一种用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法与流程

本发明属于运动姿态识别领域，具体是一种用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法。

背景技术：

1、学前儿童处于身高迅速增长的时期，其骨骼也在不断地进行生长，并且该时期儿童的骨骼柔软、弹性大以及可塑性强。为了使得儿童能够健康成长，儿童需要进行一定程度的儿科保健运动。让儿童做出正确的保健运动姿势，让儿童身体得到最大程度的发育锻炼是儿科保健运动的主要目的，因此，对儿童进行儿科保健运动时的运动姿态识别就显得尤为重要。现有的运动姿态识别方法，通过将实时采集的运动图像与模板图像进行匹配，但是该方法在匹配时通常对图像进行均匀分割得到不同的匹配区域，使得匹配区域划分并不准确，导致动作识别结果不准确，进而影响运动姿态的识别结果。

2、为了解决上述问题，专利公开号cn115880783b公开了一种用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，获取儿童运动时的人体肢干图像以及数据库中不同动作的动作模板图像；对人体肢干图像进行分割得到子区域，根据图像中子区域内像素点得到匹配程度；分别根据人体肢干图像中子区域的数量、优选模板图像对应的匹配程度以及关键点的位置信息分别得到第一、第二和第三效果评价值，进而得到综合效果评价值；对人体肢干图像中子区域的划分结果进行修正，得到优选分割图像，将优选分割图像与不同动作的动作模板图像进行匹配。

3、上述用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，通过对图像进行分割得到子区域并得到综合效果评价值，但图像是二维的，难以通过单张图像获取到儿童的立体骨骼曲线，同时图像识别难以表现出儿童的力量水平，难以对儿童的发育状况进行全面的评估。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中图像是二维的，难以通过单张图像获取到儿童的立体骨骼曲线的问题，本发明的目的是提供一种用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，能够对儿童动作进行三维模拟，并能够得到儿童的立体脊柱骨骼曲线。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，包括以下步骤，

3、步骤一，准备穿戴设备，穿戴设备包括若干肢体关节采集器、手掌采集器和脊柱采集器，肢体关节采集器、手掌采集器和脊柱采集器均固定连接有绑带，脊柱采集器包括若干滑块，滑块之间滑动连接，滑块内设有用于驱动滑块发生相对滑动的电机，滑块中部由弹性材料制成，肢体关节采集器、手掌采集器和脊柱采集器内均设有惯性传感器和陀螺仪；

4、步骤二，准备演示屏和动作分析装置，穿戴设备、演示屏和动作分析装置之间信号连接，通过演示屏播放运动教学视频，将运动教学内的动作数据录入动作分析装置中，动作分析装置将穿戴设备收集的动作信息进行模拟；

5、动作分析装置用于获取演示屏内运动教学视频的播放进度，通过播放进度选取运动教学内的动作数据，将运动教学内的动作数据与穿戴设备采集数据进行对比，记录动作数据差异值和播放进度时间戳，将采集的脊柱动作差异值发送至穿戴设备；

6、穿戴设备用于获取脊柱动作差异值，根据脊柱动作差异值大小判断儿童脊柱是否发生脊柱弯曲，并控制电机改变滑块之间的相对位置在之后的动作中对儿童脊柱姿态进行矫正。

7、采用上述方案后实现了以下有益效果：儿童进行保健操前，先将穿戴设备佩戴于儿童身体上，不同儿童的发育情况不同，绑带能够适应不同身材的儿童进行穿戴设备固定，利用演示屏播放动作教学视频，让儿童做出正确的保健运动姿势，而对儿童运动姿势的的识别，一方面是监督儿童运动姿势的达成度，另一方面是观察儿童发育有无异常。

8、通过若干肢体关节采集器、手掌采集器和脊柱采集器能够对儿童的运动进行采集，通过惯性传感器和陀螺仪以惯性动作捕捉的方式将儿童运动过程进行模拟。动作教学视频内的动作为规范动作，将规范动作与采集的动作进行对比，以检验儿童的动作是否规范。

9、脊柱采集器由若干滑块组成，能够贴合儿童脊柱，检测儿童脊柱的运动情况，同时滑块中部由弹性材料制成能够使脊柱采集器跟随扭动。儿童容易因不良习惯出现脊柱弯曲，而脊柱弯曲在骨骼发育至闭合后更加难以治愈。在识别出发生脊柱弯曲后，能够通过电机驱动滑块对儿童脊柱姿态进行矫正。

10、与现有技术相比，通过惯性动作捕捉的方式，使儿童的动作能够被三维模拟，使儿童的动作能够保留更多细节，不容易产生误判；同时穿戴设备兼具捕捉与矫正能力，通过电机驱动滑块，能够对儿童的不良习惯进行矫正。

