Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Software for estimation of three dimensional trajectories of markers placed on the body, based on registration with two cameras

Aleksandra Joanna Michalska

Abstract

Under this thesis there was proposed a method and a program to determine a three-dimensional trajectory of a marker placed in a specific anatomic point. The user and the exit of the program receive a three-dimensional trajectory of the marker on which he will be able to evaluate its movement. The assumption of the system was an analysis of recorded movements during stationary exercises (for example on a cyclometer or a treadmill), which don’t require a lot of space to perform. The marker was recorded by two cameras placed perpendicularly and in the same distance from the pictured object. The common part of their view created a measuring volume, in which the marker could move, to be recorded. An appropriate lightning of the measuring stand and fulfilling all the requirements for the marker allowed recording of a series of recordings of various movements. A specific movement was recorded by two cameras one from the front and one from the side. The final result was a number of pairs of recordings visualizing various movements seen from two perspectives. Those recording were than analysed. To ease the handling of the program a user friendly interface was created in the Matlab environment. The handling of the program doesn’t require knowledge of a programing language. A user is guided by the program through displaying next instructions. At the beginning a user chooses a calibrating recording, and measures by himself the calibrating object which is on the recordings. The next step is to choose recordings, which are to be analysed. After displaying first few frames of the recordings a user marks an area of the marker and points its centre. Next an tracking algorithm is activated. For each frame a centre of the marker is determined. As criteria a method of sum of squares of differences was used. An effect of this algorithm is two matrixes one for each plane containing x and y coordinates of the centre of the marker through the full length of the recording. After rescaling those matrixes they are put together to create a “z” coordinates. At the end a user receives a graph picturing a three-dimensional trajectory of the marker, and a possibility to save it to *.mat file. To verify the program an experiment was carried out consisting of recording of known movement. A different script has been written to allow this analysis and an assessment of correctness. A script works on the same rules as the program. The difference are that the script displays all graphs for example two and three-dimensional trajectories before scaling. The recordings are played with already calculated coordinates of the marker. It gives a possibility of preliminary assessment if the algorithm works correctly. An assessment of the algorithm is made by calculating actual movements of the marker and comparing them with the calculations made by the program. Based on the results it was alleged that the algorithm meets the requirements and that the trajectories are correct.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Aleksandra Joanna Michalska (FM) Aleksandra Joanna Michalska,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Program do wyznaczania trójwymiarowej trajektorii znaczników na ciele na podstawie rejestracji z dwóch kamer
Supervisor
Szymon Cygan (FM/IMBE) Szymon Cygan,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)
Study subject / specialization
, Inżynieria Biomedyczna (Biomedical Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
29-05-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Szymon Cygan (FM/IMBE) Szymon Cygan,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM) Krzysztof Wildner (FM/IMBE) Krzysztof Wildner,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
Biomechanika, Przetwarzanie obrazów, Śledzenie ruchu na obrazie, Motion capture.
Keywords in English
Biomechanics, Image processing, Object tracking, Motion capture.
Abstract in Polish
W ramach niniejszej pracy zaproponowana została metoda i oprogramowanie do wyznaczania trójwymiarowej trajektorii znacznika umieszczonego w określonym punkcie anatomicznym. Użytkownik na wyjściu działania programu otrzyma trójwymiarową trajektorię znacznika, na podstawie której będzie mógł ocenić jego przemieszczenia. Założeniem systemu była analiza ruchów rejestrowanych podczas ćwiczeń stacjonarnych (np. na cykloergometrze lub bieżni), takich które nie wymagają dużej przestrzeni do ruchu. Rejestrację ruchu znacznika umożliwiły dwie kamery ustawione prostopadle do siebie, znajdujące się w tej samej odległości od obrazowanego obiektu. Część wspólna ich pola widzenia utworzyła objętość pomiarową, w której mógł poruszać się znacznik, aby był zarejestrowany. Odpowiednie oświetlenie stanowiska pomiarowego oraz spełnienie wymagań postawionych dla znacznika, umożliwiło rejestracje serii nagrań różnego rodzaju ruchów. Dany ruch został zarejestrowany przez dwie kamery: jedną z rzutu przedniego drugą – z bocznego. Ostatecznie otrzymano kilka par nagrań przedstawiających różny ruch widziany z dwóch perspektyw. Takie nagrania poddano analizie. Dla łatwiejszej obsługi programu został stworzony przyjazny użytkownikowi interfejs graficzny w środowisku Matlab. Obsługa programu nie wymaga znajomości języka programowania. Użytkownik jest prowadzony przez program, poprzez wyświetlanie kolejnych instrukcji. Na początku działania programu użytkownik dokonuje wyboru nagrań skalujących, po czym sam dokonuje pomiaru przedmiotu skalującego znajdującego się na nagraniach. Następnie wybiera nagrania które zostaną poddane analizie. Po wyświetleniu pierwszych klatek tych nagrań, użytkownik zaznacza obszar znacznika oraz wskazuje jego środek. W kolejnym kroku uruchamiany jest algorytm śledzenia. Dla każdej klatki wyznaczane jest położenie środka znacznika. Jako kryterium zastosowano metodę sumy kwadratów różnic. Efektem działania tego algorytmu są dwie macierze – po jednej dla każdej płaszczyzny - zawierające współrzędne x i y środka znacznika podczas trwania całego nagrania. Po przeskalowaniu tych macierzy następuje ich złożenie, tak aby otrzymać współrzędną z. Po zakończeniu tych działań, użytkownik otrzymuje wykres przedstawiający trójwymiarową trajektorię znacznika. Ma możliwość zapisania jej do pliku *.mat. W celu weryfikacji poprawności działania programu został przeprowadzony eksperyment, polegający na rejestracji znanego ruchu. Został napisany osobny skrypt umożliwiający tą analizę oraz ocenę poprawności. Działanie skryptu opiera się na takiej samej zasadzie jak działanie programu. Różni się jednak tym, że wyświetlane są wszystkie utworzone wykresy, na przykład dwuwymiarowe i trójwymiarowe trajektorie przed skalowaniem. Odtwarzane są również nagrania z zaznaczonymi obliczonymi współrzędnymi znacznika. Daje to możliwość wstępnej oceny poprawności działania algorytmu. Ocenę algorytmu dokonuje się poprzez obliczenie rzeczywistych przemieszczeń znacznika, a następnie porównanie ich z przemieszczeniami wyznaczonymi przez program. Na podstawie wyników stwierdzono, że algorytm spełnia wymagania oraz że wyznaczone trajektorie są poprawne.
File
  • File: 1
    276820_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 34053

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT3f53b0b32afd44cc8bb909fef95fcd8d/
URN
urn:pw-repo:WUT3f53b0b32afd44cc8bb909fef95fcd8d

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page