Dissertação

{en_GB=Precise Extraction of Anatomical Segment Orientations from the Kinect One Sensor} {} EVALUATED

{pt=Os avanços do Kinect One, um sensor de captura de movimentos de baixo custo sem recurso a marcadores, e do seu algoritmo de deteção de movimentos humanos levou ao desenvolvimento de aplicações nas mais diversas áreas, como reabilitação clínica e análise biomecânica. O algoritmo estima eficientemente a posição tridimensional de vinte-e-cinco pontos no corpo que constituem um esqueleto humano. Contudo, para a simulação de um modelo biomecânico humano, as orientações anatómicas devem ser estimadas com a máxima exactidão. Esta tese propõe a implementação de métodos computacionais baseados na técnica de ortogonalizaçao vectorial para obter orientações mais correctas a partir de apenas dois pontos do segmento anatómico. Para validar as orientações estimadas por cada método, um protocolo experimental foi realizado onde um conjunto de dez movimentos foram registados pelo sensor Kinect One e por um sistema de captura de movimentos baseado em marcadores. Discrepâncias entre as orientações estimadas pelo sistema baseado em marcadores e por cada método usado pelo Kinect One foram graficamente comparadas e avaliadas usando o coeficiente de correlação de Pearson. Os resultados obtidos mostram que os métodos implementados estimam com boa até muito boa correlação a orientação em torno de um dos eixos de rotação ao passo que em torno dos outros eixos de rotação o padrão cinemático foi relativamente diferente entre as diferentes técnicas e movimentos. Estes resultados encorajam o desenvolvimento de um modelo parametrizado que prevê a orientação ideal para cada segmento anatómico tendo em conta a posição das juntas humanas estimadas pelo sensor Kinect One., en=The recent advances for the Kinect One, a low-cost marker-less motion capture sensor, and its human motion tracking algorithm have led to the development of applications on the most diversified fields such as clinical rehabilitation, biomechanical analysis and entertainment. The tracking algorithm estimates efficiently the three-dimensional position of twenty-five anatomical joints and body extremities which all together constitute a human skeleton. However, for the correct simulation of a human biomechanical model, the anatomical orientations must be estimated with the maximum efficiency. This thesis purposes the implementation of computational methods based on vector orthogonalization technique to obtain more faithful orientations from only two points of the anatomical segment. To validate the orientations estimated by each method, twenty-eight subjects performed a set of ten movements that were recorded by the Kinect One sensor and by a marker-based motion capture system that is considered the reference. Discrepancies between orientations estimated by the marker-based system and by each method used on the marker-less system were graphically compared and were evaluated using the Pearson’s correlation coefficient. The results obtained show that the methods implemented estimated with good to very good correlation the orientation around one axis of rotation while, for the orientations around the other axes of rotation the kinematic pattern was relatively different among the different methods and movements. These findings encourage the development of a parametrized model to predict the optimal orientation of each anatomical segment taking into account the position of the human joints estimated by the Kinect One sensor.}
{pt=Análise de movimento, Deteção do esqueleto, Kinect One, Ortogonalização de vectores, Cinemática, Ângulos de Euler, en=Motion analysis, Skeleton tracking, Kinect One, Vector orthogonalization, Kinematics, Euler angles}

Novembro 22, 2016, 10:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Daniel Simões Lopes

INESC-ID Lisboa

Doutor

ORIENTADOR

Miguel Pedro Tavares da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado