Преимущества

Компьютерный видеоанализ движений обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционной компьютерной анимацией.

Во-первых, результаты могут быть получены очень быстро в режиме реального времени.

Во-вторых, сложные движения под влиянием веса, сил и других физических факторов могут быть в точности воссозданы.

В-третьих, у программных продуктов видеоанализа есть потенциал для свободного распространения, что способствует эффективности соотношения результат – затраты.

Недостатки

Для получения и обработки данных требуются высокопроизводительные компьютеры и специальные программы.

Системы видеоанализа требовательны к условиям работы

При возникновении ошибок, существует необходимость повторения движения, что является проблематичном при видеоанализе спортивных соревнований.

При компьютерной обработке видеозаписи определяются координаты характерных точек. Эти координаты используют для вычисления углов в суставах скелетного многозвенника и дальнейшего анализа движений человека. Недостатком подобных систем являются сбои при обработке изображений. Сбои возникают, например, если видеокамеры не видят один из маркеров или не могут распознать два маркера, если они расположены вблизи оси объектива одной из камер. Таким образом, на некотором интервале времени информация об одном из углов многозвенника оказывается утерянной или некорректной. Часто при анализе движения набор измерений с различного рода аппаратуры бывает избыточен. Эту избыточность можно использовать в алгоритме восстановления утерянной информации. Ранее в работах [12, 14–16, 18] предлагались алгоритмы повышения точности систем видеоанализа, использующие математические модели движения. Эти методы позволили в ряде случаев корректировать измерения системы видеоанализа. Различные варианты алгоритмов восстановления утерянной информации системы видеоанализа, использующие избыточную измерительную информацию, предлагались авторами ранее в работах [6–8]. Эти алгоритмы, как и все предшествующие, использовали параметры математической модели, определенные по результатам антропометрических измерений.

Исследование ходьбы человека с помощью пак «Биомеханика»

Гониометрическое исследование ходьбы человека было проведено на программно-аппаратном комплексе клинического анализа движений «БИОМЕХАНИКА», разработанного и производимого научно-медицинской фирмой «МБН», Москва. Комплекс позволяет использовать все классические методы исследования временных, пространственных, кинематических и динамических параметров движений, а также измерять биоэлектрическую активность мышц. В данной системе проведена стандартизация методов исследования, графического и цифрового представления информации.

Регистрация динамико-кинематических параметров ходьбы осуществляется следующим образом: на пациента с помощью лент «Велкро» прикрепляются последовательно соединенные гониометры (на тазобедренный (ТБС), коленный (КС), голеностопный (ГСС) суставы) и носимый микропроцессорный блок (рисунок 5).

Рисунок 5. Расположение гониометрических датчиков на теле пациента

Во время движения пациента сигналы с гониометров передаются на микропроцессорный модуль, обрабатываются и через com-порт поступают на компьютер. При помощи специализированного программного обеспечения, полученные от гониометров данные, обрабатываются и отображаются в виде графиков изменения межзвенных углов (рисунок 6).

Рисунок 6. Обследование пациента с помощью комплекса «Биомеханика»

В программно-аппаратном комплексе МБН «Биомеханика», используются закрытые протоколы передачи и хранения данных, поэтому использовать полученную информацию для какого-либо дальнейшего анализа, не реализованного в данном программном обеспечении, возможно, лишь путем цифровой обработки изображений графиков. Обработка графиков – долгое и кропотливое занятие. Для автоматизации этого процесса был использован специальный программный модуль. С его помощью были получены численные значения межзвенных углов для данного пациента, а также значения межзвенных углов для «нормальной» ходьбы. Результаты представлены в приложении 2 (№ - № кадра на видеозаписи, % - время двойного шага в %, общее время двойного шага равно 1,28 с, норма – нормальное значение, max, min – диапазон «нормальных» измерений, МБН – результаты исследования с ПАК МБН «Биомеханика»).

На рисунке 7 представлены графики изменения межзвенных углов при «нормальной» ходьбе, и индивидуальные данные, полученные с помощью комплекса «Биомеханика» (углы указаны в радианах, по оси абсцисс отложено время двойного шага в %, общее время двойного шага равно 1,28 с).

А

Б

В

Рисунок 7. График изменения межзвенных углов в тазобедренном (А), коленном (Б) и голеностопном (В) суставах