1 RU2021110076A RU2021110076A RU2768183C1 RU 2768183 C1 RU2768183 C1 RU 2768183C1 RU 2021110076 A RU2021110076 A RU 2021110076A RU 2021110076 A RU2021110076 A RU 2021110076A RU 2768183 C1 RU2768183 C1 RU 2768183C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
gravity
center
module
data
Prior art date
Application number
RU2021110076A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Михайлович Козлов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Хабилект"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Хабилект" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Хабилект"
Priority to RU2021110076A priority Critical patent/RU2768183C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768183C1 publication Critical patent/RU2768183C1/en
Priority to CN202280029957.1A priority patent/CN117177710A/en
Priority to PCT/RU2022/050161 priority patent/WO2022220708A1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1126Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine, namely to methods for contactless calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space and hardware and software complexes for this. The complex contains a computing device, a contactless sensor, a module for interaction with the contactless sensor, a module for stabilometrical calculations and a data analysis module. The computing device is connected to the contactless sensor made with the possibility of obtaining three-dimensional coordinates of characteristic points of the human body. The module of interaction with the contactless sensor is made with the possibility of: obtaining primary data from the contactless sensor and preprocessing the received data for their subsequent transmission to the module of stabilometrical calculations; automatic calibration of the position of the optical axis of the sensor and converting the received coordinate points from the coordinate system associated with the position of the sensor into an independent gravitational coordinate system to ensure the independence of the values of the received primary data from the physical location of the sensor; filtering and smoothing of primary data; recording of primary data for subsequent emulation of sensor operation with the possibility of post-processing from the selected set of records; sending pre-processed primary data to the computing device. The module of stabilometrical calculations is made with the possibility of calculating the position of the center of gravity of a person in a three-dimensional coordinate system in real time. The data analysis module is designed with the ability to analyze and calculate the results on the position of the center of gravity obtained from the module of stabilometrical calculations.
EFFECT: possibility of contactless calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space is achieved.
8 cl, 6 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее техническое решение относится к области медицины и вычислительной техники, в частности к программно-аппаратному комплексу и способу для бесконтактного вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве.The present technical solution relates to the field of medicine and computer technology, in particular to a hardware-software complex and a method for non-contact calculation of the position of a person's center of gravity in three-dimensional space.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Из уровня техники известно решение, выбранное в качестве наиболее близкого аналога, RU 152606 U1, опубл. 10.06.2015. В данном решении раскрыто стабилометрическое устройство, содержащее опорную платформу, четыре тензодатчика, жестко закрепленных одной из своих нагружаемых областей на внутренней поверхности опорной платформы, схему обработки сигналов, выполненную в виде микропроцессорного модуля, содержащего четыре синхронизированных аналогово-цифровых преобразователя, воспринимающих измерительные сигналы от каждого из тензодатчиков, нормирующих и преобразующих измерительные сигналы в информационный сигнал, содержащий данные о массе исследуемого объекта и координатах его центра давления на платформу относительно системы координат, связанной с платформой, с последующей передачей полученного информационного сигнала через последовательный интерфейс типа Universal Serial Bus в управляющий компьютер, отличающееся тем, опорная платформа выполнена в виде раздвижной рамной конструкции, оснащенной приемными площадками для установки опорных ножек кровати пациента и устройствами регулировки расстояния между приемными площадками.The prior art solution is chosen as the closest analogue, EN 152606 U1, publ. 06/10/2015. This solution discloses a stabilometric device containing a support platform, four strain gauges rigidly fixed by one of their loaded areas on the inner surface of the support platform, a signal processing circuit made in the form of a microprocessor module containing four synchronized analog-to-digital converters that receive measurement signals from each from strain gauges that normalize and convert measurement signals into an information signal containing data on the mass of the object under study and the coordinates of its center of pressure on the platform relative to the coordinate system associated with the platform, with subsequent transmission of the received information signal via a serial interface of the Universal Serial Bus type to the control computer, characterized in that the support platform is made in the form of a sliding frame structure, equipped with receiving platforms for installing the support legs of the patient's bed and devices for adjusting the distance between the reception sites.

Приведенное выше известное из уровня техники решение направлено на решение проблемы проведения биомедицинских и психофизиологических исследований с использованием стабилометрии.The above solution known from the prior art is aimed at solving the problem of conducting biomedical and psychophysiological studies using stabilometry.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков современного уровня техники и отличается от известных ранее тем, что предложенное техническое решение обеспечивает бесконтактное, высокоскоростное и точное вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве.The proposed technical solution is aimed at eliminating the shortcomings of the state of the art and differs from those previously known in that the proposed technical solution provides non-contact, high-speed and accurate calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное решение, является создание программно-аппаратного комплекса для бесконтактного вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве. Дополнительные варианты реализации настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах изобретения.The technical problem to be solved by the claimed solution is the creation of a software and hardware complex for non-contact calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space. Additional embodiments of the present invention are presented in dependent claims.

Технический результат заключается в осуществлении бесконтактного вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве.The technical result consists in the implementation of contactless calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space.

Заявленный результат достигается за счет осуществления программно-аппаратного комплекса для бесконтактного вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве, содержащего:The claimed result is achieved through the implementation of a software and hardware complex for non-contact calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space, containing:

вычислительное устройство, соединенное с бесконтактным сенсором, выполненным с возможностью получения трехмерных координат характерных точек тела человека, находящегося в поле зрения сенсора;a computing device connected to a non-contact sensor, configured to obtain three-dimensional coordinates of the characteristic points of the human body in the field of view of the sensor;

модуль взаимодействия с бесконтактным сенсором, выполненный с возможностью получения первичных данных от бесконтактного сенсора и предварительной обработки полученных данных для последующей их передачи в модуль стабилометрических расчетов;a module for interaction with a non-contact sensor, configured to receive primary data from a non-contact sensor and pre-process the received data for their subsequent transfer to the stabilometric calculation module;

модуль стабилометрических расчетов, выполненный с возможностью расчета положения центра тяжести человека в трехмерной системе координат в реальном масштабе времени;a stabilometric calculation module, configured to calculate the position of the center of gravity of a person in a three-dimensional coordinate system in real time;

модуль анализа данных, выполненный с возможностью анализа и вычисления результатов о положении центра тяжести, полученных от модуля стабилометрических расчетов.a data analysis module configured to analyze and calculate the center of gravity position results obtained from the stabilometric calculation module.

В частном варианте реализации описываемого программно-аппаратного комплекса, модуль взаимодействия с бесконтактным сенсором выполнен с возможностью:In a particular embodiment of the described software and hardware complex, the contactless sensor interaction module is configured to:

автоматической калибровки положения оптической оси сенсора и преобразования получаемых точек координат из системы координат, связанной с положением сенсора в независимую гравитационную систему координат для обеспечения независимости значений, получаемых первичных данных от физического расположения сенсора;automatic calibration of the position of the optical axis of the sensor and transformation of the obtained coordinate points from the coordinate system associated with the position of the sensor into an independent gravitational coordinate system to ensure the independence of the values of the obtained primary data from the physical location of the sensor;

фильтрации и сглаживания первичных данных для увеличения точности последующих расчетов;filtering and smoothing primary data to increase the accuracy of subsequent calculations;

записи первичных данных для последующей эмуляции работы сенсора с возможностью постобработки из выбранного набора записей;records of primary data for subsequent emulation of the sensor operation with the possibility of post-processing from the selected set of records;

отправки предварительно обработанных первичных данных на вычислительное устройство.sending pre-processed primary data to a computing device.

