Construction principles of computer systems for remote training based on the analysis of the video stream

Гуі Кіонг Нгуєн,Дмитро Вадимович Малявін,Віктор Олексійович Болтьонков

doi:10.15587/1729-4061.2014.28555

Гуі Кіонг Нгуєн, Дмитро Вадимович Малявін + Show 1 more

Open Access

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.28555

Copy DOI

Abstract

Basic construction principles of the remote training system were investigated. Operation of the system is based on the fact that the user tries to reproduce as accurately as repetitive movements, performed by the instructor. Algorithms for body movement image processing in the video stream were chosen so that the system was accessible to a wide range of users with home webcam and midrange computer. Point kinematic model of the human body movement was developed. The characteristic points of the human body in the video stream frames are determined based on the image skeletonization. According to the video stream data, for each characteristic point, its position, velocity and acceleration are calculated. Based on these data, a matrix of kinematic parameters for training and user movements is constructed. Quantitative comparison of two matrices is carried out using the Chebyshev and cosine similarity measures of vectors. Based on a comparison of the difference measures of vectors, recommendations are given to the user for correction of his movements. A prototype of the system was implemented as a software project. System testing has shown the correctness of its construction principles. Remote training system can be used in telemedicine for the rehabilitation of patients with musculoskeletal disorders, as well as remote sports training.

Highlights

Система базується на двохвимірній проективній точковій моделі руху людини
Координати характерних точок, їх миттєві швидкості та прискорення
Animation of 3D human model using markerless motion capture applied to sports [Text] / A

Summary

Аналіз літературних даних та постановка проблеми

Відомі СТД засновані, в основному, на двох технологіях відстеження рухів людини-користувача – маркерній та безмаркерній. У маркерних системах відстеження руху людина повинна одягати спеціальний костюм з позначеними різними кольорами частинами тіла і суглобами (маркерами) [5]. Суттєвим недоліком систем із застосуванням Kinect технологій є висока вартість як самої камери, так і програмного забезпечення для обробки відеопотоку. Мультикамерні системи потребують складного обладнання для передачі та обробки даних, крім того вони розміщення декількох камер в приміщенні, де відбувається тренування, що не завжди можливе. Наведених в [12,13], показує, що алгоритми обробки руху тіла в відеопотоці, які застосовуються у відомих системах, є досить ресурсоємними, зокрема в роботах [14,15,16] використовується такий складний алгоритм як тріангуляція Делоне). В той же час самим доступним для рядових користувачів вирішенням задачі побудови СДТ є побутова веб-камера і комп’ютер середньої продуктивності. В цьому плані дослідження шляхів побудови простої і якісної СДТ, що є доступною широкому колу користувачів, – актуальна наукова та практична проблема

Ціль та задачі дослідження

Матеріали і методи дослідження принципів побудови СДТ

Обговорення результатів дослідження

Введение