基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，包括固定頭架和運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，固定頭架通過(guò)被測(cè)對(duì)象的頭顱的多個(gè)骨性支點(diǎn)在頭顱上進(jìn)行固定，運(yùn)動(dòng)捕捉裝置包括多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)，并設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的面部前方，用于捕捉面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)與固定頭架的相對(duì)關(guān)系，并根據(jù)相對(duì)關(guān)系計(jì)算面肌靜態(tài)參數(shù)和面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。本發(fā)明固定頭架可作為“絕對(duì)”參考系來(lái)反映出面肌靜態(tài)狀況和面部觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)狀況，而通過(guò)頭顱的多個(gè)骨性支點(diǎn)進(jìn)行固定，可穩(wěn)定的固定在頭顱上，隨頭顱運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，且不會(huì)受到面部表情的影響，進(jìn)而能夠快速、方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行面肌靜態(tài)參數(shù)和面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)面肌運(yùn)動(dòng)功能的客觀評(píng)估。
【專利說(shuō)明】基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè) 備。

【背景技術(shù)】
[0002] 面癱不僅嚴(yán)重影響人的外觀，也會(huì)造成其社會(huì)行為、工作、生活的改變。但缺乏準(zhǔn) 確、客觀的面神經(jīng)功能評(píng)價(jià)系統(tǒng)制約著面癱的診療和研究。在面癱的實(shí)際臨床工作和臨床 研究中亦存在較大差異，臨床工作一般是定性和靈活的，而臨床研究則應(yīng)是定量的和"板上 釘釘"。
[0003] 根據(jù)這一差異，面神經(jīng)功能評(píng)價(jià)系統(tǒng)可分為主觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)和客觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)。主觀 評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)單、快捷，便于臨床使用，但依賴觀察者的主觀觀察，存在較大主觀偏倚，可 重復(fù)性差，分級(jí)粗略，對(duì)療效觀察不敏感。
[0004] 客觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)可大致分為基于二維圖像和基于三維圖像兩大類。二維分析系統(tǒng)與 主觀測(cè)量系統(tǒng)相比，客觀性和可靠性都有了較大提高。但二維測(cè)量與三維測(cè)量相比，二維圖 像僅能反映運(yùn)動(dòng)點(diǎn)在平面上的投影點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。二維面肌分析系統(tǒng)和三維面肌分析系統(tǒng) 在測(cè)量觀察點(diǎn)運(yùn)動(dòng)幅度時(shí)二維測(cè)量可低估達(dá)43%。二維測(cè)量有投射誤差，而如果僅僅只有前 后運(yùn)動(dòng)，那這種投射誤差即是100%。
[0005] 對(duì)于三維面肌分析系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，三維靜態(tài)圖像由于缺乏時(shí)間軸，不能提供速度、加速 度等動(dòng)態(tài)指標(biāo)，而對(duì)于移動(dòng)速度和加速度等動(dòng)態(tài)指標(biāo)的測(cè)量可以推斷組織產(chǎn)生的力，對(duì)于 判斷面肌和面神經(jīng)的功能有重要意義。
[0006] 基于三維動(dòng)態(tài)圖像的分析方法則可提供靜態(tài)測(cè)量以及面肌運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)移動(dòng)距離、 方向、速度、加速度等所有動(dòng)態(tài)參數(shù)，通過(guò)分析這些參數(shù)可以反映面肌、面神經(jīng)的功能。近年 來(lái)，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。其中，光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉可非接觸且受環(huán)境干擾 小，最適合面部測(cè)量應(yīng)用，已經(jīng)被某些面癱研究者們所利用。
[0007] Frey等研發(fā)了一套三維視頻分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩面鏡子，一個(gè)校準(zhǔn)架，一臺(tái)計(jì) 算機(jī)和一個(gè)商用攝像機(jī)。測(cè)試之前用校準(zhǔn)架進(jìn)行標(biāo)定，受試者頭部置于兩鏡面前完成指令 動(dòng)作。攝像機(jī)采集相應(yīng)信號(hào)后輸入計(jì)算機(jī)，人工標(biāo)記后進(jìn)行分析。該系統(tǒng)通過(guò)兩面鏡子實(shí) 現(xiàn)對(duì)觀察點(diǎn)的三維重建，利用各觀察點(diǎn)與校準(zhǔn)架的相對(duì)關(guān)系計(jì)算距離和速度。但是該系統(tǒng) 后期處理工作巨大，完成一例數(shù)據(jù)分析平均需要花費(fèi)5小時(shí)。之后隨著技術(shù)進(jìn)步，該系統(tǒng)自 動(dòng)化程度大大提高。但該系統(tǒng)鏡子失真有多少無(wú)法估計(jì)，應(yīng)用面部標(biāo)記作為參考點(diǎn)所帶來(lái) 誤差也未充分考慮。