В частном варианте реализации описываемого программно-аппаратного комплекса, модуль взаимодействия с бесконтактным сенсором имеет возможность осуществлять отправку предварительно обработанных первичных данных на вычислительное устройство, располагающееся в пределах локальной сети и имеющее возможность приема и обработки первичных данных.In a particular embodiment of the described software and hardware complex, the contactless sensor interaction module has the ability to send pre-processed primary data to a computing device located within the local network and capable of receiving and processing primary data.

В частном варианте реализации описываемого программно-аппаратного комплекса, модуль стабилометрических расчетов выполнен с возможностью:In a particular embodiment of the described software and hardware complex, the stabilometric calculation module is configured to:

построения трехмерной модели сегментов тела человека по данным, полученным от модуля взаимодействия с сенсором;building a three-dimensional model of human body segments according to the data received from the sensor interaction module;

вычисления текущего положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве на основании модели сегментов тела.calculating the current position of the center of gravity of a person in three-dimensional space based on the model of body segments.

В частном варианте реализации описываемого программно-аппаратного комплекса, модуль анализа данных выполнен с возможностью:In a particular implementation of the described hardware and software system, the data analysis module is configured to:

вычисления сводных и медицинских характеристик положения и скорости изменения положения центра тяжести;calculation of summary and medical characteristics of the position and rate of change in the position of the center of gravity;

построения временных последовательностей координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of time sequences of coordinates of the position and rate of change of the position of the center of gravity;

построения амплитудно-частотных характеристик координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of amplitude-frequency characteristics of the coordinates of the position and the rate of change of the position of the center of gravity;

построения статистических интервальных распределений координат положения и скорости изменения положения центра тяжести, в том числе и в полярном представлении.construction of statistical interval distributions of the coordinates of the position and the rate of change in the position of the center of gravity, including in the polar representation.

В частном варианте реализации описываемого программно-аппаратного комплекса, вычислительное устройство осуществляет связь с бесконтактным сенсором по USB-интерфейсу.In a particular embodiment of the described software and hardware complex, the computing device communicates with the contactless sensor via the USB interface.

Заявленный технический результат также достигается за счет способа бесконтактного вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве, реализуемого программно-аппаратным комплексом по п. 1, и содержащим этапы, на которых:The claimed technical result is also achieved through a method for non-contact calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space, implemented by the hardware and software system according to claim 1, and containing the steps in which:

посредством модуля взаимодействия с бесконтактным сенсором осуществляют получение первичных данных от бесконтактного сенсора и осуществляют предварительную обработку данных для последующей их передачи в модуль стабилометрических расчетов;by means of a module for interaction with a non-contact sensor, primary data is obtained from a non-contact sensor and data is pre-processed for their subsequent transmission to the stabilometric calculation module;

посредством модуля стабилометрических расчетов осуществляют расчет положения центра тяжести человека в трехмерной системе координат в реальном масштабе времени;by means of the module of stabilometric calculations, the position of the center of gravity of a person is calculated in a three-dimensional coordinate system in real time;

посредством модуля анализа данных осуществляют анализ и вычисление результатов о положении центра тяжести, полученных от модуля стабилометрических расчетов.by means of the data analysis module, the analysis and calculation of the results on the position of the center of gravity obtained from the module of stabilometric calculations are carried out.

В частном варианте реализации описываемого способа посредством модуля взаимодействия с бесконтактным сенсором осуществляют:In a particular embodiment of the described method, the following is carried out by means of a contactless sensor interaction module:

автоматическую калибровку положения оптической оси сенсора и преобразование получаемых точек координат из системы координат, связанной с положением сенсора, в независимую гравитационную систему координат для обеспечения независимости значений, получаемых первичных данных от физического расположения сенсора;automatic calibration of the position of the optical axis of the sensor and transformation of the obtained coordinate points from the coordinate system associated with the position of the sensor into an independent gravitational coordinate system to ensure the independence of the values obtained of the primary data from the physical location of the sensor;

фильтрацию и сглаживание первичных данных для увеличения точности последующих расчетов;filtering and smoothing of primary data to increase the accuracy of subsequent calculations;

запись первичных данных для последующей эмуляции работы сенсора с возможностью постобработки из выбранного набора записей;recording primary data for subsequent emulation of the sensor with the possibility of post-processing from the selected set of records;

отправку предварительно обработанных первичных данных на вычислительное устройство.sending pre-processed primary data to a computing device.

В частном варианте реализации описываемого способа посредством модуля стабилометрических расчетов осуществляют:In a particular embodiment of the described method, the following is carried out using the stabilometric calculation module:

построение трехмерной модели сегментов тела человека по данным, полученным от модуля взаимодействия с сенсором;building a three-dimensional model of human body segments according to the data received from the sensor interaction module;

вычисление текущего положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве на основании модели сегментов тела.calculation of the current position of the center of gravity of a person in three-dimensional space based on the model of body segments.

В частном варианте реализации описываемого способа посредством модуля анализа данных осуществляют:In a particular embodiment of the described method, the following is carried out by means of the data analysis module:

вычисление сводных и медицинских характеристик положения и скорости изменения положения центра тяжести;calculation of summary and medical characteristics of the position and rate of change in the position of the center of gravity;

построение временных последовательностей координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of time sequences of coordinates of the position and rate of change of the position of the center of gravity;

построение амплитудно-частотных характеристик координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of amplitude-frequency characteristics of the coordinates of the position and the rate of change of the position of the center of gravity;

построение статистических интервальных распределений координат положения и скорости изменения положения центра тяжести, в том числе и в полярном представлении.construction of statistical interval distributions of the coordinates of the position and the rate of change in the position of the center of gravity, including in the polar representation.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения. К заявке прилагаются следующие чертежи:The implementation of the invention will be described hereinafter in accordance with the accompanying drawings, which are presented to explain the essence of the invention and in no way limit the scope of the invention. The following drawings are attached to the application:

Фиг. 1 иллюстрирует структурную схему технического решения.Fig. 1 illustrates the block diagram of the technical solution.

Фиг. 2 иллюстрирует плоскости в трехмерном пространстве.Fig. 2 illustrates planes in 3D space.

Фиг. 3 иллюстрирует характерные точки тела, используемые в расчетах.Fig. 3 illustrates the characteristic points of the body used in the calculations.

Фиг. 4 иллюстрирует пример полученных результатов анализа.Fig. 4 illustrates an example of the analysis results obtained.

Фиг. 5 иллюстрирует систему координат бесконтактного сенсора.Fig. 5 illustrates the coordinate system of a non-contact sensor.

Фиг. 6 иллюстрирует пример общей схемы вычислительного устройства.Fig. 6 illustrates an example of a general design of a computing device.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.In the following detailed description of the implementation of the invention, numerous implementation details are provided to provide a clear understanding of the present invention. However, one skilled in the art will appreciate how the present invention can be used, both with and without these implementation details. In other instances, well-known methods, procedures, and components have not been described in detail so as not to unnecessarily obscure the features of the present invention.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.Furthermore, it will be clear from the foregoing that the invention is not limited to the present implementation. Numerous possible modifications, changes, variations and substitutions that retain the spirit and form of the present invention will be apparent to those skilled in the subject area.

Изобретение относится к области медицины и вычислительной техники, в частности, к задачам стабилометрического анализа, анализа биомеханики и кинематики движений, анализа походки человека.The invention relates to the field of medicine and computer technology, in particular, to the problems of stabilometric analysis, analysis of biomechanics and kinematics of movements, analysis of human gait.

