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高速相機在三維運動康複中的應用

  運動康複學是一門獨立的學科,它涉及了醫學、體育、健康學等多方面的内容。在“全民奧運”精神的鼓舞下,體育在我們生活中所占的比重越來越大。運動康複學的服務對象不僅針對專業運動員,對普通市民也是廣泛适用的。

  運動康複中所必備的實驗儀器之一就是三維圖像解析系統。盡管人體信息可以用數值、曲線、圖像等多種形式表示,但是圖像所包含的信息量遠遠超過數值和曲線。三維圖像解析系統實現方式有四種:光學式、機械式、聲學式和電磁式。其中機械式、聲學式和電磁式方法或者非常影響被試者行動,或者儀器價格過于昂貴。

  光學式方法利用計算機視覺原理,采用高速相機通過對被測者身上特定标志點的監視和跟蹤完成圖像采集。從理論上說,對于空間中的一個點,隻要它能同時為兩部相機所見,則根據同一時刻兩部相機所拍攝的圖像和相機參數,可以确定這一時刻該點在空間中的位置。當高速相機以足夠高的速率連續拍攝時,從圖像序列中就可以得到該點的運動軌迹。光學式方法的優點是非接觸式測量、使用方便、采樣速率較高。

  技術指标要求

  高速相機在獲取運動康複研究中特性參數的時候,我們要達到的技術指标有:

  (1)檢測距離4~8 m

  (2)檢測精度為2 mm

  (3)幀速至少在200 fps

  (4)待測者運動速度在0.5 m/s

  技術難點

  首先,如何有效識别與跟蹤标志點。這是光學式方法進行三維重建的基礎,它可以通過人工設置标志點和自動識别跟蹤标志點兩種途徑實現。

  其次,如何對多台相機進行同步控制。單台相機所做的圖像解析是二維的,隻能分析關節的屈伸狀态,無法分析關節的旋轉和扭曲、以及非常複雜的動作。要想獲得關節的任意狀态需要三維圖像解析。要實現三維圖像解析,必須使用多台相機同步工作,難點在于多台相機間的同步控制問題。

  *後,如何解決高速傳輸和存儲大容量數據的問題。醫學所用圖像解析數據量非常大,一般一天要達到幾百G的容量,這就帶來數據傳輸和數據存儲的問題。傳統的PCI插槽和硬盤存儲不能滿足需要。