CN109567816B - 一种基于单目视觉的颈椎活动度测量***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单目视觉的颈椎活动度测量***及方法，相机拍摄被测人员头部转动过程中佩戴在被测人员头部的头盔靶标图像，相机安装于人头部上方，靶标位于头盔顶部；相机将拍摄的头盔靶标的图像传输至计算机，计算机计算被测人员运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的平移旋转矩阵，进而得到运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ。本发明采用单目视觉的方式测量头盔坐标系位姿，位姿测量精度高，计算速度快，从而保证颈椎活动度测量精度和速度。

Description

一种基于单目视觉的颈椎活动度测量***及方法

技术领域

本公开涉及颈椎活动度测量技术领域，特别是涉及基于机器视觉的颈椎活动度测量***及方法。

背景技术

颈椎活动度是颈椎功能的重要评价指标，对颈椎病早期诊断、颈椎病预测以及颈椎病疗效评价具有重要意义。

颈椎活动度包括前屈、后伸、左侧屈、右侧屈、左旋转、右旋转6个角度范围。目前，颈椎活动度测量方法主要有：皮尺测量法、量角器测量法、CROM仪、X射线测量法以及CT三维重建测量法等等。皮尺测量法、量角器测量法和CROM仪测量过程复杂，需要工作人员参与；X射线测量法以及CT三维重建测量法虽然精度较高，但是容易对人体健康造成伤害。

现有技术中，公开号CN105816182A，公开了一种基于Kinect传感器的颈椎活动度测量方法，公开了使用传感器获取并传送其视场内的深度数据和彩色数据，然后提起人体面部特征点及骨骼关节点三维坐标，再构建头部及躯干特征向量，计算颈椎活动角度。

公开号CN106447733A，公开了颈椎活动度及活动轴线位置的确定方法、***及装置，该专利利用双目视觉摄像机拍摄被测人员头部转动过程中佩戴在被测人员头部的检测标志的图像，利用三角量测法确定与检测标志图像组相对应的三维点的中心位置，得到采样点，将采样点投影到投影平面内，得到投影点，利用最小二乘拟合法对投影点进行拟合，得到颈椎活动轴线位置和颈椎活动度。

但是，上述专利技术在测量时，存在的问题是：基于Kinect传感器的颈椎活动度测量方法需要识别人脸关键点和骨骼特征点，精度不高；颈椎水平旋转运动时，角度较大，人脸关键点会出现在Kinect检测盲区，无法识别。

且CN106447733A专利测量方法复杂，实时性不高，每次颈椎活动度测量需要拍摄多幅图像。同时在具体实施中，国际象棋盘上的标志点通过最小二乘法拟合圆，误差较大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于单目视觉的颈椎活动度测量***及方法，采用单目视觉的方式测量头盔坐标系位姿，位姿测量精高度，从而提高颈椎活动度测量精度。

基于单目视觉的颈椎活动度测量***：

包括头盔、相机及计算机；

所述头盔的顶部设置有多个靶标，相机安装于被测人员头部上方，相机拍摄靶标图像；

所述相机将拍摄的图像传输至计算机，计算机计算被测人员运动后头盔坐标系相对于被测人员端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，其中，β是前屈/后伸活动度，α是左侧屈/右侧屈活动度，γ是左旋转/右旋转活动度。

进一步的，所述头盔顶部为平面结构，头盔下部边缘在同一平面且与顶部平面平行，头盔顶部有多个圆形靶标，靶标之间的颜色不同，根据颜色可以将头盔上的靶标和相机图像中的靶标匹配。

进一步的，所述头盔顶部的靶标选用4个圆形靶标，呈正方形排列，此正方形四个边与头盔上部四个边缘平行，这4个靶标颜色分别是红、绿、黄、蓝，从头盔前部观察，红色靶标在左上方，绿色靶标在右上方，黄色靶标在右下方，蓝色靶标在左下方，以红色靶标附近的端点为原点，以红蓝靶标附近边缘性为x轴，以红绿靶标附近边缘线为y轴建立头盔坐标系。

进一步的，所述头盔前部设置有定位线，对于正方体头盔，定位线两个端点分别是上下边缘中点，定位线结合人脸面部中轴线用于帮助测试者保证头盔佩戴姿势正确，相机用于采集头盔顶部靶标图像。