Сферой применения предлагаемого технического решения является его использование в медицинской диагностике, реабилитации после травм, инсультов, при заболеваниях опорно-двигательного аппарата, спортивной медицине.The scope of the proposed technical solution is its use in medical diagnostics, rehabilitation after injuries, strokes, diseases of the musculoskeletal system, sports medicine.

Ключевой первичной информацией для последующей обработки в рамках решения вышеуказанных задач являются данные о положении центра тяжести человека в процессе проведения замеров в реальном масштабе времени.The key primary information for further processing in the framework of solving the above tasks is data on the position of the center of gravity of a person in the process of measuring in real time.

Известные из уровня техники технические решения используют традиционные существующие способы для вычисления положения центра тяжести человека (ЦТ), базирующиеся на использовании стабилометрических платформ (стабилоплатформ). Стабилоплатформа представляет собой неподвижную электромеханическую напольную платформу, снабженную датчиками измерения вертикально прилагаемой к ней силы для определения центра давления, создаваемого располагающимся на платформе человеком. Сигналы от тензометрических датчиков, измеряющих силы давления на опорную поверхность в разных точках, передаются на компьютер, где по этим данным выполняется расчет координат положения ЦТ в горизонтальной плоскости. Основными недостатками существующих решений являются следующие:Known from the prior art, technical solutions use traditional existing methods for calculating the position of the center of gravity of a person (CG), based on the use of stabilometric platforms (stabiloplatforms). The stabiloplatform is a stationary electromechanical floor platform equipped with sensors for measuring the force applied vertically to it to determine the center of pressure created by a person located on the platform. Signals from strain gauges that measure the pressure forces on the supporting surface at different points are transmitted to a computer, where these data are used to calculate the coordinates of the CG position in the horizontal plane. The main disadvantages of existing solutions are the following:

1) Необходимость нахождения человека для выполнения измерений на платформе, что не допускает вычисление положения ЦТ в процессе движения перемещающегося объекта (например, при анализе походки, бега, прыжков).1) The need for a person to be on the platform to perform measurements, which does not allow the calculation of the position of the CG during the movement of a moving object (for example, when analyzing gait, running, jumping).

2) Невозможность или высокую погрешность вычисления положения ЦТ для объекта, выполняющего интенсивные физические упражнения из-за воздействия инерционных сил на опору.2) The impossibility or high error in calculating the position of the CG for an object performing intense physical exercises due to the influence of inertial forces on the support.

3) Принципиальная невозможность определения положения ЦТ в трехмерном пространстве, так как методика вычислений по давлению на опору позволяет определить только проекции координат на горизонтальную плоскость.3) The fundamental impossibility of determining the position of the CG in three-dimensional space, since the method of calculating the pressure on the support allows you to determine only the projections of the coordinates on the horizontal plane.

Технической задачей настоящего изобретения является создание технического решения, которое позволило бы, с одной стороны, определять положение центра тяжести человека без необходимости его нахождения на каком-либо стационарном оборудовании (платформе), а, с другой стороны, определять положение центра тяжести человека не только для статического положения человека, но и для динамического, в том числе в процессе перемещения человека в пространстве (ходьба, бег, тренировки). Еще одним важным требованием для поставленной технической задачи является определение координат положения центра тяжести в трехмерном пространстве (в трех плоскостях, Фиг. 2).The technical objective of the present invention is to create a technical solution that would allow, on the one hand, to determine the position of the center of gravity of a person without the need for him to be on any stationary equipment (platform), and, on the other hand, to determine the position of the center of gravity of a person not only for static position of a person, but also for a dynamic one, including in the process of moving a person in space (walking, running, training). Another important requirement for the stated technical problem is to determine the coordinates of the position of the center of gravity in three-dimensional space (in three planes, Fig. 2).

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность, расширить доступность и упростить применение методик, основанных на анализе ЦТ, для следующих практических задач:The use of the proposed technical solution improves efficiency, expands the availability and simplifies the application of methods based on the analysis of DH for the following practical tasks:

1. Медицинская диагностика.1. Medical diagnostics.

2. Детальное исследование объема движений и баланса тела.2. Detailed study of range of motion and body balance.

3. Физическая реабилитация.3. Physical rehabilitation.

4. Медицинская экспертиза (доказательная медицина).4. Medical expertise (evidence-based medicine).

5. Спортивная медицина.5. Sports medicine.

6. Проведение научных исследований по кинематике и биомеханике человека.6. Conducting scientific research on human kinematics and biomechanics.

Предлагаемое техническое решение представляет собой программно-аппаратный комплекс в следующем составе:The proposed technical solution is a software and hardware complex in the following composition:

1. Вычислительное устройство;1. Computing device;

2. Бесконтактный сенсор;2. Non-contact sensor;

3. Модуль взаимодействия с сенсором;3. Module for interaction with the sensor;

4. Модуль стабилометрических расчетов;4. Module of stabilometric calculations;

5. Модуль анализа данных.5. Data analysis module.

Вычислительное устройство.Computing device.

Вычислительное устройство может быть соединено кабелем по интерфейсу USB с бесконтактным сенсором и содержать установленное программное обеспечение.The computing device can be connected by a USB cable to a non-contact sensor and contain installed software.

Бесконтактный сенсор.Non-contact sensor.

Бесконтактный сенсор - это лазерно-оптическая система, состоящая из одной или нескольких камер различных параметров и лазерного активного приемника-передатчика.A non-contact sensor is a laser-optical system consisting of one or more cameras of various parameters and a laser active receiver-transmitter.

Модуль взаимодействия с сенсором.Sensor interaction module.

Основной задачей модуля является получение первичных данных от сенсора и их предварительная обработка для последующего использования в модуле стабилометрических расчетов. Для решения этой задачи модуль обеспечивает следующие процессы обработки данных:The main task of the module is to obtain primary data from the sensor and pre-process them for subsequent use in the module of stabilometric calculations. To solve this problem, the module provides the following data processing processes:

1. Автоматическую калибровку положения оптической оси сенсора и преобразование получаемых координат точек из системы координат, связанной с положением сенсора, в независимую гравитационную систему координат для обеспечения независимости значений, получаемых первичных данных от физического расположения сенсора.1. Automatic calibration of the position of the optical axis of the sensor and transformation of the obtained point coordinates from the coordinate system associated with the position of the sensor into an independent gravitational coordinate system to ensure the independence of the values of the obtained primary data from the physical location of the sensor.

2. Фильтрацию и сглаживание первичных данных для увеличения точности последующих расчетов.2. Filtering and smoothing of primary data to increase the accuracy of subsequent calculations.

3. Режимы записи первичных данных с последующей эмуляцией работы сенсора для постобработки из выбранного набора записей.3. Modes of recording primary data with subsequent emulation of the sensor for post-processing from the selected set of records.

4. Поставку предварительно обработанных первичных данных как получателям на том же компьютере, так и получателям на любом компьютере в пределах локальной сети.4. Delivery of pre-processed primary data both to recipients on the same computer and to recipients on any computer within the local network.

Особенностями модуля являются реализация построения трехмерной модели тела человека в независимой системе координат в реальном масштабе времени и возможность внедрения его в системы сетевой распределенной обработки данных. Кроме того, получаемая модель тела человека может использоваться не только для решения задачи стабилометрического анализа, но и для других важных медицинских областей, таких как: биомеханика, кинематика движений, анализ походки и т.п.The features of the module are the implementation of building a three-dimensional model of the human body in an independent coordinate system in real time and the possibility of introducing it into systems of network distributed data processing. In addition, the resulting model of the human body can be used not only to solve the problem of stabilometric analysis, but also for other important medical areas, such as: biomechanics, kinematics of movements, gait analysis, etc.

Модуль стабилометрических расчетов.Module of stabilometric calculations.

