Kinect與IMU融合技術(shù)在康復(fù)訓(xùn)練中的研究與應(yīng)用.pdf

1、在康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域中，有一種通過Kinect進行體感交互的訓(xùn)練方法，這種方法可以用于幫助病人在沒有康復(fù)醫(yī)生的指導(dǎo)下自行完成康復(fù)訓(xùn)練。該方法主要通過使用Kinect對人體關(guān)節(jié)部位的數(shù)據(jù)進行采集、分析與評價，并把采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)有效地反饋到康復(fù)訓(xùn)練中，因此能夠地對病人的康復(fù)訓(xùn)練進行有效地指導(dǎo)。但是在數(shù)據(jù)采集和分析過程中有兩個關(guān)鍵性問題有待解決：第一，在康復(fù)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)采集過程中，部分訓(xùn)練運動會有關(guān)節(jié)遮擋現(xiàn)象發(fā)生，此時Kinect因無法采集到被遮擋

2、關(guān)節(jié)部位的深度數(shù)據(jù)而導(dǎo)致關(guān)節(jié)點定位的失敗。第二，在康復(fù)訓(xùn)練的運動評價過程中，運動過程的數(shù)據(jù)長度基本上都不相同，為制定評價標準帶來困難。并且，運動過程中關(guān)節(jié)點三維坐標變化可能會受到其他關(guān)節(jié)部位運動的影響，使得其無法準確的反應(yīng)相應(yīng)關(guān)節(jié)點的運動情況。為了解決以上問題，本文提出了一種優(yōu)化方法，這種方法是將Kinect與IMU(Inertial measurement unit，慣性測量單元)相結(jié)合來對關(guān)節(jié)點坐標進行優(yōu)化，然后在DTW（Dynam

3、ic Time Warping，動態(tài)時間規(guī)整）算法中引入余弦來對運動進行分析。其主要研究工作如下：
　?。?）因為在通過Kinect獲取人體關(guān)節(jié)點坐標的過程中會產(chǎn)生起伏噪聲與尖峰噪聲，從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)點“抖動與跳動”。本文提出了一種自適應(yīng)的霍爾特指數(shù)平滑法用來解決起伏噪聲與尖峰噪聲。主要原理是：通過Kinect獲取關(guān)節(jié)點坐標數(shù)據(jù)流后，計算相鄰兩幀之間的關(guān)節(jié)點距離，并對不同的幀間距離生成不同的參數(shù)值，從而能夠有效地自適應(yīng)地對兩種噪聲進行

4、處理。
　?。?）通過卡爾曼濾波融合Kinect與九軸IMU兩者數(shù)據(jù)獲取新的關(guān)節(jié)部位信息從而有效地改善遮擋問題。該方法需要事先將IMU綁定在受遮擋部位，在非遮擋狀態(tài)下以Kinect采集的關(guān)節(jié)點數(shù)據(jù)為主，而IMU獲取的四元數(shù)為輔；在遮擋狀態(tài)下則丟棄Kinect采集的被遮擋關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)，使用IMU獲取的四元數(shù)對受遮擋關(guān)節(jié)部位進行更新。
　?。?）在康復(fù)訓(xùn)練的運動評價過程中，為減小關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動對其他關(guān)節(jié)點運動軌跡的影響，以及運動序列長