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提出一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，能夠快速、方 便、準(zhǔn)確地進(jìn)行面肌靜態(tài)參數(shù)和面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)面肌運(yùn)動(dòng)功能 的客觀評(píng)估。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，包 括固定頭架和運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，所述固定頭架通過(guò)被測(cè)對(duì)象的頭顱的多個(gè)骨性支點(diǎn)在所述頭 顱上進(jìn)行固定，所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置包括多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)，并設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的面部前 方，用于捕捉所述面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)與所述固定頭架的相對(duì)關(guān)系，并根據(jù)所述 相對(duì)關(guān)系計(jì)算面肌靜態(tài)參數(shù)和面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
[0010] 進(jìn)一步的，所述固定頭架包括頭架支撐固定結(jié)構(gòu)，所述頭架支撐固定結(jié)構(gòu)上形成 有供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉的用于定義面部坐標(biāo)系的參照特征。
[0011] 進(jìn)一步的，所述固定頭架包括頭架支撐固定結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)架，所述坐標(biāo)架固定在所 述頭架支撐固定結(jié)構(gòu)上，用于定義面部坐標(biāo)系，并供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉。
[0012] 進(jìn)一步的，所述頭架支撐固定結(jié)構(gòu)包括相互拼接的矢狀位頭架和冠狀位頭架，所 述冠狀位頭架和矢狀位頭架上均設(shè)有用于抵止所述頭顱的骨性支點(diǎn)的抵止部和調(diào)整所述 抵止部的調(diào)整部。
[0013] 進(jìn)一步的，所述矢狀位頭架的抵止部所抵止的骨性支點(diǎn)為枕骨突隆，所述冠狀位 頭架的抵止部所抵止的骨性支點(diǎn)為顳枕部皮膚最薄處。
[0014] 進(jìn)一步的，所述坐標(biāo)架包括倒T型架和三個(gè)反光球，所述倒T型架的底部固定在所 述矢狀位頭架的前端，所述三個(gè)反光球分別固定在所述倒T型架的三個(gè)架桿端點(diǎn)，定義以 所述三個(gè)反光球?yàn)閰⒄盏拿娌孔鴺?biāo)系，并供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉。
[0015] 進(jìn)一步的，所述坐標(biāo)架包括倒T型架和三個(gè)自發(fā)光裝置，所述倒T型架的底部固 定在所述矢狀位頭架的前端，所述三個(gè)自發(fā)光裝置分別固定在所述倒T型架的三個(gè)架桿端 點(diǎn)，定義以所述三個(gè)自發(fā)光裝置為參照的面部坐標(biāo)系，并供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉。
[0016] 進(jìn)一步的，所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置還包括攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架，用于對(duì)所述多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉 攝像機(jī)進(jìn)行至少一個(gè)方向上的調(diào)節(jié)，使所述面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)能夠被至少三臺(tái) 運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉。
[0017] 進(jìn)一步的，所述攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架包括三角支架、伸縮桿、固定平臺(tái)、垂直桿，以及多 個(gè)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)、水平臂和三軸云臺(tái)，所述三角支架架設(shè)在地面上，所述伸縮桿一端固定在所述 三角支架的上方，另一端與所述固定平臺(tái)固定連接，通過(guò)所述伸縮桿的伸縮實(shí)現(xiàn)所述固定 平臺(tái)在堅(jiān)直方向上的調(diào)節(jié)，所述垂直桿固定在所述固定平臺(tái)的上端，多組旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)沿所述 垂直桿的長(zhǎng)度方向分別設(shè)置在所述垂直桿上，能夠相對(duì)于所述垂直桿轉(zhuǎn)動(dòng)，至少一個(gè)水平 臂的一端固定在所述旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上，能夠隨所述旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)設(shè)角度，至少一個(gè)三軸云 臺(tái)安裝在所述水平臂上，所述多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)分別設(shè)置在水平臂上的多個(gè)三軸云臺(tái) 上。
[0018] 進(jìn)一步的，在所述垂直桿兩側(cè)的多個(gè)三軸云臺(tái)呈對(duì)稱" L "型。
[0019] 進(jìn)一步的，還包括多路同步控制器，與所述多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)進(jìn)行通信連接，通 過(guò)所述多路同步控制器的控制來(lái)確保所述面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)能夠被至少三臺(tái) 運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉。