Основной задачей модуля является расчет положения центра тяжести человека в трехмерной системе координат в реальном масштабе времени. Для решения этой задачи модуль обеспечивает следующие процессы обработки данных:The main task of the module is to calculate the position of the center of gravity of a person in a three-dimensional coordinate system in real time. To solve this problem, the module provides the following data processing processes:

1. Построение трехмерной модели сегментов тела человека по данным, полученным от модуля взаимодействия с сенсором;1. Building a three-dimensional model of human body segments based on data received from the sensor interaction module;

2. Вычисление текущего положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве, на основании модели сегментов тела;2. Calculation of the current position of the center of gravity of a person in three-dimensional space, based on the model of body segments;

Особенностью модуля является реализация методики вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве по координатам характерных точек тела человека.A feature of the module is the implementation of a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space according to the coordinates of the characteristic points of the human body.

Модуль анализа данных.Data analysis module.

Основной задачей модуля является анализ и вычисление результатов о положении центра тяжести, полученных от модуля стабилометрических расчетов. Для решения данной задачи модуль обеспечивает следующие процессы обработки данных:The main task of the module is to analyze and calculate the results on the position of the center of gravity obtained from the module of stabilometric calculations. To solve this problem, the module provides the following data processing processes:

1. Вычисление сводных и специализированных медицинских характеристик положения и скорости изменения положения центра тяжести, включая экстремумы значений, средние значения, REC, RMS, С90.1. Calculation of summary and specialized medical characteristics of the position and rate of change of the position of the center of gravity, including extreme values, average values, REC, RMS, C90.

2. Построение временных последовательностей координат положения и скорости изменения положения центра тяжести.2. Construction of time sequences of coordinates of the position and rate of change in the position of the center of gravity.

3. Построение амплитудно-частотных характеристик координат положения и скорости изменения положения центра тяжести.3. Construction of the amplitude-frequency characteristics of the coordinates of the position and the rate of change in the position of the center of gravity.

4. Построение статистических интервальных распределений координат положения и скорости изменения положения центра тяжести, в том числе и в полярном представлении.4. Construction of statistical interval distributions of the coordinates of the position and the rate of change in the position of the center of gravity, including in the polar representation.

Особенностью модуля является расчет и получение вышеуказанных характеристик для каждой из трех плоскостей: горизонтальной, фронтальной и сагиттальной. Приведенные ранее аналоги выдают результаты только для горизонтальной плоскости, вследствие принципиально другой методики получения исходных данных.A feature of the module is the calculation and obtaining of the above characteristics for each of the three planes: horizontal, frontal and sagittal. The analogues given earlier give results only for the horizontal plane, due to a fundamentally different methodology for obtaining the initial data.

Настоящее техническое решение сводится к применению бесконтактного сенсора для получения координат характерных точек тела человека с дальнейшей их обработкой вычислительными алгоритмами для получения конечных результатов.This technical solution is reduced to the use of a non-contact sensor to obtain the coordinates of the characteristic points of the human body with their further processing by computational algorithms to obtain the final results.

Бесконтактный сенсор представляет собой устройство для получения трехмерных координат характерных точек тела человека (Фиг. 3), находящегося в поле зрения сенсора. Диапазон дальности до человека для оптимальной работы сенсора составляет от 1.5 до 6 метров. В процессе работы сенсор выдает значения трехмерных координат 20-ти характерных точек тела в реальном масштабе времени с частотой около 30 раз в секунду. Бесконтактный сенсор является устройством, содержащим в своей конструкции камеры, работающие в видимом оптическом и инфракрасном (ИК) диапазонах, активные ИК излучатели и микропроцессор обработки данных. При нахождении человека (Фиг. 1, поз. 101) в поле зрения сенсора (Фиг. 5, поз. 503), устройство определяет характерный контур фигуры человека с помощью камер и выполняет замеры трехмерных координат характерных точек тела (Фиг. 3) с помощью активных ИК излучателей. В результате сенсор выдает в реальном масштабе времени трехмерные координаты характерных точек тела в системе координат, связанных с оптической осью сенсора (Фиг. 5, поз. 502).A non-contact sensor is a device for obtaining three-dimensional coordinates of the characteristic points of the human body (Fig. 3) located in the field of view of the sensor. The range of distance to a person for optimal sensor operation is from 1.5 to 6 meters. During operation, the sensor outputs the values of three-dimensional coordinates of 20 characteristic points of the body in real time at a frequency of about 30 times per second. A non-contact sensor is a device containing in its design cameras operating in the visible optical and infrared (IR) ranges, active IR emitters and a data processing microprocessor. When a person (Fig. 1, pos. 101) is in the field of view of the sensor (Fig. 5, pos. 503), the device determines the characteristic contour of the human figure using cameras and measures the three-dimensional coordinates of the characteristic points of the body (Fig. 3) using active IR emitters. As a result, the sensor provides real-time three-dimensional coordinates of the characteristic points of the body in the coordinate system associated with the optical axis of the sensor (Fig. 5, pos. 502).

Такие характеристики позволяют решить поставленную техническую задачу для двигающегося человека и получать итоговые результаты в трехмерном пространстве. Таким образом, от сенсора принимаются трехмерные координаты каждой характерной точки в системе координат (СК), связанной с сенсором (Фиг. 5):Such characteristics make it possible to solve the set technical problem for a moving person and obtain the final results in three-dimensional space. Thus, three-dimensional coordinates of each characteristic point in the coordinate system (CS) associated with the sensor are received from the sensor (Fig. 5):

Figure 00000001
Figure 00000001

Учитывая то, что оптическая ось сенсора может не находиться в горизонтальной плоскости, требуется преобразование полученных координат в СК, где ось Y совпадает с гравитационной вертикалью. Угол наклона оптической оси вычисляется как:Considering that the optical axis of the sensor may not be in the horizontal plane, it is required to transform the obtained coordinates into the CS, where the Y axis coincides with the gravitational vertical. The tilt angle of the optical axis is calculated as:

Figure 00000002
Figure 00000002

где: z и у - соответствующие составляющие кватерниона плоскости пола, определенного сенсором. Используя полученный угол наклона, выполняется преобразование координат характерных точек тела в гравитационную СК:where: z and y are the corresponding components of the quaternion of the floor plane determined by the sensor. Using the obtained angle of inclination, the coordinates of the characteristic points of the body are transformed into the gravitational CS:

Figure 00000003
Figure 00000003

Завершающим этапом обработки первичных данных от сенсора является преобразование координат характерных точек в локальную СК, связанную с человеком. За точку начала локальной СК принимается средняя точка между проекциями ступней на опорную поверхность (пол), при этом плоскость осей XY учитывает поворот тела человека относительно сенсора:The final stage in the processing of primary data from the sensor is the transformation of the coordinates of characteristic points into a local CS associated with a person. The midpoint between the projections of the feet on the supporting surface (floor) is taken as the start point of the local SC, while the XY axes plane takes into account the rotation of the human body relative to the sensor:

Figure 00000004
Figure 00000004

Где: х, у, z - координаты точки начала локальной СК в глобальной СК; β - угол поворота тела.Where: x, y, z - coordinates of the point of origin of the local CS in the global CS; β - body rotation angle.

