Разработка информационной системы обработки изображений с целью выделения паттернов движения человека | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Победители конкурса УМНИК в рамках национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»

Опубликовано в Молодой учёный №21 (311) май 2020 г.

Дата публикации: 17.05.2020

Статья просмотрена: 18 раз

Библиографическое описание:

Кураков, А. Б. Разработка информационной системы обработки изображений с целью выделения паттернов движения человека / А. Б. Кураков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 21 (311). — С. 11-13. — URL: https://moluch.ru/archive/311/70746/ (дата обращения: 09.07.2020).



Движение человека является определяющим для его существования и поэтому изучение всех компонент, связанных с ним, является важным и актуальным. Для осуществления движения человека задействованы все части человеческого тела — скелет, мышечная и центральная нервная системы. Поэтому, любое отклонение в одной из этих частей, по тем или иным причинам, сказывается на движении человека. Учитывая этот факт, задача анализа походки человека, как одного из видов движения, по видео изображениям является востребованной в различных видах человеческой деятельности, во всем мире. Применение результатов анализа походки может быть использовано в медицине, спорте, контроле, играх, производстве и др.

Надо отметить, что каждый человек является уникальным, что отражается не только на его психофизиологическом состоянии, но и на том, что он имеет особенность движения. Движения человека очень похожи для взгляда человека, а для системы технического зрения заметны отличия, связанные с длиной ног, формой фигуры, заболеваниями, типом одежды и т. д. В рамках проекта стоит задача оценки параметров походки человека по видео и учетом влияния множества факторов, которые влияют на изображение и которые необходимо учесть при разработке программного обеспечения. К параметрам походки человека относятся: длина шага правой и левой ногой, двойной шаг (сумма правого и левого), ритмичность походки и т. д.

На сегодняшний день известно два базовых подхода к оценке параметров походки человека связанных с наличием маркеров на теле человека и их отсутствием. Первый способ является самым распространенным, так как упрощает задачу анализа шаблонов движения с помощью датчиков, которые находятся на теле человека. Однако, этот способ требует специальных условий для получения результатов и кроме того, датчики стесняют движения человека, что делает движения отличными от естественных. Второй способ является более сложным для обработки, но избавлен от ранее указанных недостатков первого способа и позволяет анализировать движение человека без изменения естественных условий. Был выбран второй способ, суть которого связана с получением видео измерений движения (перемещения в пространстве) человека. После получения видеоданных они обрабатываются с помощью нами разработанной программы и анализируются, предоставляя пользователю протокол. Протокол содержит детальную информацию о результатах обработки в виде параметров, которые важны для выявления особенностей движения (походки).

Задача проекта связана с анализом походки человека на основе обработки видео изображений, полученных с помощью цифровой видео камеры. Решение этой задачи лежит в плоскости двух научных направлений: биомеханики и технического (компьютерного) зрения. Во время движения (ходьбы) человек перемещает тело, переставляя ноги, совершая около двадцати ярко выраженных движений, которые представляют собой шаблоны (паттерны) походки. Походка человека зависит от множества факторов: обувь, одежда, рюкзак, груз в руке, пол, вес, рост, возраст, состояние (эмоции), пропорции тела (худоба, полнота), травмы, заболевания опорно-двигательного аппарата и т. д. Каждая походка характеризуется набором параметров: длина шага каждой ноги, длина двойного шага (правой и левой), скорость, ритмичность, угол подъема ноги и стопы и т. п. Таким образом, количественные результаты анализа походки человека (параметры) позволяют охарактеризовать состояние человека во время движения.

Для получения информации о типах походки человека, необходимо выполнить исследования разных стадий походки (шаблонов) во времени и пространстве, выделяя индивидуальные особенности двигательной активности каждого человека. В проекте предлагается разработать программное обеспечение измерения видео, обработки и анализа параметров походки человека на основе безмаркерной технологии. На основе предлагаемого подхода получаются параметры, для каждого измерения, которые можно сравнивать между собой, выявляя тенденции. Работа программы является простой и понятной даже для человека, не знающего компьютерные технологии. Программе необходимо передать видео файл и она, в автоматическом режиме обработает, выполнит анализ и подготовит протокол, который будет записан в базу данных. Пользователь может посмотреть результаты в отдельном окне программы. Последующие измерения будут формировать новые протоколы, которые будут сравниваться с уже существующими, что позволит выявлять динамику изменений параметров походки.

В отличие от аналогов, которые разработаны в основном за рубежом, данный проект использует всего лишь одну цифровую камеру, не требует особых условий для получения видео (требуется среднее освещение и расстояние камеры от человека не менее 3 метров). Обработка не требует длительного промежутка времени между измерением и получением результата. Протокол параметров является интуитивно понятным для использования не только конкретными специалистами (например, врачами), но и в домашних условиях, что расширяет круг пользователей.

Проект был поддержан Фондом содействия инноваций в рамках программы «УМНИК». Инновационность программы обработки видео, разрабатываемой в проекте связана с возможностями получения изображений в произвольных условиях освещения и помещения, а также автоматизированным получением протокола результатов обработки. Параметры обработки пользователь может выбирать самостоятельно, но многие из них подбираются автоматически. Это делает применение программы пользователями, которые не обладают высокой квалификацией в программировании.

Основные термины (генерируются автоматически): движение человека, двойной шаг, время движения, длина шага.


Похожие статьи

Изучение работы намоточных станков и исследование алгоритма...

Для обеспечения шага, длины, места и направления хода проводоводителя относительно каркаса и оправки в процессе намоточного производства применяются механизмы раскладки провода. Их роль непосредственно связана с образованием шага обмотки и поэтому...