进一步的，所述计算机连接声音模块，声音模块用于提示测量者测量步骤、提醒测量者正确佩戴头盔及测量者做颈部某一方向运动时，若其他方向的运动超过设定值，声音模块提醒减少其他方向的运动量。

基于单目视觉的颈椎活动度测量方法，包括：

获取相机拍摄的被测人员头部转动过程中佩戴在被测人员头部的检测标志的图像，被测人员头部的检测标志为设置在被测人员头部所佩戴的头盔的顶部的靶标；

相机将拍摄的检测标志的图像传输至计算机，根据检测标志的图像所在头盔坐标系中的位置坐标，在计算机中根据被测人员运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的平移旋转矩阵计算运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，其中，β是前屈/后伸活动度，α是左侧屈/右侧屈活动度，γ是左旋转/右旋转活动度。

进一步的，在被测人员进行颈椎活动度测量之前，需要建立头盔坐标系并测量头盔上的靶标圆心在头盔坐标系中的位置坐标。

进一步的，在被测人员进行颈椎活动度测量之前，还需要标定单目相机内参数矩阵。

进一步的，在被测人员进行颈椎活动度测量时，被测人员端坐，保证头盔4个下边缘处于同一水平面且与被测人员双眉平行，头盔前部的定位线与被测人员人脸中轴线重合。

进一步的，相机拍摄被测人员端坐时的头盔图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₀。

进一步的，相机采集被测人员做最大尺度的颈部前屈/后伸运动时的图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₁，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₁＝H₁H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果α和γ小于设定阈值t，记录β是前屈/后伸活动度，否则，***提醒测量者减少左右侧屈、左右旋转运动量，重新进行前屈/后伸活动度测量。

进一步的，相机采集被测人员做最大尺度的颈部左侧屈/右侧屈运动时的图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₂，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₂＝H₂H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果β和γ小于设定阈值t，记录α是左侧屈/右侧屈活动度，否则，***提醒测量者减少前后伸、左右旋转运动量，重新进行左侧屈/右侧屈活动度。

进一步的，相机采集被测人员做最大尺度的颈部左旋转/右旋转运动时的图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₃，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₃＝H₃H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果α和β小于设定阈值t，记录γ是左旋转/右旋转活动度，否则，***提醒测量者减少前后伸、左右侧屈运动量，重新进行左旋转/右旋转活动度。

进一步的，解算头盔坐标系到相机坐标系旋转平移旋转矩阵H，此处的H为H₀、H₁、H₂或H₃具体过程如下：

相机采集头盔靶标图像；

根据颜色和圆形形状识别出靶标连通域，取连通域重心作为靶标圆心；

颜色识别：相机采集的图像中靶标颜色T(T_R,T_G,T_B)和对比颜色C(C_R,C_G,C_B)的相似度：

设定阈值，当d小于设定阈值则认为靶标颜色是该对比颜色；

圆形形状识别：采用圆形度方法、Hough圆变换或最小二乘法；

根据颜色将头盔坐标系中靶标圆心和相机坐标系中靶标圆心匹配

根据pnp算法计算头盔坐标系中各个靶标在相机坐标系中坐标

根据四个靶标特征点在头盔坐标系和相机坐标系的坐标，计算头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵：

同一个特征点在相机坐标系中坐标向量c和头盔坐标系中坐标向量m存在以下关系：

c＝Rm+T (1)

其中，R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵；

根据向量法求出头盔坐标系到相机坐标系的旋转矩阵R；

将R带入公式(1)求出平移矩阵T,则旋转平移矩阵

进一步的，根据被测人员运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的平移旋转矩阵A计算运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ过程包括：

已知矩阵A，其中，A为A₁、A₂或A₃；

其中：

则：

β＝arcsin(-r₃₁)

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开整体***结构简单，仅需要一台相机、一个靶标头盔和一台计算机即可完成，成本低。

2、本公开测量人员可以根据***的提示完成整个测量过程，不需要工作人员参与。

3、本公开结合靶标颜色和靶标圆形形状识别靶标，提高识别的准确率。

4、本公开基于颜色将头盔坐标系靶标和像素坐标系靶标匹配，降低匹配难度。

5、本公开采用单目视觉的方式测量头盔坐标系位姿，提高位姿测量的精度，从而提高颈椎活动度测量精度。

6、本公开的未来的***升级主要集中在头盔坐标系位姿测量算法层面，减少***升级带来的成本增加。

7、本公开的技术方案中将相机放置于被测者的顶部，由于人的左右旋转的活动度范围最大，因此放置在顶部能够避免拍摄时的视野盲区。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请具体实施例子的***结构示意图；