После обработки первичных данных выполняются основные вычисления и анализ полученных данных. Для расчета координат ЦТ человека строится модель сегментов тела в трехмерном пространстве, где координаты ЦТ каждого сегмента тела рассчитываются как:After processing the primary data, the main calculations and analysis of the obtained data are performed. To calculate the coordinates of the human CG, a model of body segments is built in three-dimensional space, where the coordinates of the CG of each body segment are calculated as:

Figure 00000005
Figure 00000005

где: индекс н - характерная точка тела, являющаяся началом сегмента тела; индекс к - характерная точка тела, являющаяся окончанием сегмента тела; r - безразмерное статистическое смещение (от 0 до 1) координат ЦТ сегмента, относительно его начала.where: index n - characteristic point of the body, which is the beginning of the body segment; index k - characteristic point of the body, which is the end of the body segment; r - dimensionless statistical shift (from 0 to 1) of the coordinates of the segment's CG, relative to its beginning.

В модели используются 14 основных значимых сегментов, выделенных на теле человека. На основании полученной модели сегментов тела человека выполняется расчет координат ЦТ человека в трехмерном пространстве по формуле:The model uses 14 main significant segments identified on the human body. Based on the obtained model of human body segments, the coordinates of the human CG in three-dimensional space are calculated using the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где: w - безразмерная статистическая доля (от 0 до 1) массы сегмента в общей массе тела человека.where: w is a dimensionless statistical fraction (from 0 to 1) of the mass of the segment in the total mass of the human body.

Дополнительно, для кинематического и динамического анализа движения тела, выполняется расчет скоростей и ускорений характерных точек тела методом численного дифференцирования:Additionally, for the kinematic and dynamic analysis of the motion of the body, the calculation of the velocities and accelerations of the characteristic points of the body is performed by the method of numerical differentiation:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где: V - скорость характерной точки тела в момент времени t; А - ускорение характерной точки тела в момент времени t.where: V - speed of the characteristic point of the body at time t; A - acceleration of the characteristic point of the body at time t.

Вышеуказанные алгоритмы и методики использованы в техническом решении в виде реализации программно-аппаратного комплекса.The above algorithms and techniques are used in the technical solution in the form of an implementation of a software and hardware complex.

Поток данных с координатами характерных точек тела от сенсора (Фиг. 1, поз. 103) получает Модуль взаимодействия с сенсором (Фиг. 1, поз. 104). Так как получаемые координаты точек тела привязаны к системе координат сенсора (Фиг. 5), то прямое их использование в дальнейших расчетах может привести к значительным погрешностям в случаях, когда оптическая ось сенсора (Фиг. 5, поз. 502) не находится в гравитационной горизонтальной плоскости. Данную проблему можно решить, если при установке сенсора использовать дополнительные измерительные инструменты для его юстировки. Однако, такое решение не является оптимальным, так как усложняет процесс использования комплекса. В данном техническом решении применен более оптимальный способ - автоматическая программная юстировка. Программная юстировка использует данные о расположении плоскости пола, получаемых от сенсора и, с заданной периодичностью, вычисляет положение оптической оси сенсора (Фиг. 5, поз. 502) в гравитационной системе координат. На основании этих данных Модуль выполняет преобразование координат точек тела из системы координат сенсора в гравитационную систему координат. Для полученного набора координат Модуль применяет функции сглаживания и фильтрации данных для компенсации возможных погрешностей измерений сенсора. Модуль содержит три встроенных алгоритма сглаживания и фильтрации, использование которых задается в его настройках. Кроме реализации процессов получения и обработки данных от сенсора в реальном масштабе времени, Модуль содержит функции сохранения потоков первичных данных в хранилище (Фиг. 1, поз. 105) с возможностью полной эмуляции работы сенсора для пост-обработки данных. Модуль выполнен как отдельное приложение-сервис и реализует функцию поставки данных как для приложений-клиентов на том же компьютере, так и для приложений-клиентов в локальной сети по протоколу TCP/IP (Фиг. 1, поз. 106). Таким образом, Модуль взаимодействия с сенсором реализует формирование наборов координат точек тела в гравитационной системе координат со сглаженными значениями координат и последующую поставку наборов данных локальным и/или удаленным клиентам в реальном масштабе времени.The data stream with the coordinates of the characteristic points of the body from the sensor (Fig. 1, pos. 103) receives the Module for interaction with the sensor (Fig. 1, pos. 104). Since the obtained coordinates of the body points are tied to the sensor coordinate system (Fig. 5), their direct use in further calculations can lead to significant errors in cases where the optical axis of the sensor (Fig. 5, pos. 502) is not in the gravitational horizontal planes. This problem can be solved if additional measuring tools are used to align the sensor when installing the sensor. However, this solution is not optimal, as it complicates the process of using the complex. In this technical solution, a more optimal method is used - automatic software adjustment. Software adjustment uses data on the location of the floor plane received from the sensor and, with a given frequency, calculates the position of the optical axis of the sensor (Fig. 5, pos. 502) in the gravitational coordinate system. Based on these data, the Module converts the coordinates of body points from the sensor coordinate system to the gravitational coordinate system. For the obtained set of coordinates, the Module applies the functions of data smoothing and filtering to compensate for possible sensor measurement errors. The module contains three built-in smoothing and filtering algorithms, the use of which is specified in its settings. In addition to implementing the processes of receiving and processing data from the sensor in real time, the Module contains the functions of saving primary data flows in the storage (Fig. 1, pos. 105) with the possibility of full emulation of the sensor operation for data post-processing. The module is designed as a separate service application and implements the function of data delivery both for client applications on the same computer and for client applications in the local network via the TCP/IP protocol (Fig. 1, item 106). Thus, the Sensor Interaction Module implements the formation of sets of coordinates of body points in a gravitational coordinate system with smoothed coordinate values and the subsequent delivery of data sets to local and/or remote clients in real time.

Поток данных (Фиг. 1, поз. 106) от Модуля взаимодействия с сенсором (Фиг. 1, поз. 104) получает Модуль стабилометрических расчетов (Фиг. 1, поз. 107). Ключевой методикой, реализованной в Модуле, является алгоритм расчета трехмерных координат текущего положения центра тяжести человека по текущим значениям координат характерных точек тела (Фиг. 3). Реализация алгоритма выполняет следующие последовательные действия:The data stream (Fig. 1, pos. 106) from the Module for interaction with the sensor (Fig. 1, pos. 104) receives the Module of stabilometric calculations (Fig. 1, pos. 107). The key technique implemented in the Module is the algorithm for calculating the three-dimensional coordinates of the current position of the center of gravity of a person from the current values of the coordinates of the characteristic points of the body (Fig. 3). The implementation of the algorithm performs the following sequential actions:

1. Преобразование координат характерных точек тела в локальную систему координат модели тела человека;1. Transformation of the coordinates of the characteristic points of the body into the local coordinate system of the human body model;

2. Построение модели сегментов тела человека в локальной системе координат. Сегментами модели являются плечи, предплечья, ладони, бедра, голени, стопы и т.д;2. Building a model of human body segments in a local coordinate system. The segments of the model are shoulders, forearms, palms, thighs, shins, feet, etc.;

3. Вычисление текущего положения центра тяжести на основании положений в пространстве сегментов тела и их среднестатистических долей в общем весе человека. В результате Модуль стабилометрических расчетов реализует расчет текущего положения центра тяжести в локальной трехмерной системе координат, связанной с человеком (Фиг. 2) в реальном масштабе времени.3. Calculation of the current position of the center of gravity based on the positions in space of body segments and their average statistical shares in the total weight of a person. As a result, the Module of stabilometric calculations implements the calculation of the current position of the center of gravity in a local three-dimensional coordinate system associated with a person (Fig. 2) in real time.