Теоретические и практические аспекты обучения коньковым...

– поперечные перемещения тела, размах которых пропорционален углу разведения лыж

В цикле этого хода, располагая обе лыжи под углом к направлению движения, выполняется два скользящих коньковых шага и одно отталкивание руками.

Компьютерный постурографический комплекс «Balance Master»...

Длина шага (Step Length) — это продольное расстояние между последовательными шагами обследуемого, в сантиметрах, рассчитанное путем сложения расстояний каждого сделанного шага по оси У и их деления на количество шагов.

Методика обучения основным видам движения по физкультуре...

В системе физического воспитания детей дошкольного возраста большое значение имеет развитие основных движений: ходьбы, бега, метаний, прыжков, лазания и др. Они характерны для повседневной трудовой деятельности человека и являются важным средством...

Методика обучения прыжкам в длину | Статья в журнале...

При совершенствовании техники движений используются методы выполнения упражнений вразнобой

Самоконтроль времени на отрезках и у разбега, а также длины шагов и разбега

Легкая атлетика — вид спорта, объединяющий естественные для человека физические...

Кросс или трейлраннинг? | Статья в журнале «Молодой ученый»

Биомеханика движений вкроссе. В кроссовом беге все участники стартуют по общей дорожке с

При подъеме в гору у бегуна происходит наклон туловища, увеличивается темп движений, переход на короткие шаги.

Рис. 3. Биомеханика движений тела человека. Трейлраннинг.

Основы обучения передвижению на лыжах | Статья в журнале...

Передвижение на лыжах по пересеченной местности требует от лыжника умения спускаться со склонов разной угловой наклонности, преодолевать неровности, осуществлять торможения и повороты в движении.

Путем многократных повторений достигается автоматизм движений.

Расчет собственных колебаний вант методом явного...

Принимая вычислим шаг по длине и времени . Они должны быть достаточно малыми, чтобы избежать численной погрешности.

Метод интегрирования уравнений движения можно использовать для исследования нелинейных колебаний вант, в том числе и с внешним...

Изменение техники спринтерского бега под влиянием утомления

Длина шагов регистрировалась по следам на дорожке, время шага — с помощью сейсмодатчика и тензоплатформы.

Казалось бы, вывод напрашивается сам собой: эти изменения движений звеньев ног — специфический признак утомления.

Исследование уровня двигательной активности учащихся

Движение — это жизнь… Кому принадлежит эта фраза, никто уже не припомнит, но справедливости этого высказывания никто не сомневается.

Ограждая себя от лишних шагов, люди совершают огромную ошибку, полагая, что тем самым они себя оберегают.

Похожие статьи

Изучение работы намоточных станков и исследование алгоритма...

Для обеспечения шага, длины, места и направления хода проводоводителя относительно каркаса и оправки в процессе намоточного производства применяются механизмы раскладки провода. Их роль непосредственно связана с образованием шага обмотки и поэтому...

Теоретические и практические аспекты обучения коньковым...

– поперечные перемещения тела, размах которых пропорционален углу разведения лыж

В цикле этого хода, располагая обе лыжи под углом к направлению движения, выполняется два скользящих коньковых шага и одно отталкивание руками.

Компьютерный постурографический комплекс «Balance Master»...

Длина шага (Step Length) — это продольное расстояние между последовательными шагами обследуемого, в сантиметрах, рассчитанное путем сложения расстояний каждого сделанного шага по оси У и их деления на количество шагов.

Методика обучения основным видам движения по физкультуре...

В системе физического воспитания детей дошкольного возраста большое значение имеет развитие основных движений: ходьбы, бега, метаний, прыжков, лазания и др. Они характерны для повседневной трудовой деятельности человека и являются важным средством...

Методика обучения прыжкам в длину | Статья в журнале...

При совершенствовании техники движений используются методы выполнения упражнений вразнобой

Самоконтроль времени на отрезках и у разбега, а также длины шагов и разбега

Легкая атлетика — вид спорта, объединяющий естественные для человека физические...

Кросс или трейлраннинг? | Статья в журнале «Молодой ученый»

Биомеханика движений вкроссе. В кроссовом беге все участники стартуют по общей дорожке с

При подъеме в гору у бегуна происходит наклон туловища, увеличивается темп движений, переход на короткие шаги.

Рис. 3. Биомеханика движений тела человека. Трейлраннинг.

Основы обучения передвижению на лыжах | Статья в журнале...

Передвижение на лыжах по пересеченной местности требует от лыжника умения спускаться со склонов разной угловой наклонности, преодолевать неровности, осуществлять торможения и повороты в движении.

Путем многократных повторений достигается автоматизм движений.

Расчет собственных колебаний вант методом явного...

Принимая вычислим шаг по длине и времени . Они должны быть достаточно малыми, чтобы избежать численной погрешности.

Метод интегрирования уравнений движения можно использовать для исследования нелинейных колебаний вант, в том числе и с внешним...

Изменение техники спринтерского бега под влиянием утомления

Длина шагов регистрировалась по следам на дорожке, время шага — с помощью сейсмодатчика и тензоплатформы.

Казалось бы, вывод напрашивается сам собой: эти изменения движений звеньев ног — специфический признак утомления.

Исследование уровня двигательной активности учащихся

Движение — это жизнь… Кому принадлежит эта фраза, никто уже не припомнит, но справедливости этого высказывания никто не сомневается.

Ограждая себя от лишних шагов, люди совершают огромную ошибку, полагая, что тем самым они себя оберегают.

Задать вопрос