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基于视频序列的偏瘫患者步态分析

作　者: 马晓蕾
导　师: 李金
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 视频序列 偏瘫 下肢 关节点定位 关节角度
分类号: TP399-C8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
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内容摘要


近年来,利用视频处理技术进行人体运动分析已成为计算机图像处理领域中的热门课题之一,它具有非常广阔的应用前景,可用于临床诊断、康复工程、人机工程学、体育科学以及仿生机构的控制和制造等许多领域。在医学方面,运用视频图像来分析伤残患者的运动信息,能对他们的病症诊断和身体康复起到很大的帮助。本文设计了一个基于视频序列的适用于偏瘫患者的步态分析系统,其分析过程是首先是获取矢状面偏瘫患者行走时的视频图像序列,然后采用适当的算法对其下肢关节点进行定位,最后利用下肢关节点在图像序列中的二维坐标计算出关节角度,利用所获取角度参数进行偏瘫患者的步态分析。下肢关节点的定位在偏瘫患者的步态分析中具有重要的作用,如何从图像序列中提取与人体结构相关联的特征信息,并据此完成步态分析是一项非常重要的研究工作。本文主要研究的是无标志物的下肢关节定位方法,该方法是根据人行走时呈现的几何特性对下肢关节点进行定位,视频图像序列首先经过背景去除,把人体区域从图像中提取出来,在得到完整的人体区域后,就可以获得人体的高度和宽度参数,以便进一步实现下肢关节点的定位。利用此方法可以在无需任何关节标记且无需人工干预的情况下,可以快速有效地对偏瘫患者的下肢关节点进行定位,在对其下肢关节点进行定位的同时可以绘制出下肢关节角度变化的曲线。实验结果表明,用此方法可以准确的对偏瘫患者的下肢关节点进行定位,并准确的提取其下肢关节角度的参数,利用提取的角度参数可以辅助医生定量的对患者的步态进行分析,矫正其异常步态,提高行走能力。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 选题背景与研究意义  10-11
  1.2 国内外研究状况分析  11-16
    1.2.1 有标志物方式和无标志物方式  11-13
    1.2.2 单目视觉和多目视觉  13-15
    1.2.3 基于特征检测和基于模型检测  15-16
  1.3 课题研究的主要内容  16-18
第2章 视频图像的获取与预处理  18-27
  2.1 图像的获取  18-19
  2.2 动态图像序列  19-20
  2.3 图像分类  20-23
    2.3.1 彩色图像  21
    2.3.2 灰度图像  21-22
    2.3.3 二值图像  22-23
  2.4 图像预处理  23-26
    2.4.1 中值滤波  23-24
    2.4.2 腐蚀和膨胀  24-25
    2.4.3 开和闭  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 人体建模与人体区域提取  27-38
  3.1 人体建模  27-30
  3.2 人体各部位间的层次连接关系  30-31
    3.2.1 正向动力学运动  30
    3.2.2 反向动力学运动  30-31
  3.3 人体区域的提取  31-36
    3.3.1 人体区域提取的一般方法  31-34
    3.3.2 本文采用的提取人体区域的方法  34-36
  3.4 本章小结  36-38
第4章 下肢关节点定位  38-55
  4.1 摄像机的成像模型与摄像机的定标  38-41
  4.2 下肢关节点定位算法研究  41-49
    4.2.1 侧面髋关节定位  41-43
    4.2.2 侧面膝关节定位  43-47
    4.2.3 侧面踝关节定位  47-49
  4.3 下肢关节点位置比例研究  49-50
  4.4 下肢关节点定位结果  50-54
    4.4.1 正常人体下肢关节定位结果  50-52
    4.4.2 偏瘫患者下肢关节定位结果  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章 基于视频序列的偏瘫患者步态分析  55-69
  5.1 步态与步态分析  55-56
  5.2 步态分析系统  56-62
    5 2.1 步态分析系统原理  57
    5.2.2 步态分析系统硬件与软件环境  57-60
    5.2.3 步态分析系统用户界面设计  60-62
  5.3 偏瘫患者步态分析结果  62-68
    5.3.1 步态分析的基本参数值  63-64
    5.3.2 偏瘫患者步态曲线及与正常人步态曲线对比分析  64-68
  5.4 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76-77
附录  77

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