图2为本申请具体实施例子的头盔示意图；

图3(a)-图3(b)为本申请的实施例子的测量示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，基于机器视觉的颈椎活动度测量***，包括：头盔、相机、计算机、声音模块。

具体的，头盔顶部是一个平面，下部边缘在同一平面且与顶部平面平行，优选的可以是正方体结构，头盔顶部有多个圆形靶标，靶标颜色不同，根据靶标的圆形形状和颜色可以快速识别靶标，根据颜色可以将头盔的靶标和相机图像中的靶标匹配，优选的选用4个圆形靶标，呈正方形排列，此正方形四个边与头盔上部四个边缘平行，这4个靶标颜色分别是红、绿、黄、蓝，从头盔前部观察，红色靶标在左上方，绿色靶标在右上方，黄色靶标在右下方，蓝色靶标在左下方，以红色靶标附近的端点为原点，以红蓝靶标附近边缘性为x轴，以红绿靶标附近边缘线为y轴建立头盔坐标系，如图2所示。

在具体实施例子中，头盔前部设置有定位线，对于正方体头盔，定位线两个端点分别是上下边缘中点，定位线结合人脸面部中轴线用于帮助测试者保证头盔佩戴姿势正确。相机固定安装在测量者测量区域上方，用于采集头盔顶部靶标图像，相机与计算机相连。

在具体实施例子中，计算机用于处理相机采集的图像，根据图像计算出测量者的颈椎活动度。计算机连接所述声音模块。

在具体实施例子中，声音模块用于提示测量者测量步骤、提醒测量者正确佩戴头盔及测量者做颈部某一方向运动时，若运动时的颈部其他方向的运动超过设定值时，声音提示模块提醒减少其他方向的运动量。比如，当测量左旋转/右旋转活动度时，人的颈部同时发生了前屈/后伸运动，会使得左旋转/右旋转活动度测量不准确，此时，声音模块发出相应的提醒给被测人员，减少前屈/后伸运动。

本申请的再一实施例子中，公开了上述测量***进行颈椎活动度测量时包括以下步骤：

1、测量四个圆形靶标圆心在头盔坐标系位置坐标；

2、通过张正友标定法标定相机内参数矩阵M：

其中，f表示焦距，dx和dy表示像元尺寸，u0和v0表示相机光轴在像素坐标系中的坐标。

步骤1和2在测量***出厂或第一次使用前进行一次即可。

其中，步骤1和2是通过相机测量头盔坐标系位姿的重要步骤，后续数据的计算均是基于上述步骤进行的。

关于颈椎活动度测量，如图3(a)-图3(b)所示，步骤如下：

步骤(1)测量者端坐，将头盔戴在测量者头部，保证头盔4个下边缘处于同一水平面且与测量者双眉平行，头盔前部的定位线与人脸中轴线重合。

步骤(2)相机拍摄测量者端坐时的头盔图像，将采集的图像传输至计算机，在计算机中计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₀。

步骤(3)测量者做颈部前屈或后伸运动，当颈部感到不适，停止运动，相机拍照，将采集的图像传输至计算机，在计算机中计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₁，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₁＝H₁H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果α和γ小于设定阈值t，记录β是前屈或后伸活动度，否则，***提醒测量者减少左右侧屈、左右旋转运动量，重新进行步骤(3)。本申请上述实施例子中，三处的t是同一值。

比如被测人员颈部做前屈或后伸活动时，颈部会一定程度发生左右旋转、左右侧屈运动，左右旋转、左右侧屈会对前屈/后伸运动造成影响，使得活动度测量不准确，理想情况下是：颈部做前屈/后伸运动，其他两个方向没有任何运动情况，即β有变化，α、γ无变化，因此这里当α和γ小于设定阈值t即可当作前后伸左右旋转、左右侧屈运动量在忍受范围，将此时的β作为合理的前后伸活动度。

步骤(4)测量者做颈部左侧屈或右侧屈运动，当颈部感到不适，停止运动，相机拍照，将采集的图像传输至计算机，在计算机中计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₂，则左侧屈或右侧屈运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₂＝H₂H₀ ^-1，根据A₂计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果β和γ小于设定阈值t，记录α是左侧屈/右侧屈活动度，否则，***提醒测量者减少前后伸、左右旋转运动量，重新进行步骤(4)。