Поток трехмерных координат положения центра тяжести (Фиг. 1, поз.108) от Модуля стабилометрических расчетов (Фиг. 1, поз.107) получает Модуль анализа данных (Фиг. 1, поз.109). Для анализа получаемых данных модуль применяет следующие методики:The stream of three-dimensional coordinates of the position of the center of gravity (Fig. 1, pos.108) from the Module of stabilometric calculations (Fig. 1, pos.107) receives the Data Analysis Module (Fig. 1, pos.109). To analyze the received data, the module uses the following methods:

1. Численное дифференцирование значений координат положения центра тяжести для получения скоростей смещения центра тяжести для каждой из трех пространственных координат.1. Numerical differentiation of the values of the coordinates of the position of the center of gravity to obtain the velocities of the displacement of the center of gravity for each of the three spatial coordinates.

2. Алгоритмы для вычисления сводных специализированных медицинских характеристик.2. Algorithms for calculating summary specialized medical characteristics.

3. Алгоритмы преобразования Фурье для получения амплитудно-частотных характеристик и частотного анализа.3. Fourier transform algorithms for obtaining amplitude-frequency characteristics and frequency analysis.

4. Алгоритмы статистического анализа для получения интервальных распределений.4. Statistical analysis algorithms for obtaining interval distributions.

Результирующие данные сгруппированы отдельно для каждой из трех плоскостей (Фиг. 2), которые содержат следующие данные, отдельно для положения и скорости центра тяжести:The resulting data is grouped separately for each of the three planes (Fig. 2), which contain the following data, separately for the position and speed of the center of gravity:

1. Сводные данные;1. Summary data;

2. Временные последовательности;2. Time sequences;

3. Амплитудно-частотные характеристики;3. Amplitude-frequency characteristics;

4. Интервальные распределения;4. Interval distributions;

5. Полярные распределения.5. Polar distributions.

В результате, Модуль анализа данных обеспечивает широкий набор данных по результатам анализа трехмерных координат положения и скорости изменения положения центра тяжести (Фиг. 4, поз.401), которые представлены как в графическом (Фиг. 4, поз.402), так и в табличном (Фиг. 4, поз.403) видах.As a result, the Data Analysis Module provides a wide range of data on the results of the analysis of three-dimensional coordinates of the position and the rate of change of the position of the center of gravity (Fig. 4, pos. 401), which are presented both in graphic (Fig. 4, pos. 402) and in tabular (Fig. 4, pos.403) types.

Для иллюстрации технического решения приведены фигуры чертежей.To illustrate the technical solution, figures of the drawings are given.

На Фиг. 1 представлена структурная схема технического решения.On FIG. 1 shows a block diagram of the technical solution.

Позиции:Positions:

101. Пациент;101. Patient;

102. Бесконтактный сенсор;102. Non-contact sensor;

103. Поток данных с координатами характерных точек тела;103. Data stream with coordinates of characteristic points of the body;

104. Программный модуль взаимодействия с сенсором;104. Software module for interaction with the sensor;

105. Хранилище первичных данных для пост-обработки;105. Storage of primary data for post-processing;

106. Поток предварительно обработанных первичных данных;106. The flow of pre-processed primary data;

107. Программный модуль стабилометрических расчетов;107. Software module for stabilometric calculations;

108. Поток данных с координатами центра тяжести;108. Data stream with coordinates of the center of gravity;

109. Программный модуль анализа данных;109. Software module for data analysis;

110. Результаты анализа.110. Analysis results.

На Фиг. 2 далее представлены плоскости в трехмерном пространстве. Позиции:On FIG. 2 further represents planes in three-dimensional space. Positions:

201. Фронтальная плоскость;201. Frontal plane;

202. Сагиттальная плоскость;202. Sagittal plane;

203. Горизонтальная плоскость;203. Horizontal plane;

На Фиг. 3 далее представлены характерные точки тела, используемые в ^счетах.On FIG. Figure 3 below shows the characteristic points of the body used in the t-counts.

Позиции:Positions:

300. Центр таза;300. Center of the pelvis;

301. Центр позвоночника;301. Center of spine;

302. Шея;302. Neck;

303. Голова;303. Head;

304. Левое плечо;304. Left shoulder;

305. Левый локоть;305. Left elbow;

306. Левое запястье;306. Left wrist;

307. Левая ладонь;307. Left palm;

308. Правое плечо;308. Right shoulder;

309. Правый локоть;309. Right elbow;

310. Правое запястье;310. Right wrist;

311. Правая ладонь;311. Right palm;

312. Левое бедро;312. Left thigh;

313. Левое колено;313. Left knee;

314. Левая лодыжка;314. Left ankle;

315. Левая ступня;315. Left foot;

316. Правое бедро;316. Right thigh;

317. Правое колено;317. Right knee;

318. Правая лодыжка;318. Right ankle;

319. Правая ступня;319. Right foot;

320. Центр между ключицами.320. Center between collarbones.

На Фиг. 4 представлен пример полученных результатов анализа. Позиции:On FIG. 4 shows an example of the obtained results of the analysis. Positions:

401. Список для выбора расчетной характеристики (в примере выбрана стабилограмма центра тяжести для фронтальной плоскости);401. List for selecting the design characteristic (in the example, the stabilogram of the center of gravity for the frontal plane is selected);

402. Графическое представление значений результатов выбранной расчетной характеристики;402. Graphical representation of the values of the results of the selected design characteristic;

403. Табличное представление значений результатов выбранной расчетной характеристики.403. Tabular presentation of the values of the results of the selected design characteristic.

На Фиг. 5 представлена система координат бесконтактного сенсора. Позиции:On FIG. 5 shows the coordinate system of the non-contact sensor. Positions:

501. Бесконтактный сенсор;501. Non-contact sensor;

502. Оптическая ось сенсора;502. Optical axis of the sensor;

503. Поле зрения сенсора.503. Field of view of the sensor.

На Фиг. 6 далее будет представлена общая схема вычислительного устройства (600), обеспечивающего обработку данных, необходимую для реализации заявленного решения.On FIG. 6, the general scheme of the computing device (600) will be presented below, providing the data processing necessary to implement the claimed solution.

В общем случае устройство (600) содержит такие компоненты, как: один или более процессоров (601), по меньшей мере одну память (602), средство хранения данных (603), интерфейсы ввода/вывода (604), средство В/В (605), средства сетевого взаимодействия (606).In general, the device (600) contains components such as: one or more processors (601), at least one memory (602), data storage (603), input/output interfaces (604), I/O ( 605), networking tools (606).

Процессор (601) устройства выполняет основные вычислительные операции, необходимые для функционирования устройства (600) или функциональности одного или более его компонентов. Процессор (601) исполняет необходимые машиночитаемые команды, содержащиеся в оперативной памяти (602).The processor (601) of the device performs the basic computing operations necessary for the operation of the device (600) or the functionality of one or more of its components. The processor (601) executes the necessary machine-readable instructions contained in the main memory (602).

Память (602), как правило, выполнена в виде ОЗУ и содержит необходимую программную логику, обеспечивающую требуемый функционал.The memory (602) is typically in the form of RAM and contains the necessary software logic to provide the desired functionality.

Средство хранения данных (603) может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти, оптических накопителей информации (CD, DVD, MD, Blue-Ray дисков) и т.п. Средство (603) позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации, например, вышеупомянутых файлов с наборами данных пользователей, базы данных, содержащих записи измеренных для каждого пользователя временных интервалов, идентификаторов пользователей и т.п.The data storage means (603) can be in the form of HDD, SSD disks, raid array, network storage, flash memory, optical information storage devices (CD, DVD, MD, Blue-Ray disks), etc. The means (603) allows long-term storage of various types of information, for example, the aforementioned files with user data sets, a database containing records of time intervals measured for each user, user identifiers, etc.