[0020] 進(jìn)一步的，所述多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)均為近紅外電荷稱合元件攝像機(jī)。
[0021] 進(jìn)一步的，所述運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)還自帶有紅外光LED光源。
[0022] 進(jìn)一步的，還包括以太網(wǎng)交換機(jī)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，所述多路同步控制器與所述以 太網(wǎng)交換機(jī)連接，所述以太網(wǎng)交換機(jī)連接到所述數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，所述多路同步控制器將由 所述運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)通過(guò)所述以太網(wǎng)交換機(jī)傳送到所述數(shù) 據(jù)處理平臺(tái)進(jìn)行面部三維動(dòng)態(tài)圖像重建和面部運(yùn)動(dòng)分析。
[0023] 基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的面部前方的多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像 機(jī)來(lái)捕捉面部觀察點(diǎn)與通過(guò)骨性支點(diǎn)固定的固定頭架之間的相對(duì)關(guān)系，其中固定頭架可作 為"絕對(duì)"參考系來(lái)反映出面肌靜態(tài)狀況和面部觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)狀況，而固定頭架通過(guò)頭顱的 多個(gè)骨性支點(diǎn)進(jìn)行固定，可以穩(wěn)定的固定在頭顱上，隨著頭顱運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，且不會(huì)受到面部 表情的影響，進(jìn)而能夠快速、方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行面肌靜態(tài)參數(shù)和面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù) 的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)面肌運(yùn)動(dòng)功能的客觀評(píng)估。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0025] 圖1為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備的一實(shí)施例中固定頭架固 定在人頭顱的狀態(tài)示意圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中固定頭架中頭架 支撐固定裝置的冠狀位頭架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中固定頭架中頭架 支撐固定裝置的矢狀位頭架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖4為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中固定頭架中頭架 支撐固定裝置的矢狀位頭架與冠狀位頭架拼接位置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖5為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中固定頭架中坐標(biāo) 架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖6為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)捕捉裝置的 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖7為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)捕捉裝置中 運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖8為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)捕捉裝置連 接以太網(wǎng)交換機(jī)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)組成分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0034]目前的面肌三維運(yùn)動(dòng)定量分析是利用相對(duì)于人類頭顱冠狀面、矢狀面、水平面描 述運(yùn)動(dòng)方向，結(jié)合距離參數(shù)描述人體觀察點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)運(yùn)算，得出評(píng)價(jià)面肌觀察點(diǎn)運(yùn) 動(dòng)指標(biāo)為基于水平面、矢狀面、冠狀面為基準(zhǔn)描述的面部觀察點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、運(yùn)動(dòng) 方向、距離等動(dòng)態(tài)參數(shù)和雙側(cè)面部對(duì)應(yīng)點(diǎn)靜態(tài)對(duì)稱參數(shù)在三維空間的絕對(duì)值。
