Движение человека является определяющим для его существования и поэтому изучение всех компонент, связанных с ним, является важным и актуальным. Для осуществления движения человека задействованы все части человеческого тела — скелет, мышечная и центральная нервная системы. Поэтому, любое отклонение в одной из этих частей, по тем или иным причинам, сказывается на движении человека. Учитывая этот факт, задача анализа походки человека, как одного из видов движения, по видео изображениям является востребованной в различных видах человеческой деятельности, во всем мире. Применение результатов анализа походки может быть использовано в медицине, спорте, контроле, играх, производстве и др.
Надо отметить, что каждый человек является уникальным, что отражается не только на его психофизиологическом состоянии, но и на том, что он имеет особенность движения. Движения человека очень похожи для взгляда человека, а для системы технического зрения заметны отличия, связанные с длиной ног, формой фигуры, заболеваниями, типом одежды и т. д. В рамках проекта стоит задача оценки параметров походки человека по видео и учетом влияния множества факторов, которые влияют на изображение и которые необходимо учесть при разработке программного обеспечения. К параметрам походки человека относятся: длина шага правой и левой ногой, двойной шаг (сумма правого и левого), ритмичность походки и т. д.
На сегодняшний день известно два базовых подхода к оценке параметров походки человека связанных с наличием маркеров на теле человека и их отсутствием. Первый способ является самым распространенным, так как упрощает задачу анализа шаблонов движения с помощью датчиков, которые находятся на теле человека. Однако, этот способ требует специальных условий для получения результатов и кроме того, датчики стесняют движения человека, что делает движения отличными от естественных. Второй способ является более сложным для обработки, но избавлен от ранее указанных недостатков первого способа и позволяет анализировать движение человека без изменения естественных условий. Был выбран второй способ, суть которого связана с получением видео измерений движения (перемещения в пространстве) человека. После получения видеоданных они обрабатываются с помощью нами разработанной программы и анализируются, предоставляя пользователю протокол. Протокол содержит детальную информацию о результатах обработки в виде параметров, которые важны для выявления особенностей движения (походки).
Задача проекта связана с анализом походки человека на основе обработки видео изображений, полученных с помощью цифровой видео камеры. Решение этой задачи лежит в плоскости двух научных направлений: биомеханики и технического (компьютерного) зрения. Во время движения (ходьбы) человек перемещает тело, переставляя ноги, совершая около двадцати ярко выраженных движений, которые представляют собой шаблоны (паттерны) походки. Походка человека зависит от множества факторов: обувь, одежда, рюкзак, груз в руке, пол, вес, рост, возраст, состояние (эмоции), пропорции тела (худоба, полнота), травмы, заболевания опорно-двигательного аппарата и т. д. Каждая походка характеризуется набором параметров: длина шага каждой ноги, длина двойного шага (правой и левой), скорость, ритмичность, угол подъема ноги и стопы и т. п. Таким образом, количественные результаты анализа походки человека (параметры) позволяют охарактеризовать состояние человека во время движения.
Для получения информации о типах походки человека, необходимо выполнить исследования разных стадий походки (шаблонов) во времени и пространстве, выделяя индивидуальные особенности двигательной активности каждого человека. В проекте предлагается разработать программное обеспечение измерения видео, обработки и анализа параметров походки человека на основе безмаркерной технологии. На основе предлагаемого подхода получаются параметры, для каждого измерения, которые можно сравнивать между собой, выявляя тенденции. Работа программы является простой и понятной даже для человека, не знающего компьютерные технологии. Программе необходимо передать видео файл и она, в автоматическом режиме обработает, выполнит анализ и подготовит протокол, который будет записан в базу данных. Пользователь может посмотреть результаты в отдельном окне программы. Последующие измерения будут формировать новые протоколы, которые будут сравниваться с уже существующими, что позволит выявлять динамику изменений параметров походки.
В отличие от аналогов, которые разработаны в основном за рубежом, данный проект использует всего лишь одну цифровую камеру, не требует особых условий для получения видео (требуется среднее освещение и расстояние камеры от человека не менее 3 метров). Обработка не требует длительного промежутка времени между измерением и получением результата. Протокол параметров является интуитивно понятным для использования не только конкретными специалистами (например, врачами), но и в домашних условиях, что расширяет круг пользователей.
Проект был поддержан Фондом содействия инноваций в рамках программы «УМНИК». Инновационность программы обработки видео, разрабатываемой в проекте связана с возможностями получения изображений в произвольных условиях освещения и помещения, а также автоматизированным получением протокола результатов обработки. Параметры обработки пользователь может выбирать самостоятельно, но многие из них подбираются автоматически. Это делает применение программы пользователями, которые не обладают высокой квалификацией в программировании.