Интерфейсы (604) представляют собой стандартные средства для подключения и работы с серверной частью, например, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire и т.п.Interfaces (604) are standard means for connecting and working with the server part, for example, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire, etc.

Выбор интерфейсов (604) зависит от конкретного исполнения устройства (600), которое может представлять собой персональный компьютер, мейнфрейм, серверный кластер, тонкий клиент, смартфон, ноутбук и т.п.The choice of interfaces (604) depends on the specific implementation of the device (600), which can be a personal computer, mainframe, server cluster, thin client, smartphone, laptop, and the like.

В качестве средств В/В данных (605) в любом воплощении системы, реализующей описываемый способ, должна использоваться клавиатура. Аппаратное исполнение клавиатуры может быть любым известным: это может быть как встроенная клавиатура, используемая на ноутбуке или нетбуке, так и обособленное устройство, подключенное к настольному компьютеру, серверу или иному компьютерному устройству. Подключение при этом может быть, как проводным, при котором соединительный кабель клавиатуры подключен к порту PS/2 или USB, расположенному на системном блоке настольного компьютера, так и беспроводным, при котором клавиатура осуществляет обмен данными по каналу беспроводной связи, например, радиоканалу, с базовой станцией, которая, в свою очередь, непосредственно подключена к системному блоку, например, к одному из USB-портов. Помимо клавиатуры, в составе средств В/В данных также может использоваться: джойстик, дисплей (сенсорный дисплей), проектор, тачпад, манипулятор мышь, трекбол, световое перо, динамики, микрофон и т.п.As means of I/O data (605) in any embodiment of the system that implements the described method, the keyboard must be used. The keyboard hardware can be any known: it can be either a built-in keyboard used on a laptop or netbook, or a separate device connected to a desktop computer, server, or other computer device. In this case, the connection can be either wired, in which the keyboard connection cable is connected to the PS / 2 or USB port located on the system unit of the desktop computer, or wireless, in which the keyboard exchanges data via a wireless communication channel, for example, a radio channel, with base station, which, in turn, is directly connected to the system unit, for example, to one of the USB ports. In addition to the keyboard, I/O devices can also use: joystick, display (touchscreen), projector, touchpad, mouse, trackball, light pen, speakers, microphone, etc.

Средства сетевого взаимодействия (606) выбираются из устройства, обеспечивающего сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п.С помощью средств (605) обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM.Means of networking (606) are selected from a device that provides network reception and transmission of data, for example, an Ethernet card, WLAN/Wi-Fi module, Bluetooth module, BLE module, NFC module, IrDa, RFID module, GSM modem, etc. With the help of tools (605) the organization of data exchange over a wired or wireless data transmission channel, for example, WAN, PAN, LAN (LAN), Intranet, Internet, WLAN, WMAN or GSM, is provided.

Компоненты устройства (600) сопряжены посредством общей шины передачи данных (610).The components of the device (600) are coupled via a common data bus (610).

В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.In these application materials, a preferred disclosure of the implementation of the claimed technical solution was presented, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation, which do not go beyond the requested scope of legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.

Claims (37)

1. Программно-аппаратный комплекс для бесконтактного вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве, содержащий:1. Software and hardware complex for non-contact calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space, containing: вычислительное устройство, соединенное с бесконтактным сенсором, выполненным с возможностью получения трехмерных координат характерных точек тела человека, находящегося в поле зрения сенсора;a computing device connected to a non-contact sensor, configured to obtain three-dimensional coordinates of the characteristic points of the human body in the field of view of the sensor; модуль взаимодействия с бесконтактным сенсором, выполненный с возможностью:module for interaction with a non-contact sensor, configured to: получения первичных данных от бесконтактного сенсора и предварительной обработки полученных данных для последующей их передачи в модуль стабилометрических расчетов;obtaining primary data from a non-contact sensor and pre-processing the received data for their subsequent transfer to the stabilometric calculation module; автоматической калибровки положения оптической оси сенсора и преобразования получаемых точек координат из системы координат, связанной с положением сенсора, в независимую гравитационную систему координат для обеспечения независимости значений получаемых первичных данных от физического расположения сенсора;automatic calibration of the position of the optical axis of the sensor and transformation of the obtained coordinate points from the coordinate system associated with the position of the sensor into an independent gravitational coordinate system to ensure the independence of the values of the obtained primary data from the physical location of the sensor; фильтрации и сглаживания первичных данных для увеличения точности последующих расчетов;filtering and smoothing primary data to increase the accuracy of subsequent calculations; записи первичных данных для последующей эмуляции работы сенсора с возможностью постобработки из выбранного набора записей;records of primary data for subsequent emulation of the sensor operation with the possibility of post-processing from the selected set of records; отправки предварительно обработанных первичных данных на вычислительное устройство;sending pre-processed primary data to a computing device; модуль стабилометрических расчетов, выполненный с возможностью расчета положения центра тяжести человека в трехмерной системе координат в реальном масштабе времени;a stabilometric calculation module, configured to calculate the position of the center of gravity of a person in a three-dimensional coordinate system in real time; модуль анализа данных, выполненный с возможностью анализа и вычисления результатов о положении центра тяжести, полученных от модуля стабилометрических расчетов.a data analysis module configured to analyze and calculate the center of gravity position results obtained from the stabilometric calculation module. 2. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, в котором модуль взаимодействия с бесконтактным сенсором имеет возможность осуществлять отправку предварительно обработанных первичных данных на вычислительное устройство, располагающееся в пределах локальной сети и имеющее возможность приема и обработки первичных данных.2. The hardware-software complex according to claim 1, in which the contactless sensor interaction module has the ability to send pre-processed primary data to a computing device located within the local network and capable of receiving and processing primary data. 3. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, в котором модуль стабилометрических расчетов выполнен с возможностью:3. The software and hardware system according to claim 1, in which the stabilometric calculation module is configured to: построения трехмерной модели сегментов тела человека по данным, полученным от модуля взаимодействия с сенсором;building a three-dimensional model of human body segments according to the data received from the sensor interaction module; вычисления текущего положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве на основании модели сегментов тела.calculating the current position of the center of gravity of a person in three-dimensional space based on the model of body segments. 4. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, в котором модуль анализа данных выполнен с возможностью:4. The software and hardware system according to claim 1, in which the data analysis module is configured to: вычисления сводных и медицинских характеристик положения и скорости изменения положения центра тяжести;calculation of summary and medical characteristics of the position and rate of change in the position of the center of gravity; построения временных последовательностей координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of time sequences of coordinates of the position and rate of change of the position of the center of gravity; построения амплитудно-частотных характеристик координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of amplitude-frequency characteristics of the coordinates of the position and the rate of change of the position of the center of gravity; построения статистических интервальных распределений координат положения и скорости изменения положения центра тяжести, в том числе и в полярном представлении.construction of statistical interval distributions of the coordinates of the position and the rate of change in the position of the center of gravity, including in the polar representation. 5. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, в котором вычислительное устройство выполнено с возможностью осуществлять связь с бесконтактным сенсором по USB-интерфейсу.5. The software and hardware system according to claim 1, in which the computing device is configured to communicate with the contactless sensor via a USB interface. 6. Способ бесконтактного вычисления положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве, реализуемый программно-аппаратным комплексом по п. 1, содержащий этапы, на которых:6. A method for non-contact calculation of the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space, implemented by the hardware-software complex according to claim 1, containing the steps in which: посредством модуля взаимодействия с бесконтактным сенсором осуществляют:through the module of interaction with a contactless sensor, the following is carried out: получение первичных данных от бесконтактного сенсора и осуществляют предварительную обработку данных для последующей их передачи в модуль стабилометрических расчетов;obtaining primary data from a non-contact sensor and pre-processing the data for their subsequent transfer to the module of stabilometric calculations; автоматическую калибровку положения оптической оси сенсора и преобразование получаемых точек координат из системы координат, связанной с положением сенсора, в независимую гравитационную систему координат для обеспечения независимости значений получаемых первичных данных от физического расположения сенсора;automatic calibration of the position of the optical axis of the sensor and transformation of the obtained coordinate points from the coordinate system associated with the position of the sensor into an independent gravitational coordinate system to ensure the independence of the values of the obtained primary data from the physical location of the sensor; фильтрацию и сглаживание первичных данных для увеличения точности последующих расчетов;filtering and smoothing primary data to increase the accuracy of subsequent calculations; запись первичных данных для последующей эмуляции работы сенсора с возможностью постобработки из выбранного набора записей;recording primary data for subsequent emulation of the sensor with the possibility of post-processing from the selected set of records; отправку предварительно обработанных первичных данных на вычислительное устройство;sending pre-processed primary data to a computing device; посредством модуля стабилометрических расчетов осуществляют расчет положения центра тяжести человека в трехмерной системе координат в реальном масштабе времени;by means of the module of stabilometric calculations, the position of the center of gravity of a person is calculated in a three-dimensional coordinate system in real time; посредством модуля анализа данных осуществляют анализ и вычисление результатов о положении центра тяжести, полученных от модуля стабилометрических расчетов.by means of the data analysis module, the analysis and calculation of the results on the position of the center of gravity obtained from the stabilometric calculation module are carried out. 7. Способ по п. 6, в котором посредством модуля стабилометрических расчетов осуществляют:7. The method according to claim 6, in which the following is carried out using the stabilometric calculation module: построение трехмерной модели сегментов тела человека по данным, полученным от модуля взаимодействия с сенсором;building a three-dimensional model of human body segments according to the data received from the sensor interaction module; вычисление текущего положения центра тяжести человека в трехмерном пространстве на основании модели сегментов тела.calculation of the current position of the center of gravity of a person in three-dimensional space based on the model of body segments. 8. Способ по п. 6, в котором посредством модуля анализа данных осуществляют:8. The method according to claim 6, in which the following is carried out by means of the data analysis module: вычисление сводных и медицинских характеристик положения и скорости изменения положения центра тяжести;calculation of summary and medical characteristics of the position and rate of change in the position of the center of gravity; построение временных последовательностей координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of time sequences of coordinates of the position and rate of change of the position of the center of gravity; построение амплитудно-частотных характеристик координат положения и скорости изменения положения центра тяжести;construction of amplitude-frequency characteristics of the coordinates of the position and the rate of change of the position of the center of gravity; построение статистических интервальных распределений координат положения и скорости изменения положения центра тяжести, в том числе и в полярном представлении.construction of statistical interval distributions of the coordinates of the position and the rate of change in the position of the center of gravity, including in the polar representation.
RU2021110076A 2021-04-12 2021-04-12 Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor RU2768183C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110076A RU2768183C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor
CN202280029957.1A CN117177710A (en) 2021-04-12 2022-05-20 Hardware and software system and method for calculating a person's weight center position in three-dimensional space using a contactless sensor
PCT/RU2022/050161 WO2022220708A1 (en) 2021-04-12 2022-05-20 Hardware-software system for computing the position of a person's centre of gravity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110076A RU2768183C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768183C1 true RU2768183C1 (en) 2022-03-23

