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基于视频的动物运动跟踪分析系统及应用研究

作　者: 蔡聪
导　师: 徐琦
学　校: 华中科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 视频运动分析运动跟踪目标识别卡尔曼滤波数据融合
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 17次
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内容摘要

行走是一种常见的生物体的整体运动。运动分析是对生物体行走方式的一种检查方法,旨在通过运动学手段,揭示步态异常的环节和影响因素,从而指导康复评定和治疗,也有助于临床诊断和机制研究等。本论文以国家自然科学基金为背景,针对动物实验研制一套基于视频的低成本运动跟踪分析系统,包括硬件平台和软件设计两大部分,其中硬件平台由高速摄像机、千兆网采集卡和PC机组成;系统软件采用MATLAB编程,完成对视频中实验动物特定关节标识的自动跟踪及运动学参数计算等功能。本文首先介绍了当前国内外运动跟踪系统的分类,比较应用于运动跟踪的不同机动目标模型、预测算法和目标识别算法等,分析各自的优缺点,然后介绍运动跟踪系统的硬件组成和三维标识的制作过程,详细叙述了跟踪算法的实现。根据大鼠后肢运动强弱机动混合的特点,分别采用了多项式拟合和基于“当前”机动目标模型的改进卡尔曼滤波对运动目标进行位置预测,然后采用数据融合的方法得到最终的预测结果;根据标识大小、标识与背景对比强烈程度的不同,分别选取了峰值跟踪、基于灰度的模板匹配和基于颜色的模板匹配等目标识别方法,最后用误匹配检测判断所识别目标是否正确。此外,本文还对运动学参数和肌电信号参数进行同步后用于评价康复效果,并对脊髓损伤大鼠分别在有、无跑台训练的条件下对康复效果进行运动分析,比较其运动参数,结果表明跑台训练方法对大鼠行走能力的康复有促进作用,该方法可用于脊髓损伤大鼠后肢运动能力的恢复。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题的研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 论文的主要工作内容  11-12
2 基于视频的运动跟踪算法  12-27
  2.1 机动目标模型  12-16
  2.2 预测跟踪算法  16-20
  2.3 目标识别算法  20-24
  2.4 步态运动特征参数  24-26
  2.5 本章小结  26-27
3 运动跟踪分析系统设计  27-47
  3.1 系统硬件组成  27-28
  3.2 关节标识的制作  28-29
  3.3 同步模块  29-30
  3.4 软件设计方案  30-43
  3.5 系统精确度和准确度的测试  43-46
  3.6 本章小结  46-47
4 动物的实验研究  47-58
  4.1 实验设计  47-48
  4.2 实验结果和分析  48-57
  4.3 本章小结  57-58
5 结论与展望  58-60
  5.1 结论  58
  5.2 系统需要改进的地方  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
硕士期间发表论文情况  64

基于视频的动物运动跟踪分析系统及应用研究

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