基于標記點的三維人體步態(tài)捕獲技術(shù)研究.pdf

1、近年來，在康復醫(yī)學領域里應用步態(tài)分析來進行障礙診斷、制定治療方案以及評價療效已受到高度重視。通過步態(tài)分析，醫(yī)務人員可以查找出步態(tài)的問題所在以及問題發(fā)生的原因，做出障礙診斷，并確定障礙的程度。然而在我國，大部分醫(yī)院或康復專門機構(gòu)仍然僅憑肉眼觀察來判斷步態(tài)正常與否，缺乏科學的診斷依據(jù)。這種現(xiàn)象的主要原因是我國現(xiàn)有的步態(tài)分析系統(tǒng)均為國外產(chǎn)品，其價格昂貴，操作也十分復雜，致使很多醫(yī)院雖然希望配備步態(tài)分析系統(tǒng)，但因上述原因也只能望而止步。這種局面

2、阻礙了我國步態(tài)分析及康復領域水平的提高和發(fā)展。
　　 針對上述現(xiàn)狀，本文對三維人體步態(tài)捕獲進行了研究，取得了以下成果：
　　 本文討論了基于多目攝像機的三維步態(tài)運動捕獲的整體技術(shù)路線，首先對多臺攝像機進行了定標，獲得攝像機內(nèi)外參數(shù)，然后從人體步態(tài)行走圖像序列中提取標記點信息進行跟蹤匹配，再根據(jù)匹配的對應點和攝像機參數(shù)重建出三維標記點，繼而估計關節(jié)中心和旋轉(zhuǎn)角度。概括來說，其主要包含五個關鍵步驟：多目攝像機定標、標記點提取

3、、標記點跟蹤、三維重建和關節(jié)中心及旋轉(zhuǎn)角度的計算。
　　 本文采用多目攝像機自定標方法求解了多目攝像機的內(nèi)外參數(shù)，在定標圖像中標記點軌跡分布均勻、覆蓋區(qū)域比例較大的情況下，定標后三維重投影誤差僅在1個像素以內(nèi)，精度較高。
　　 提出了一種魯棒的基于多目攝像機的自校正二維標記點跟蹤方法，該方法結(jié)合卡爾曼濾波預測技術(shù)、標記點軌跡平滑性和多視角幾何關系對標記點的運動軌跡進行跟蹤，充分利用了原始圖像二維信息，提高了跟蹤的精確度，

4、也給后繼三維重建的精度奠定了基礎。將該方法應用于三維人體步態(tài)捕獲，并與商業(yè)系統(tǒng)Vicon做了對比實驗，該實驗表明，本文方法可以獲得較精確的步態(tài)數(shù)據(jù)，能夠滿足人體步態(tài)分析的需求。
　　 本文采用基于函數(shù)分析的關節(jié)中心參數(shù)估計算法實現(xiàn)從標記點坐標計算步態(tài)數(shù)據(jù)。該算法主要包括基于標志點數(shù)據(jù)剛性修正算法的數(shù)據(jù)預處理和基于函數(shù)分析的關節(jié)中心算法兩個步驟。其優(yōu)點在于提供了一種解析的關節(jié)中心初值計算方法，并且由這種方法計算得到的初值參與特定的