Family

ID=80819331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110076A RU2768183C1 (en) 2021-04-12 2021-04-12 Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN117177710A (en)
RU (1) RU2768183C1 (en)
WO (1) WO2022220708A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002213923A (en) * 2001-01-24 2002-07-31 Sunlit Sangyo Co Ltd Method of measuring automatically three-dimensional coordinates, method of measuring human body coordinates using the same, instrument for measuring automatically three-dimensional coordinates, and instrument for measuring automatically human body coordinates
US20050182341A1 (en) * 2004-02-13 2005-08-18 Ken Katayama Posture diagnosis equipment and program therefor
RU2442533C2 (en) * 2010-01-27 2012-02-20 Александр Николаевич Новосельский Hardware system for complex registration, analasys and modeling of structural motor apparatus of a person
WO2013084031A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Ku Siu Fung System for motion tracking and comparison
RU2665957C2 (en) * 2016-11-15 2018-09-05 Закрытое акционерное общество ОКБ "РИТМ" (ЗАО ОКБ "РИТМ") Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002213923A (en) * 2001-01-24 2002-07-31 Sunlit Sangyo Co Ltd Method of measuring automatically three-dimensional coordinates, method of measuring human body coordinates using the same, instrument for measuring automatically three-dimensional coordinates, and instrument for measuring automatically human body coordinates
US20050182341A1 (en) * 2004-02-13 2005-08-18 Ken Katayama Posture diagnosis equipment and program therefor
RU2442533C2 (en) * 2010-01-27 2012-02-20 Александр Николаевич Новосельский Hardware system for complex registration, analasys and modeling of structural motor apparatus of a person
WO2013084031A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Ku Siu Fung System for motion tracking and comparison
RU2665957C2 (en) * 2016-11-15 2018-09-05 Закрытое акционерное общество ОКБ "РИТМ" (ЗАО ОКБ "РИТМ") Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022220708A1 (en) 2022-10-20
CN117177710A (en) 2023-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Clark et al. Three-dimensional cameras and skeleton pose tracking for physical function assessment: A review of uses, validity, current developments and Kinect alternatives
US10635166B2 (en) Motion predictions of overlapping kinematic chains of a skeleton model used to control a computer system
KR101488130B1 (en) Running form diagnostic system and method for scoring running form
CN103340632B (en) Human joint angle measuring method based on feature point space position
US11331006B2 (en) System and method for human motion detection and tracking
CN102679964B (en) Gait parameter measurement system and data processing device and method thereof
CN107871116A (en) For the method and system for the postural balance for determining people
CN110974242B (en) Gait abnormal degree evaluation method for wearable device and wearable device
TW201914520A (en) Easy detection method and system for sarcopenia characterized in that when the testee's walking speed and gripping force value are respectively lower than the predetermined walking speed and the predetermined gripping force value, it can be determined that the testee is a suspected sarcopenia patient
CN109817048B (en) Recognition system for role posture and walking direction in virtual simulation environment
US11497962B2 (en) System and method for human motion detection and tracking
CN114224325A (en) Gait analysis system and method for calculating joint moment and angle by using inertial sensor
Yu et al. Three-dimensional working pose estimation in industrial scenarios with monocular camera
KR20240049776A (en) Methods for assessing disease risk from user-captured data
WO2019008689A1 (en) Information processing device, information processing system, and information processing method
JP2018069035A (en) Walking analysis system and method
RU2768183C1 (en) Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor
Tsekleves et al. Wii your health: a low-cost wireless system for home rehabilitation after stroke using Wii remotes with its expansions and blender
Bonnechère et al. Can the kinectTM sensors be used for motion analysis?
CN110197727A (en) Upper limb modeling method and motion function assessment system based on artificial neural network
Bai et al. A multi-parameter assessment tool for upper limb motion in neurorehabilitation
Che [Retracted] Optimization of Interactive Animation Capture System for Human Upper Limb Movement Based on XSENS Sensor
JP2014117409A (en) Method and apparatus for measuring body joint position
Cao et al. A portable system for tof camera based human body detection and pose estimation
Liu et al. Artificial neural network can improve the accuracy of a markerless skeletal model in L5/S1 position estimation during symmetric lifting