基于视频处理的下肢运动分析及实验研究

论文摘要

利用视频处理技术进行人体运动分析已成为近年的热门研究方向，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。基于视频的人体运动分析是在视频序列中对人体的运动进行跟踪、捕捉和分析，其中每个环节都有待研究者的研究和完善。本论文从国内外各种研究方法及发展现状入手，完成人体下肢运动检测与分析系统的研制，具体研究内容如下：依据人体下肢运动检测与分析系统的应用对象和现有的研究条件，确定对测量方案的总体设计，分析基于平行双目视觉的测量原理并推导出空间位置重构模型，并对含标志点人体运动跟踪特征的关键技术进行讨论。对基于视频图像处理的人体运动跟踪的算法及特征点识别方式进行改进，对基于MATLAB的视频图像处理算法编程，并分析人体下肢运动的运动学参数相关定义及其处理过程、计算方法。设计人体下肢运动检测与分析系统软件，利用VC与MATLAB混合编程的方式对此测量系统作系统化、完整化及模块化的设计，并对其系统的使用方法和各功能模块作详细说明。利用所设计的检测与分析系统进行人在跑步机上以不同速度行走运动的大量实验，以大量的实验数据为依据分析了行走速度对人体下肢步态各运动学参数的影响，并以步态康复训练机为对象进行实验分析。以理论分析为基础、实验数据为依据，论文得出正确的人体下肢运动的参数，进而验证检测与分析系统的可行性和准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 基于图像处理的人体运动分析的综述
• 1.3.1 有标志物和无标志物的方式
• 1.3.2 单目和多目视觉
• 1.3.3 基于特征和基于模型的跟踪
• 1.4 所面临困难及解决办法
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第2章 基于视频处理的位置三维重建系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统硬件组成
• 2.3 重建下肢及步态三维运动信息的基本原理
• 2.3.1 摄像机的成像模型
• 2.3.2 摄像机的标定
• 2.3.3 平行双目视觉技术及其三维重构模型建立
• 2.3.4 标定误差精度讨论
• 2.4 关节定位及标志点的选取
• 2.5 本章小结
• 第3章 视频处理跟踪实现及数据分析
• 3.1 人体关节点的跟踪算法
• 3.1.1 特征的选取
• 3.1.2 基于区域的特征跟踪
• 3.2 算法的程序实现
• 3.2.1 MATLAB软件简介
• 3.2.2 视频处理模型建立
• 3.3 人体下肢步态运动特征参数
• 3.4 人体下肢运动特征参数的数据处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统的软件环境
• 4.3 VC和MATLAB混合编程实现软件设计
• 4.4 软件结构
• 4.4.1 图像采集
• 4.4.2 图像识别
• 4.4.3 空间坐标计算
• 4.4.4 数据优化
• 4.4.5 分析结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验研究
• 5.1 实验系统
• 5.2 实验步骤
• 5.3 行走速度对下肢及步态运动学参数的影响测量和分析
• 5.3.1 步态的时间参数
• 5.3.2 步态的空间参数
• 5.3.3 步态的时空参数
• 5.4 在步态康复训练机上的运动学参数对比分析
• 5.4.1 简介
• 5.4.2 运动轨迹和时间参数分析
• 5.4.3 在步态机上运动下肢运动时空参数分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