便携式站姿、坐姿人体平衡测试系统的研制

　　1 引言

　　研究表明，人体平衡的维持是一个神经肌肉综合活动过程，人体平衡功能受到视觉、本体感觉和前庭感觉系统三方面影响。人体平衡功能的测量对某些疾病，特别是神经系统疾病、运动系统疾病有重要意义。其涉及范围包括临床诊断治疗、康复医学、老年医学、运动医学以及特种行业的人员筛选等方面。平衡功能测量大致可分为临床和实验室定量测量两大类，目前基本上已从目测观察法发展到了仪器的定量测量。Lanska^[1]曾对平衡功能测定的研究进展进行了综述。目前，在临床诊断及科研工作中一般采用压力姿势图^[2,3]和人体倾角技术^[4,5]间接测量人体平衡功能的方法，国内外根据这些方法研制的测量仪器因为体积、质量、价格以及操作不便等问题，直接影响其在临床和科研领域上的运用。随着光- 电与图像处理技术的日益成熟，将光- 电与图像处理技术运用到人体平衡功能测量就有望解决目前存在的问题。

　　2 系统设计

　　2.1 工作原理

　　人体姿态发生变化时，身体的重心也将发生相应的改变。压力姿势图的检测方法一般采用高精度力传感器，利用计算机测量技术检测人体重心的改变，将人体重心的微小移动距离、沿水平平面内 x、y轴移动速度等参数实时地以图形形式显示，根据测量结果计算出在 x、y轴上的平均移动速度，并采用自动优化的计算机方法，给出被试者平衡能力的评价。而本研究则采用光- 电技术，通过图像处理，实现对头部视标的追踪分析，从而测量出人体在 x、y方向上的移动轨迹长、重心移动总轨迹长以及中心移动面积等指标，直接获取人体在平衡测量过程中的重心动摇信息，最终给出测试者平衡能力的评价。本系统设计包括系统硬件设计和系统软件设计。

　　2.2 系统硬件设计

　　该测试系统的硬件由 CCD 摄像头、微机、虚拟LCD 眼镜、数字图形实时采集系统、距离调节装置以及视标等组成(如图 1)。视标采用发光二极管置于被试身体的特定部位作为标志点

(本研究中将视标固定在被试者头部中央。数码 CCD摄像头悬挂在头部视标正上方，数字图形实时采集系统连接数码CCD 摄像头输出，并将采集的信息输入微机，以进行数字图像处理，打印机输出测试结果报表。我们采用一个可自由调节高度的测试架作为距离调节装置来升降数码 CCD摄像头。通过微机输出同步信号控制虚拟 LCD眼镜，以模拟各种环境对被试者的视觉刺激。

　　2.3 系统软件设计

　　由以上的系统硬件分析可知，该系统软件设计应包括图像采集、图像识别、数据处理、数据打印模块和数据库 5 部分。CCD摄像头采集的图像经数字图形实时采集模块输入计算机，经图像采集软件模块取得该图像数据，并可根据各种要求进行图像采集参数设置。因为 CCD摄像头所摄的图像包括被试者、头部视标以及周围环境，倘若不能对图像中的某一点进行分析，几乎不可能定量测量人体平衡信息。因此，图像识别模块设计的主要目的就是利用已有的处理方法将头部视标从背景信息中提取出来并形成一光斑，最终在图像处理中形成一亮点。