[0035] 考慮到現(xiàn)有技術(shù)中以面部標(biāo)記為參考存在較大的誤差，而對(duì)于被測(cè)對(duì)象的面部運(yùn) 動(dòng)觀察點(diǎn)來(lái)說(shuō)，面部會(huì)隨著被測(cè)對(duì)象的頭顱運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，而不受面部運(yùn)動(dòng)的影響，因此骨質(zhì) 的頭顱可提供穩(wěn)定可靠的面部參考基準(zhǔn)，為了使頭顱實(shí)現(xiàn)可采集的參考基準(zhǔn)，可利用固定 在頭顱上的頭架來(lái)間接實(shí)現(xiàn)。在這一思路下，本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè) 備包括固定頭架和運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，其中固定頭架通過(guò)被測(cè)對(duì)象的頭顱的多個(gè)骨性支點(diǎn)在所 述頭顱上進(jìn)行固定，而運(yùn)動(dòng)捕捉裝置包括多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)，設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的面部前 方，用來(lái)捕捉所述面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)與所述固定頭架的相對(duì)關(guān)系，并根據(jù)該相 對(duì)關(guān)系計(jì)算面肌靜態(tài)參數(shù)和面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
[0036] 如圖1所示，為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備的一實(shí)施例中固定 頭架固定在人頭顱的狀態(tài)示意圖。在圖1中可以看到，固定頭架200通過(guò)被測(cè)對(duì)象的頭顱 100上的至少三個(gè)骨性支點(diǎn)進(jìn)行固定，這樣就使得固定頭架200能夠隨頭顱100 -起運(yùn)動(dòng)， 且不會(huì)受到面部肌肉運(yùn)動(dòng)的影響。
[0037] 固定頭架200的形式可以有多種，不限于圖1-5中所示出的固定頭架的實(shí)現(xiàn)方式， 只要是以頭顱的骨性支點(diǎn)進(jìn)行固定，且具有供運(yùn)動(dòng)捕捉裝置可捕捉到的用于定義面部坐標(biāo) 系的參照特征的任何結(jié)構(gòu)都可應(yīng)用于本發(fā)明的固定頭架，例如至少罩設(shè)頭顱部分的頭盔式 固定頭架等，這里不一一列舉。
[0038] 結(jié)合圖1-圖5可以看到，該固定頭架200包括頭架支撐固定結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)架230。 其中坐標(biāo)架230固定在頭架支撐固定結(jié)構(gòu)上，用于定義面部坐標(biāo)系，并供運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕 捉。在另一個(gè)實(shí)施例中，也可以不設(shè)置專用的坐標(biāo)架，而是在頭架支撐固定結(jié)構(gòu)上形成有供 所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉的用于定義面部坐標(biāo)系的參照特征。
[0039] 參考圖1-圖5可以看到，該固定頭架200的頭架支撐固定結(jié)構(gòu)包括相互拼接的矢 狀位頭架220和冠狀位頭架210,而冠狀位頭架220和矢狀位頭架210上均設(shè)有用于抵止頭 顱的骨性支點(diǎn)的抵止部和調(diào)整抵止部的調(diào)整部。具體來(lái)看，在圖2中，冠狀位頭架210具有 呈倒"U"型的支架211，支架211的兩個(gè)側(cè)邊對(duì)應(yīng)于頭的兩側(cè)方向。在支架211的兩個(gè)側(cè)邊 分別開(kāi)設(shè)有空心槽214, T型螺桿213穿過(guò)該空心槽214,并通過(guò)蝶形螺母215和圓形螺母 216進(jìn)行固定。其中T型螺桿213的T形部分就作為抵止頭顱的骨性支點(diǎn)的抵止部，而通過(guò) 空心槽214、蝶形螺母215和圓形螺母216對(duì)T型螺桿213進(jìn)行調(diào)整則整體構(gòu)成了調(diào)整部， 能夠?qū)崿F(xiàn)T型螺桿213在自身軸向和空心槽214內(nèi)的位置調(diào)整，以便使T型螺桿213準(zhǔn)確 的定位并固定在頭顱的骨性支點(diǎn)，并且調(diào)整到被測(cè)對(duì)象的舒適狀態(tài)。
[0040] 在圖3中，矢狀位頭架220具有一折彎的支架221，該折彎部分對(duì)應(yīng)于腦后方向。 在支架221的折彎部分開(kāi)設(shè)有空心槽224, T型螺桿223穿過(guò)該空心槽224,并通過(guò)蝶形螺 母225和圓形螺母226進(jìn)行固定。其中T型螺桿223的T形部分就作為抵止頭顱的骨性支 點(diǎn)的抵止部，而通過(guò)空心槽224、蝶形螺母225和圓形螺母226對(duì)T型螺桿223進(jìn)行調(diào)整則 整體構(gòu)成了調(diào)整部，能夠?qū)崿F(xiàn)T型螺桿223在自身軸向和空心槽224內(nèi)的位置調(diào)整，以便使 T型螺桿223準(zhǔn)確的定位并固定在頭顱的骨性支點(diǎn)，并且調(diào)整到被測(cè)對(duì)象的舒適狀態(tài)。
[0041] 在矢狀位頭架220的支架221與冠狀位頭架210的支架211的拼接部位，可以通 過(guò)支架211上的方形銅塊212穿過(guò)支架221上的空心槽222 (參見(jiàn)圖4)，再利用螺桿穿過(guò) 方形銅塊212進(jìn)行固定來(lái)實(shí)現(xiàn)矢狀位頭架220和冠狀位頭架210之間的拼接。
[0042] 在上述描述的頭架支撐固定結(jié)構(gòu)中，矢狀位頭架220的抵止部所抵止的骨性支點(diǎn) 優(yōu)選但不限于枕骨突隆，冠狀位頭架210的抵止部所抵止的骨性支點(diǎn)優(yōu)選為但不限于顳枕 部皮膚最薄處。操作者可以根據(jù)需要選擇適合的骨性支點(diǎn)，包括更多的骨性支點(diǎn)或更少的 骨性支點(diǎn)等。
[0043] 在矢狀位頭架220上對(duì)應(yīng)于前額位置的前端還固定有坐標(biāo)架230,結(jié)合圖5,該坐 標(biāo)架230包括倒T型架231和三個(gè)反光球232,倒T型架231的底部固定在矢狀位頭架220 的前端，三個(gè)反光球232分別固定在倒Τ型架231的三個(gè)架桿端點(diǎn)，定義以三個(gè)反光球?yàn)閰?照的面部坐標(biāo)系，并供運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉。而在捕捉時(shí)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)會(huì)根據(jù)反光球所反 射到的光線來(lái)形成面部坐標(biāo)系。除了可采用反光球，還可以采用自發(fā)光裝置，例如三個(gè)自發(fā) 光的紅外光LED燈等。
[0044] 如圖6所示，為本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)捕捉 裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看到運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)可以通過(guò)一個(gè)攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架來(lái)調(diào)節(jié) 各個(gè)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)所對(duì)應(yīng)的位置，這種調(diào)節(jié)可以包括攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架對(duì)多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝 像機(jī)進(jìn)行至少一個(gè)方向上的調(diào)節(jié)，以便使面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)能夠被至少三臺(tái)運(yùn) 動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉，從而利用多臺(tái)攝像機(jī)對(duì)被測(cè)對(duì)象面部的同一光信號(hào)進(jìn)行不同角度的捕 捉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光源運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析。
[0045] 在圖6中，攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架包括三角支架310、伸縮桿320、固定平臺(tái)330、垂直桿 340,以及多個(gè)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)350、水平臂360和三軸云臺(tái)370。三角支架310架設(shè)在地面上，可 以在地面形成三角形的穩(wěn)定支撐。伸縮桿320 -端固定在三角支架310的上方，而另一端 與固定平臺(tái)330固定連接，通過(guò)伸縮桿320的伸縮能夠?qū)崿F(xiàn)固定平臺(tái)330在堅(jiān)直方向上的 調(diào)節(jié)，而垂直桿340固定在固定平臺(tái)330的上端，多組旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)350沿垂直桿340的長(zhǎng)度方 向分別設(shè)置在垂直桿340上，旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)350能夠相對(duì)于垂直桿340獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)或協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng)需 要的角度。至少有一個(gè)水平臂360的一端固定在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)350上，能夠隨旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)350轉(zhuǎn) 動(dòng)到預(yù)設(shè)角度，而至少有一個(gè)三軸云臺(tái)370安裝在水平臂360上。從圖6中可以看到有部 分水平臂360上設(shè)有一個(gè)三軸云臺(tái)370,也有部分水平臂360設(shè)有兩個(gè)三軸云臺(tái)370。而有 多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)380分別設(shè)置在水平臂360上的多個(gè)三軸云臺(tái)370上。
[0046] 圖7中示出了運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)380安裝在三軸云臺(tái)370上的結(jié)構(gòu)，多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉 攝像機(jī)可采用能夠捕捉到面肌靜態(tài)特征和面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及固定頭架上 能形成面部坐標(biāo)系的參考特征的各種現(xiàn)有的攝像機(jī)，例如優(yōu)選采用近紅外電荷耦合元件 (CCD)攝像機(jī)，具有采集頻率60fps，采用固定焦距鏡頭。
[0047] 對(duì)于采用反光球的坐標(biāo)架來(lái)說(shuō)，還可以進(jìn)一步在運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)380的攝像頭 381周圍設(shè)置能夠發(fā)出紅外光的紅外光LED光源382,應(yīng)用該光源所發(fā)出的紅外光作為光源 可以避免光線變化所帶來(lái)的影響。
[0048] 通過(guò)這種的攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架的結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)能夠在多個(gè)方向上進(jìn)行調(diào) 整，以滿足面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)能夠被至少三臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉。進(jìn)一步的， 優(yōu)選將垂直桿340兩側(cè)的多個(gè)三軸云臺(tái)設(shè)置成對(duì)稱"L"型，而兩側(cè)的水平臂360之間呈鈍 角，這樣能獲得更好的捕捉效果。
