基于標(biāo)記點(diǎn)的三維人體步態(tài)捕獲技術(shù)研究.pdf

1、近年來，在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里應(yīng)用步態(tài)分析來進(jìn)行障礙診斷、制定治療方案以及評(píng)價(jià)療效已受到高度重視。通過步態(tài)分析，醫(yī)務(wù)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(fù)專門機(jī)構(gòu)仍然僅憑肉眼觀察來判斷步態(tài)正常與否，缺乏科學(xué)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(jià)格昂貴，操作也十分復(fù)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(fù)領(lǐng)域水平的提高和發(fā)展。
　　 針對(duì)上述現(xiàn)狀，本文對(duì)三維人體步態(tài)捕獲進(jìn)行了研究，取得了以下成果：
　　 本文討論了基于多目攝像機(jī)的三維步態(tài)運(yùn)動(dòng)捕獲的整體技術(shù)路線，首先對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行了定標(biāo)，獲得攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)，然后從人體步態(tài)行走圖像序列中提取標(biāo)記點(diǎn)信息進(jìn)行跟蹤匹配，再根據(jù)匹配的對(duì)應(yīng)點(diǎn)和攝像機(jī)參數(shù)重建出三維標(biāo)記點(diǎn)，繼而估計(jì)關(guān)節(jié)中心和旋轉(zhuǎn)角度。概括來說，其主要包含五個(gè)關(guān)鍵步驟：多目攝像機(jī)定標(biāo)、標(biāo)記點(diǎn)提取

3、、標(biāo)記點(diǎn)跟蹤、三維重建和關(guān)節(jié)中心及旋轉(zhuǎn)角度的計(jì)算。
　　 本文采用多目攝像機(jī)自定標(biāo)方法求解了多目攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，在定標(biāo)圖像中標(biāo)記點(diǎn)軌跡分布均勻、覆蓋區(qū)域比例較大的情況下，定標(biāo)后三維重投影誤差僅在1個(gè)像素以內(nèi)，精度較高。
　　 提出了一種魯棒的基于多目攝像機(jī)的自校正二維標(biāo)記點(diǎn)跟蹤方法，該方法結(jié)合卡爾曼濾波預(yù)測(cè)技術(shù)、標(biāo)記點(diǎn)軌跡平滑性和多視角幾何關(guān)系對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)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(chǔ)。將該方法應(yīng)用于三維人體步態(tài)捕獲，并與商業(yè)系統(tǒng)Vicon做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)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(guān)節(jié)中心參數(shù)估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)從標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算步態(tài)數(shù)據(jù)。該算法主要包括基于標(biāo)志點(diǎn)數(shù)據(jù)剛性修正算法的數(shù)據(jù)預(yù)處理和基于函數(shù)分析的關(guān)節(jié)中心算法兩個(gè)步驟。其優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種解析的關(guān)節(jié)中心初值計(jì)算方法，并且由這種方法計(jì)算得到的初值參與特定的