论文中文题名: | 基于深度相机的无标记人体步态分析方法研究 |
姓名: | |
学号: | 20307223012 |
保密级别: | 保密(1年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085400 |
学科名称: | 工学 - 电子信息 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 图像处理 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-16 |
论文答辩日期: | 2024-06-05 |
论文外文题名: | Research on Unmarked Human Gait Analysis Method Based on Depth Camera |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | depth camera ; gait analysis ; unmarked ; point cloud skeleton extraction ; gait parameters |
论文中文摘要: |
机器视觉技术是目前最常见的无标记人体步态分析手段之一,对于帕金森、脑卒中等患者的康复评估与治疗具有重要意义。现有的基于机器视觉技术的无标记步态分析方法对人体关节定位的准确性较差,导致步态参数精度较低,且需要手动对相机进行标定,操作繁杂。因此,本文研究了基于深度相机的无标记人体步态分析方法,以进一步提高人体步态参数的计算精度以及步态分析方法的自动化程度。 针对现有基于机器视觉技术的无标记步态分析方法标定过程复杂、关节定位不准确等问题,提出了基于人体骨架点云提取的步态分析方法。首先,在对点云进行背景去除后,利用点云分割算法与图像边缘检测算法将点云数据由相机坐标系变换至世界坐标系;其次,利用YOLO-Pose模型对人体点云进行分割,并引入点云骨架提取技术,通过点云中的单个点与其邻域点计算对应的骨架点的位置,从深度相机采集到的2.5D点云中提取人体下肢骨架点云,进而利用点云拟合算法拟合其位置信息,将拟合结果作为人体骨骼的位置信息,实现人体骨骼的准确定位;最后利用峰值检测算法对人体步态周期与步态时相进行划分,并根据划分结果计算相应的步态参数。 为了验证本文提出的步态分析方法的有效性,以基于标记的方法得到的步态参数为真值,对本文方法的检测结果进行评价分析,并和基于Kinect相机的传统步态分析方法进行对比。实验结果表明本文方法检测到步态参数与真值之间具有良好的相关性和一致性,且平均绝对误差较小,步长、抬脚高度等参数误差均在16~26mm之内,相较基于Kinect的方法提升了45.8%~66.7%,本文方法检测到的膝、髋关节角度误差分别为1.08°和2.62°,相较基于Kinect方法分别提升了64.5%与29.6%,可以对人体步态参数进行有效测量。 |
论文外文摘要: |
Machine vision technology is currently one of the most common unlabeled human gait analysis methods, which is of great significance for the rehabilitation evaluation and treatment of patients with Parkinson's disease, stroke, and other conditions. The existing machine vision technology-based unlabeled gait analysis methods have poor accuracy in human joint localization, resulting in low accuracy of gait parameters and the need for manual camera calibration, making the operation cumbersome. Therefore, this article studies an unmarked human gait analysis method based on depth cameras to further improve the calculation accuracy of human gait parameters and the automation level of gait analysis methods. A gait analysis method based on human skeleton point cloud extraction is proposed to address the problems of complex calibration process and inaccurate joint positioning in existing machine vision technology-based unlabeled gait analysis methods. Firstly, after removing the background of the point cloud, the point cloud data is transformed from the camera coordinate system to the world coordinate system using point cloud segmentation algorithms and image edge detection algorithms; Secondly, the YOLO-Pose model is used to segment the human point cloud, and point cloud skeleton extraction technology is introduced. The position of the corresponding skeleton point is calculated based on a single point in the point cloud and its neighboring points. The human lower limb skeleton point cloud is extracted from the 2.5D point cloud collected by the depth camera, and then the position information is fitted using the point cloud fitting algorithm. The fitting result is used as the position information of the human skeleton, achieving accurate positioning of the human skeleton; Finally, the peak detection algorithm is used to partition the human gait cycle and gait phase, and the corresponding gait parameters are calculated based on the partition results. In order to verify the effectiveness of the gait analysis method proposed in this article, the detection results of our method were evaluated and analyzed using the gait parameters obtained from the label based method as true values, and compared with traditional gait analysis methods based on Kinect cameras. The experimental results show that the proposed method has a good correlation and consistency between gait parameters and true values, and the average absolute error is small. The errors of parameters such as step length and foot lift height are all within 16~26mm, which is 45.8%~66.7% higher than the Kinect based method. The angle errors of the knee and hip joints detected by the proposed method are 1.08° and 2.62°, respectively, which are 64.5% and 29.6% higher than the Kinect based method. This method can effectively measure human gait parameters. |
参考文献: |
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中图分类号: | TP212.9 |
开放日期: | 2025-06-17 |