[0049] 攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架可由操作者自行調(diào)節(jié)，也可以利用計(jì)算機(jī)的手段進(jìn)行調(diào)節(jié)，在圖8 中給出了結(jié)合計(jì)算機(jī)手段的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)以及與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)組成分析系統(tǒng)的一種大致的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)。其中，本發(fā)明面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備還包括了多路同步控制器400,與多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝 像機(jī)進(jìn)行通信連接，通過(guò)多路同步控制器400的控制來(lái)確保面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn) 能夠被至少三臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉。這里的控制既可以包括對(duì)攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架上各個(gè)可 調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的控制，也可以包括對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)本身的控制。
[0050] 此外，還可以進(jìn)一步包括以太網(wǎng)交換機(jī)500和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)（圖中未示出），多路同 步控制器400與以太網(wǎng)交換機(jī)500連接，而以太網(wǎng)交換機(jī)500連接到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，多路同 步控制器400能夠?qū)⒂蓜?dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)500 傳送到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)進(jìn)行面部三維動(dòng)態(tài)圖像重建和面部運(yùn)動(dòng)分析。另外，在圖8中，多路同 步控制器400也可以直接連接到本地的計(jì)算機(jī)600,由計(jì)算機(jī)600進(jìn)行顯示和提供操作界 面，同時(shí)計(jì)算機(jī)600可以連接打印機(jī)700,對(duì)面肌靜態(tài)圖像進(jìn)行打印。
[0051] 根據(jù)前面所說(shuō)明的本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備的實(shí)施例，下面 給出某實(shí)施例在動(dòng)態(tài)定量分析面肌三維運(yùn)動(dòng)時(shí)的具體工作情況，如下：
[0052] 測(cè)試之前，先將固定頭架兩側(cè)的T型螺桿抵止于顳枕部皮膚最薄處，固定頭架后 端抵止于枕骨突隆，然后根據(jù)具體頭顱大小調(diào)整蝶形螺母和圓形螺母以保證受試者舒適及 固定頭架的"絕對(duì)不動(dòng)"。面部中心置于攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架上的6臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)前80cm， 離地面高度130cm，保證面部每個(gè)運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)均可被至少3臺(tái)攝像機(jī)捕捉。測(cè)試開(kāi)始之后， 運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)自帶的紅外光LED光源發(fā)出的紅外光經(jīng)面部和反光球的反射后進(jìn)入攝像 頭，運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)后傳入多路同步控制器，進(jìn)而傳入計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù) 處理平臺(tái)，而在計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處理平臺(tái)則根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行面部三維動(dòng)態(tài)圖像重建和面部運(yùn) 動(dòng)分析。
[0053] 本發(fā)明基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備可廣泛應(yīng)用于各種人類面部分析 檢測(cè)的場(chǎng)合，但也可以適用于被測(cè)對(duì)象為其他物種的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量和分析的場(chǎng)合，這 里不再一一詳述。
[0054] 最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡 管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然 可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā) 明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，包括固定頭架和運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，所述 固定頭架通過(guò)被測(cè)對(duì)象的頭顱的多個(gè)骨性支點(diǎn)在所述頭顱上進(jìn)行固定，所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置 包括多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)，并設(shè)置在被測(cè)對(duì)象的面部前方，用于捕捉所述面部上的各個(gè)面 部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)與所述固定頭架的相對(duì)關(guān)系，并根據(jù)所述相對(duì)關(guān)系計(jì)算面肌靜態(tài)參數(shù)和面部 運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述固定頭架 包括頭架支撐固定結(jié)構(gòu)，所述頭架支撐固定結(jié)構(gòu)上形成有供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉的用于 定義面部坐標(biāo)系的參照特征。