Virtual environment for upper limbs rehabilitation using computer vision

A utilização da computação em dispositivos de realidade virtual tem sido explorada para prover soluções na área da saúde, mais especificamente em recuperação funcional. Há estudos que indicam que a imersão causada pela utilização de ambientes virtuais em reabilitação apresenta resultados positivos sobre a evolução do quadro de um paciente em terapia motora. A partir desta informação, houve motivação para este estudo, que tem como objetivo principal desenvolver um ambiente virtual de baixo custo para recuperação funcional de membros superiores. O ambiente virtual foi modelado a partir de visitas técnicas realizadas em centro de reabilitação com o apoio de fisioterapeutas e terapeutas ocupacionais. Além disso, este trabalho descreve quais elementos internos do dispositivo computacional e também qual ambiente virtual foram desenvolvidos. O usuário interage com o ambiente virtual por meio de técnicas de visão computacional, tendo uma webcam como dispositivo de entrada de dados. As imagens adquiridas pela webcam são processadas de modo que um objeto de interesse fique em evidência por meio de segmentação da imagem. Foram analisadas cinco técnicas de segmentação de imagem nos espaços de cores RGB e HSV. Por meio dos resultados obtidos no ambiente de desenvolvimento, não foi possível classificar o melhor método de segmentação, pois o desempenho de cada um varia de acordo com a cor do objeto de interesse e da iluminação do ambiente externo. O ambiente virtual foi testado apenas em laboratório e em ambiente de desenvolvimento. Portanto, em parceria com profissionais da saúde, é necessário empregar o sistema em clínica de reabilitação para que haja a validação do ambiente virtual desenvolvido neste projeto.The use of computing devices used in virtual reality has been exploited to provide solutions in healthcare, specifically in functional rehabilitation. There are studies that indicate that immersion caused by the use of virtual environments in rehabilitation presents positive results on the evolution of a patient in therapy. From this information, there was motivation for this study, which aims at developing a low cost solution consisting in a virtual environment for upper limbs rehabilitation. This work describes the internal elements of the computing device and also the development of the virtual environment. The user interacts with the virtual environment through computer vision techniques, having a webcam as a data input device. Acquired images by the webcam are processed so that an object of interest may be in evidence by algorithms of image segmentation. There were analyzed five techniques of image segmentation in RGB and HSV color spaces. By the results obtained in the development environment, it wasn't possible to classify the best method of segmentation, and the performance of the methods varies according to the color of the object of interest and lighting of the external environment. The virtual environment was modeled after technical visits made in rehabilitation center supported by physiotherapists and occupational therapists. The virtual environment was tested only in research environment. Therefore it is necessary to employ the system in rehabilitation clinic in partnership with health professionals so that there is a validation of the virtual environment developed in this project in the area of rehabilitation