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基于模型的人体运动分析

作　者: 李存东
导　师: 潘海朗
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 人体运动分析 人体模型 可变形模型 分块采样 转动力学
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来,随着相关技术的发展,人体运动分析已发展为一个融合多学科知识的交叉研究领域,并成为图像处理与计算机视觉领域中备受关注的前沿方向之一。它是结合生物力学和计算机视觉的一项重要技术,在多个领域都有着广泛的应用前景和潜在的经济价值。鉴于此,越来越多的科研机构、商业机构都相继投入到该领域的科研中来。人体运动属于典型的链接型非刚体运动,结合模型进行人体运动分析有着极大的研究价值。对此,本文利用人体模型,针对人体运动分析领域相关问题,主要进行了以下研究工作：(1)利用背景差分法进行运动目标分割。针对本文实验环境的实际情况,结合帧间差分法与平均法思想进行背景建模,对传统平均背景法进行了改进,并利用基于灰度直方图的自适应阈值分割法与形态学处理方法实现运动目标的完整分割。(2)利用OpenGL完成人体模型的建立。本文提出一种新的可变形模型,并利用该模型对人体上臂、前臂、大腿、小腿进行建模,从而近似地反映出手臂以及腿部运动过程中肌肉所发生的形变情况。(3)利用基于模型的粒子滤波算法对人体手臂运动以及各肢体运动进行跟踪。针对链接型运动的高维空间特性,结合分块采样策略,采用自上而下的搜索方式完成基于模型的粒子滤波算法,并利用该算法对手臂运动以及各肢体运动进行跟踪。(4)利用模型进行人体转动力学分析。提出一种基于模型的人体转动力学分析方法,结合人体模型将人体有效地看成由多个部分共同构成的组合系统,并根据转动力学相关知识,对各个部分的转动分别进行分析,从而得到整个人体的转动力学参数,并近似地对整个人体转动进行分析。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 人体运动分析概述  8
  1.2 人体运动分析的研究意义及应用前景  8-9
  1.3 人体运动分析相关技术研究现状  9-13
    1.3.1 运动目标检测  9-11
    1.3.2 目标分类  11
    1.3.3 运动跟踪  11-12
    1.3.4 行为识别  12-13
  1.4 人体运动分析相关研究成果  13
  1.5 本文结构安排及主要工作  13-16
2 运动目标分割  16-28
  2.1 视频图像序列预处理  16-18
  2.2 运动目标分割常用方法  18-20
    2.2.1 基于时间差分法的运动目标分割  18-19
    2.2.2 基于背景差分的运动目标分割  19
    2.2.3 基于光流法的运动目标分割  19-20
  2.3 本文使用方法  20-27
  2.4 本章小结  27-28
3 人体模型建立  28-40
  3.1 可变形模型参数方程  28-30
  3.2 手臂模型建立  30-34
    3.2.1 上臂模型建立  31-32
    3.2.2 前臂模型建立  32-34
  3.3 腿部模型建立  34-36
  3.4 头、手、脚模型建立  36-37
  3.5 人体模型整体建立  37-38
  3.6 本章小结  38-40
4 模型姿态评价  40-46
  4.1 图像特征抽取  40-41
  4.2 边缘匹配误差  41-42
  4.3 区域匹配误差  42-43
  4.4 姿态评价函数  43-44
  4.5 本章小结  44-46
5 基于模型与粒子滤波的运动跟踪  46-62
  5.1 粒子滤波相关理论  46-53
    5.1.1 动态空间模型的表示  46-47
    5.1.2 贝叶斯滤波理论  47-48
    5.1.3 蒙特卡罗采样仿真方法  48-49
    5.1.4 贝叶斯重要性采样与序列重要性采样  49-50
    5.1.5 粒子退化与重采样  50-52
    5.1.6 粒子滤波算法描述  52-53
  5.2 基于粒子滤波的视觉跟踪框架  53-54
  5.3 基于模型的粒子滤波跟踪算法  54-57
    5.3.1 先验分布的估计  54-55
    5.3.2 动态预测模型建立  55
    5.3.3 重要性权值计算  55-56
    5.3.4 分块采样策略  56
    5.3.5 跟踪算法流程  56-57
  5.4 实验结果与分析  57-61
  5.5 本章小节  61-62
6 基于模型的转动力学分析  62-70
  6.1 转动力学知识  62-65
    6.1.1 转动惯量  62-63
    6.1.2 转动动能  63
    6.1.3 转动定律  63-64
    6.1.4 动量矩定理及动量矩守恒  64-65
  6.2 转动力学分析  65-69
  6.3 本章小结  69-70
7 总结与展望  70-72
  7.1 本文主要工作  70
  7.2 研究方向展望  70-72
致谢  72-74
参考文献  74-80
附录  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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