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基于人体运动跟踪的远程康复系统关键技术的研究

作　者: 杨红梅
导　师: 罗元
学　校: 重庆邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 远程康复系统 人体运动跟踪 标记点 Camshift跟踪算法 Kalman算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 80次
引　用: 1次
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内容摘要


随着人口老龄化问题的日益突出,以及肢体伤残人员康复治疗要求的提高,需要借助康复医学工程手段实现康复的人数越来越多,而且有不断增加的趋势。研究表明多数人可以通过康复治疗、配备康复器具和康复训练,部分或全部地改善或恢复其丧失的功能,提高生活质量。由于康复治疗的地理、交通和社会经济障碍,远程康复系统已成为近年来计算机视觉领域和临床医学领域广受关注的一个研究热点。在基于人体运动跟踪的远程康复系统里,治疗专家通过网络获得患者的运动视频,然后跟踪患者的动作,识别和校正其错误动作,指导患者进行康复训练,使患者最大可能地恢复肢体功能。人体运动跟踪技术是远程康复系统的关键技术。开展基于人体运动跟踪的远程康复系统的研究具有重要的理论意义和潜在的应用价值。本论文研究的是基于视频的人体运动跟踪技术。在归纳和总结人体运动跟踪方法,对比各种跟踪方法的优缺点,分析人体运动跟踪的难点的基础上,讨论了Camshift(ContinuouslyAdaptiveMeanShift)跟踪算法。CamShift算法是一种基于目标颜色特征的跟踪方法,由于鲁棒性好、速度快、计算量少等的特点而被广泛使用。由于CamShift跟踪算法的搜索窗口是自适应变化的,为了增强跟踪效果,本文对CamShift算法进行了改进,增加了一个矩形跟踪框,使得跟踪效果更好。但是当出现遮挡时,CamShift算法的跟踪效果不好,需要对算法进行改进。因此,在基于视频的人体上肢运动跟踪里,本文在保留Camshift跟踪算法的优点并改进其缺点的基础上,提出了一种改进的人体上肢运动跟踪算法。该算法以Camshift跟踪算法输出的质心位置为测量信号,采用Kalman滤波算法来预测估计和校正标记点的位置,克服Camshift跟踪算法的缺陷,实现遮挡情况下的跟踪,从而保证了跟踪的可靠性。最后本文设计了一个基于视频人体运动跟踪的远程康复系统,该系统由患者、摄像头、专家组成。患者端通过固定的摄像头采集其带绿色标记的上肢运动视频,治疗专家通过网络获得患者的运动视频,然后对运动视频进行跟踪处理,获取患者的运动姿态,得到患者的运动信息。实验表明本文提出的改进算法具有良好的可靠性,能够克服遮挡问题,可以有效的实现遮挡情况下的跟踪。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 选题背景及研究意义  8-9
  1.2 远程康复系统的国内外研究现状  9-14
    1.2.1 远程康复介绍  9-10
    1.2.2 远程康复的研究现状  10-12
    1.2.3 现有的远程康复系统  12-13
    1.2.4 远程康复系统的发展趋势  13-14
  1.3 人体运动跟踪与分析  14-16
  1.4 本论文的内容概要  16-18
  1.5 本章小结  18-19
第二章 远程康复系统中的人体运动跟踪方法  19-25
  2.1 基于人体运动跟踪的远程康复系统介绍  19-20
    2.1.1 远程康复系统综述  19-20
    2.1.2 本文设计的基于人体运动跟踪的远程康复系统  20
  2.2 人体运动跟踪算法综述  20-24
    2.2.1 人体运动跟踪方法  20-23
    2.2.2 人体运动跟踪难点  23-24
    2.2.3 本文采用的跟踪算法  24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 基于 Cam Shift 算法的上肢运动跟踪  25-40
  3.1 颜色空间  25-28
    3.1.1 RGB颜色空间和HSV颜色空间  26-27
    3.1.2 RGB颜色空间到HSV颜色空间的转换  27-28
  3.2 色彩直方图和直方图投影  28-30
    3.2.1 色彩直方图  28-29
    3.2.2 直方图投影  29-30
  3.3 CamShift跟踪算法  30-36
    3.3.1 MeanShift算法理论基础  31-33
    3.3.2 MeanShift算法实现步骤  33
    3.3.3 CamShift算法的实现  33-36
  3.4 Camshift跟踪算法分析  36-37
  3.5 实验结果分析  37-39
  3.6 本章小结  39-40
第四章 遮挡时的上肢运动跟踪  40-49
  4.1 遮挡问题分析  40
  4.2 卡尔曼滤波器介绍  40-43
    4.2.1 Kalman 滤波理论的特点  40-41
    4.2.2 卡尔曼滤波原理  41-43
  4.3 遮挡问题的处理  43-46
  4.4 实验结果分析  46-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章 基于上肢运动跟踪的远程康复系统的实现  49-57
  5.1 系统结构  49-50
  5.2 系统的软硬件平台  50-53
    5.2.1 系统的硬件配置  50-52
    5.2.2 系统的软件实现  52-53
  5.3 实验结果分析  53-56
    5.3.1 远程康复系统的实现  53-54
    5.3.2 远程康复系统里人体上肢运动跟踪的实现  54-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章 全文总结与展望  57-59
  6.1 全文总结  57-58
  6.2 展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
附录：攻读硕士学位期间从事的科研工作  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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