一种基于特征点空间位置的人体关节角度测量方法

摘要

本发明提供了一种基于特征点空间位置的人体关节角度测量方法。该方法可跟踪人体关节活动，采集关节标志点的空间轨迹。在此基础上，通过最小二乘法拟合和牛顿插值方法，测试受测者的颈、肘、腕、髋等部位的关节活动角度值，还可对关节角度值进行描述性统计分析，实现位置精度优于2mm、关节角度的测量精度优于0.2°的要求。本发明克服了目前于工测试的测量慢、受测者易疲劳和测量结果精度差的问题，也克服了利用三维扫描测试时的所需数据量大、计算速度慢，测试辅助的工作量大等问题，可以实现对大样本人群的关节活动角度的快速、高精度、自动化测量与计算。

主权项

一种用于正确获取受测者关节活动角度的测量方法，其特征在于关节活动角度测量方法的测量系统结构由动作捕获系统镜头、动作捕获系统数据采集器和数据分析与处理计算机组成，测量过程包括如下具体步骤：1)人体关节角度的分类：根据人体测量手册，对于人体的所有关节，包括颈关节、肘关节、指关节、腕关节、肩关节、髋关节、膝关节、踝关节、足趾关节，将其分为屈曲、伸展、旋内、旋外、外展、内收六个类别；2)布设所测关节的标志点：基于人体解剖学特征点，测量关节屈曲、伸展、旋内角度时，布设1个标志点；测量上述其余类别的关节角度时，布设2个标志点；3)获取人体关节标志点的空间轨迹：连接动作捕获系统，让受测者的测量部位按关节角度的定义进行活动，动作捕获系统实时记录该标志点的空间轨迹；4)关节角度计算：对于单标志点的测量，根据所测关节角度特征点的运动方式，其轨迹应为一段圆弧，设起点为A，终点为B；首先，基于动作捕获系统的数据采样率，检查AB之间的空间位置是否有间断点，若存在间断点，则运用牛顿插值法进行空间位置的插值；其次，利用最小二乘法拟合出该段圆弧的半径R和圆心位置；最后，在已知弦长AB、半径R的基础上，按已知三角形三边长求内角的计算公式，计算出所需的关节角度；对于双标志点的测量，设起点分别为A₀、B₀，终点分别为A₁、B₁；首先，根据动作捕获系统的数据采样特征，确定初始位置点A₀、B₀和终了位置点A₁、B₁；其次，根据空间两直线夹角的计算公式，将线段A₀B₀和A₁B₁的夹角作为所测关节角度值。