步骤(5)测量者做颈部左旋转或右旋转运动，当颈部感到不适，停止运动，相机拍照，将采集的图像传输至计算机，在计算机中计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₃，则左旋转或右旋转运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₃＝H₃H₀ ^-1，根据A₃计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果α和β小于设定阈值t，记录γ是左旋转或右旋转活动度，否则，***提醒测量者减少前后伸、左右侧屈运动量，重新进行步骤(5)。

其中，解算头盔坐标系到相机坐标系旋转平移旋转矩阵H，此处的H为H₀、H₁、H₂或H₃，具体过程如下：

(1)相机采集靶标图像；

(2)根据颜色和圆形形状识别出靶标连通域，取连通域重心作为靶标圆心；

颜色识别：相机采集的头盔图像中靶标颜色T(T_R,T_G,T_B)和相机中对比颜色C(C_R,C_G,C_B)的相似度：

设定阈值，当d小于设定阈值则认为靶标颜色是该对比颜色。

比如相机采集了靶标图像，对比红色的rgb三个通道值是C(C_R,C_G,C_B)，如果靶标颜色和对比红色的相似度d小于设定阈值，即识别出该靶标是红色。

圆形形状识别可采用圆形度方法、Hough圆变换或最小二乘法。

(3)根据颜色将头盔坐标系中靶标圆心和相机坐标系中靶标圆心匹配，靶标圆心在步骤(2)中得到；

(4)根据pnp算法计算头盔坐标系中各个靶标在相机坐标系中坐标

(6)根据四个靶标特征点在头盔坐标系和相机坐标系的坐标，计算头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵：

同一个特征点在相机坐标系中坐标向量c和头盔坐标系中坐标向量m存在以下关系：

c＝Rm+T (1)

其中，R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵。

根据向量法可以求出头盔坐标系到相机坐标系的旋转矩阵R；

将R带入公式(1)求出平移矩阵T，则旋转平移矩阵

H为H1、H2或H3，三者计算过程相同；

另外，本申请中，根据测量者运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系的平移旋转矩阵A计算运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ过程包括：

已知平移旋转矩阵A，A为A₁、A₂或A₃，三者计算过程相同：

其中：A是步骤(2)(3)(4)计算得到，r₁₁r₁₂r₁₃等等是A中R的具体数值；

则：

β＝arcsin(-r₃₁)

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于单目视觉的颈椎活动度测量***，其特征是，包括头盔、相机及计算机；

所述头盔的顶部设置有多个靶标，相机安装于被测人员头部上方，相机拍摄靶标图像；

所述相机将拍摄的图像传输至计算机，计算机计算被测人员运动后头盔坐标系相对于被测人员端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，其中，β是前屈/后伸活动度，α是左侧屈/右侧屈活动度，γ是左旋转/右旋转活动度；

所述相机拍摄被测人员端坐时的头盔图像，计算机计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₀；

所述相机采集被测人员做最大尺度的颈部前屈/后伸运动时的图像，计算机计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₁，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₁＝H₁H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果α和γ小于设定阈值t，记录β是前屈/后伸活动度，否则，计算机提醒被测人员减少左右侧屈、左右旋转运动量，重新进行前屈/后伸活动度测量。

2.如权利要求1所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量***，其特征是，所述头盔顶部为平面结构，头盔下部边缘在同一平面且与顶部平面平行，头盔顶部有多个圆形靶标，靶标之间的颜色不同，根据颜色可以将头盔上的靶标和相机图像中的靶标匹配。

3.如权利要求1所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量***，其特征是，所述头盔顶部的靶标选用4个圆形靶标，呈正方形排列，此正方形四个边与头盔上部四个边缘平行，这4个靶标颜色分别是红、绿、黄、蓝，从头盔前部观察，红色靶标在左上方，绿色靶标在右上方，黄色靶标在右下方，蓝色靶标在左下方，以红色靶标附近的端点为原点，以红蓝靶标附近边缘性为x轴，以红绿靶标附近边缘线为y轴建立头盔坐标系。

4.如权利要求1所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量***，其特征是，所述头盔前部设置有定位线，对于正方体头盔，定位线两个端点分别是上下边缘中点，定位线结合人脸面部中轴线用于帮助测试者保证头盔佩戴姿势正确，相机用于采集头盔顶部靶标图像；