11、进一步，肢体关节采集器、手掌采集器和脊柱采集器上绑带缠绕处均设有第一压力采集器。

12、有益效果：儿童佩戴穿戴设备时容易松动，导致穿戴设备在运动中脱落。通过第一压力采集器能够检测到绑带缠绕时的压力，根据压力大小判断固定效果。

13、进一步，滑块上均设有第二压力采集器，电机会根据第二压力采集器采集数据驱动滑块向儿童脊柱方向移动，使第二压力采集器采集数据保持在适当值。

14、有益效果：脊柱由多个骨节组成，活动的范围大，容易使滑块与脊柱出现缝隙。通过第二压力采集器采集压力，能够判断滑块有无贴紧脊柱，在未与脊柱贴合时，驱动滑块向脊柱移动，保障贴合效果。

15、进一步，动作分析装置会对穿戴设备收集的动作数据进噪声处理去除毛刺。

16、有益效果：通过去除噪声毛刺能够使动作模拟更贴近实际情况，提高准确度。

17、进一步，手掌采集器上设有手部肌肉力量检测器，儿童在进行保健会进行称重以确定标准力量大小值。

18、有益效果：仅靠动作捕获难以感知儿童的力量大小，从而难以从肌肉力量角度检测儿童发育是否合格。正常的肢体摆动力量能够从惯性传感器获得加速度中感知，但力量不仅仅体现在产生的加速度上。手部肌肉力量检测器能够检测儿童手部力量大小，但力量标准对于不同体形的儿童是不同的，因此通过称重以确定标准力量大小值，而判断儿童力量发育是否合格。

19、进一步，绑带上固定连接有魔术贴。

20、有益效果：魔术贴能够在绑带缠绕后进行粘贴固定，减少绑带松动的概率。

21、进一步，运动教学内的动作数据分为若干的动作数据片段，动作分析装置会在演示屏进度条进入该片段时进行进行等待，当穿戴设备采集数据发生动作改变时，动作分析装置开始进行动作对比。

22、有益效果：儿童跟随教学视频进行动作会存在一定的延迟，使穿戴设备采集的动作容易与运动教学内的动作数据对不上。通过将的动作数据分为若干的动作数据片段，并在分析动作时进行等待响应，能够减少延迟带来的误判。

23、进一步，运动教学视频内的动作进行分类，动作分析装置对比出的不标准动作会以各动作分类的进行评级。

24、有益效果：运动教学视频内的动作可能会涉及同一个身体部位，或是同一种运动类型，容易重复判定。将动作进行分类，能够减少重复判定对儿童发育判断的影响，且能够对儿童发育进行精确定位。

技术特征：

1.一种用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：肢体关节采集器、手掌采集器和脊柱采集器上绑带缠绕处均设有第一压力采集器。

3.根据权利要求2所述的用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：滑块上均设有第二压力采集器，电机会根据第二压力采集器采集数据驱动滑块向儿童脊柱方向移动，使第二压力采集器采集数据保持在适当值。

4.根据权利要求3所述的用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：动作分析装置会对穿戴设备收集的动作数据进噪声处理去除毛刺。

5.根据权利要求4所述的用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：手掌采集器上设有手部肌肉力量检测器，儿童在进行保健会进行称重以确定标准力量大小值。

6.根据权利要求5所述的用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：绑带上固定连接有魔术贴。

7.根据权利要求6所述的用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：运动教学内的动作数据分为若干的动作数据片段，动作分析装置会在演示屏进度条进入该片段时进行进行等待，当穿戴设备采集数据发生动作改变时，动作分析装置开始进行动作对比。

8.根据权利要求7所述的用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，其特征在于：运动教学视频内的动作进行分类，动作分析装置对比出的不标准动作会以各动作的分类进行评级。

技术总结
本发明公开了运动姿态识别领域的一种用于儿科保健的儿童运动姿态识别方法，步骤一，准备穿戴设备，步骤二，准备演示屏和动作分析装置，穿戴设备、演示屏和动作分析装置之间信号连接，通过演示屏播放运动教学视频，将运动教学内的动作数据录入动作分析装置中，动作分析装置将穿戴设备收集的动作信息进行模拟；动作分析装置用于获取演示屏内运动教学视频的播放进度，通过播放进度选取运动教学内的动作数据，将运动教学内的动作数据与穿戴设备采集数据进行对比，记录动作数据差异值和播放进度时间戳，将采集的脊柱动作差异值发送至穿戴设备。采用本发明的技术方案，能够对儿童动作进行三维模拟，并能够得到儿童的立体脊柱骨骼曲线。

技术研发人员：彭静,马霞,赵维
受保护的技术使用者：六盘水市妇幼保健院（六盘水市儿童医院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15