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述固定頭架 包括頭架支撐固定結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)架，所述坐標(biāo)架固定在所述頭架支撐固定結(jié)構(gòu)上，用于定義 面部坐標(biāo)系，并供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述頭架支撐 固定結(jié)構(gòu)包括相互拼接的矢狀位頭架和冠狀位頭架，所述冠狀位頭架和矢狀位頭架上均設(shè) 有用于抵止所述頭顱的骨性支點(diǎn)的抵止部和調(diào)整所述抵止部的調(diào)整部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述矢狀位頭 架的抵止部所抵止的骨性支點(diǎn)為枕骨突隆，所述冠狀位頭架的抵止部所抵止的骨性支點(diǎn)為 顳枕部皮膚最薄處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述坐標(biāo)架包 括倒T型架和三個(gè)反光球，所述倒T型架的底部固定在所述矢狀位頭架的前端，所述三個(gè)反 光球分別固定在所述倒T型架的三個(gè)架桿端點(diǎn)，定義以所述三個(gè)反光球?yàn)閰⒄盏拿娌孔鴺?biāo) 系，并供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述坐標(biāo)架包 括倒T型架和三個(gè)自發(fā)光裝置，所述倒T型架的底部固定在所述矢狀位頭架的前端，所述三 個(gè)自發(fā)光裝置分別固定在所述倒T型架的三個(gè)架桿端點(diǎn)，定義以所述三個(gè)自發(fā)光裝置為參 照的面部坐標(biāo)系，并供所述運(yùn)動(dòng)捕捉裝置捕捉。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2?7任一所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述 運(yùn)動(dòng)捕捉裝置還包括攝像機(jī)調(diào)節(jié)支架，用于對(duì)所述多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)進(jìn)行至少一個(gè)方向 上的調(diào)節(jié)，使所述面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)能夠被至少三臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述攝像機(jī)調(diào) 節(jié)支架包括三角支架、伸縮桿、固定平臺(tái)、垂直桿，以及多個(gè)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)、水平臂和三軸云臺(tái)， 所述三角支架架設(shè)在地面上，所述伸縮桿一端固定在所述三角支架的上方，另一端與所述 固定平臺(tái)固定連接，通過(guò)所述伸縮桿的伸縮實(shí)現(xiàn)所述固定平臺(tái)在堅(jiān)直方向上的調(diào)節(jié)，所述 垂直桿固定在所述固定平臺(tái)的上端，多組旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)沿所述垂直桿的長(zhǎng)度方向分別設(shè)置在所 述垂直桿上，能夠相對(duì)于所述垂直桿轉(zhuǎn)動(dòng)，至少一個(gè)水平臂的一端固定在所述旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上， 能夠隨所述旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)設(shè)角度，至少一個(gè)三軸云臺(tái)安裝在所述水平臂上，所述多臺(tái) 運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)分別設(shè)置在水平臂上的多個(gè)三軸云臺(tái)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中在所述垂直 桿兩側(cè)的多個(gè)三軸云臺(tái)呈對(duì)稱"L"型。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中還包括多路 同步控制器，與所述多臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)進(jìn)行通信連接，通過(guò)所述多路同步控制器的控制 來(lái)確保所述面部上的各個(gè)面部運(yùn)動(dòng)觀察點(diǎn)能夠被至少三臺(tái)運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述運(yùn)動(dòng)捕 捉攝像機(jī)為近紅外電荷稱合元件攝像機(jī)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中所述運(yùn)動(dòng)捕 捉攝像機(jī)還自帶有紅外光LED光源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于運(yùn)動(dòng)捕捉的面肌三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其中還包括以太 網(wǎng)交換機(jī)和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，所述多路同步控制器與所述以太網(wǎng)交換機(jī)連接，所述以太網(wǎng)交 換機(jī)連接到所述數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，所述多路同步控制器將由所述運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)捕捉到的光 信號(hào)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)通過(guò)所述以太網(wǎng)交換機(jī)傳送到所述數(shù)據(jù)處理平臺(tái)進(jìn)行面部三維動(dòng)態(tài)圖 像重建和面部運(yùn)動(dòng)分析。
【文檔編號(hào)】A61B5/11GK104107048SQ201410074643
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】馮國(guó)棟, 高志強(qiáng), 趙楊, 田旭 申請(qǐng)人:中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院