所述计算机连接声音模块，声音模块用于提示测量者测量步骤、提醒测量者正确佩戴头盔及测量者做颈部某一方向运动时，若其他方向的运动超过设定值，声音模块提醒减少其他方向的运动量。

5.基于单目视觉的颈椎活动度测量方法，其特征是，包括：

获取相机拍摄的被测人员头部转动过程中佩戴在被测人员头部的检测标志的图像，被测人员头部的检测标志为设置在被测人员头部所佩戴的头盔的顶部的靶标；

相机将拍摄的检测标志的图像传输至计算机，根据检测标志的图像所在头盔坐标系中的位置坐标，在计算机中根据被测人员运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的平移旋转矩阵计算运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，其中，β是前屈/后伸活动度，α是左侧屈/右侧屈活动度，γ是左旋转/右旋转活动度；

相机拍摄被测人员端坐时的头盔图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₀；

相机采集被测人员做最大尺度的颈部前屈/后伸运动时的图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₁，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₁＝H₁H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果α和γ小于设定阈值t，记录β是前屈/后伸活动度，否则，***提醒测量者减少左右侧屈、左右旋转运动量，重新进行前屈/后伸活动度测量。

6.如权利要求5所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量方法，其特征是，在被测人员进行颈椎活动度测量之前，需要建立头盔坐标系并测量头盔上的靶标圆心在头盔坐标系中的位置坐标；

在被测人员进行颈椎活动度测量之前，还需要标定单目相机内参数矩阵。

7.如权利要求5所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量方法，其特征是，在被测人员进行颈椎活动度测量时，被测人员端坐，保证头盔4个下边缘处于同一水平面且与被测人员双眉平行，头盔前部的定位线与被测人员人脸中轴线重合。

8.如权利要求5所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量方法，其特征是，相机采集被测人员做最大尺度的颈部左侧屈/右侧屈运动时的图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₂，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₂＝H₂H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果β和γ小于设定阈值t，记录α是左侧屈/右侧屈活动度，否则，***提醒测量者减少前后伸、左右旋转运动量，重新进行左侧屈/右侧屈活动度；

进一步的，相机采集被测人员做最大尺度的颈部左旋转/右旋转运动时的图像，计算出头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵H₃，则前屈/后伸运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的旋转平移矩阵是A₃＝H₃H₀ ^-1，根据A₁计算出运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ，如果α和β小于设定阈值t，记录γ是左旋转/右旋转活动度，否则，***提醒测量者减少前后伸、左右侧屈运动量，重新进行左旋转/右旋转活动度。

9.如权利要求8所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量方法，其特征是，解算头盔坐标系到相机坐标系旋转平移旋转矩阵H，此处的H为H₀、H₁、H₂或H₃，具体过程如下：

相机采集头盔靶标图像；

根据颜色和圆形形状识别出靶标连通域，取连通域重心作为靶标圆心；

颜色识别：相机采集的图像中靶标颜色T(T_R,T_G,T_B)和对比颜色C(C_R,C_G,C_B)的相似度：

设定阈值，当d小于设定阈值则认为靶标颜色是该对比颜色；

圆形形状识别：采用圆形度方法、Hough圆变换或最小二乘法；

根据颜色将头盔坐标系中靶标圆心和相机坐标系中靶标圆心匹配

根据pnp算法计算头盔坐标系中各个靶标在相机坐标系中坐标

根据四个靶标特征点在头盔坐标系和相机坐标系的坐标，计算头盔坐标系到相机坐标系的旋转平移矩阵：

同一个特征点在相机坐标系中坐标向量c和头盔坐标系中坐标向量m存在以下关系：

c＝Rm+T (1)

其中，R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵；

根据向量法求出头盔坐标系到相机坐标系的旋转矩阵R；

将R带入公式(1)求出平移矩阵T,则旋转平移矩阵

10.如权利要求8所述的基于单目视觉的颈椎活动度测量方法，其特征是，根据被测人员运动后头盔坐标系到被测人员端坐时头盔坐标系的平移旋转矩阵A计算运动后头盔坐标系到测量者端坐时头盔坐标系x、y、z轴的旋转角度α、β、γ过程包括：

已知矩阵A，其中，A为A₁、A₂或A₃；

其中：

则：

β＝arcsin(-r₃₁)

Images