VIII Dolnośląski Festiwal Nauki Wrocław 2005

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza

możliwości, metody, algorytmy.

Damian Majchrzak – VIII Dolnośląski Festiwal Nauki Wrocław 2005

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

1. Cel prowadzonych badań

2. Kontekst pracy• Biometria• Rejestracja ruchu3. Metody4. Program5. Wyniki

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.1. Cel prowadzonych badań Stworzenie nowych i udoskonalenie już istniejących metod i technik biometrycznych, Zaprojektowanie i zbudowanie systemów masowej identyfikacji osób poprzez ruch, Poprawa bezpieczeństwa publicznego, Medycyna

• Pomoc w diagnozie (choroba Parkinsona, stwardnienie rozsiane),• Pełna kontrola procesu rehabilitacji,

Sport (poprawienie wyników sportowych).

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.2. Kontekst pracy• Biometria (nauka o prawach

rządzących zmiennością cech populacji i organizmów żywych, oparta na metodach i twierdzeniach statystyki matematycznej)

– biometria fizyczno-biologiczną analizująca fizyczne i biologiczne cechy osobnika w celu identyfikacji (termogram, odciski palców, rozpoznawanie twarzy, cechy tęczówki, cechy siatkówki, geometria dłoni),

– biometria behavioralna analizująca sposób i cechy zachowania się danego osobnika (parametry głosu, wzór podpisu, dynamika i sposób nacisku klawiszy, sposób poruszania się).

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.• Rejestracja ruchu

– Video

Zalety• Zalety

Możliwość powszechnego, zastosowania, Łatwość obsługi, Cena

• WadySkomplikowana obróbka graficzna,Wrażliwość na zakłócenia atmosferyczne,Krój ubioru może uniemożliwić, identyfikację.

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.• Rejestracja ruchu

– Motion Capture

Zalety• Zalety

Możliwość bardzo dokładnej rejestracji ruchu,Prosty standard zapisu informacji (.BVA, BVH…),

• WadySkomplikowany system rejestracji ruchu, Brak możliwości szerszego zastosowania, Cena.

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.3. Metody

•Metody Bazujące na Parametrach Fizycznych

•Metody Spatio-Temporal

•Metody Bazujące na Modelach

•Metody Statystyczne

•Połączenie Rozpoznawania Poprzez Ruch z Innymi Metodami Biometrycznymi

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

Punkty charakterystyczne stopy według R.B Kennedy 'ego

•Metody Bazujące na Parametrach Fizycznych

•3000 osób•6000 odcisków•38 cech•5mm margines•Żadnej pomyłki

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

Punkty charakterystyczne stopy według Nikajimy

•Metody Bazujące na Parametrach Fizycznych

•10 osób•11 pomiarów•86,55% poprawnych przyporządkowań

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

•Metody Bazujące na Parametrach Fizycznych

Przykład systemu rozpoznawania osoby poprzez

badanie odcisków stóp

Główna aplikacja

Mata z czujnikami dotyku

Widok ogólny

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

•Metody Spatio-Temporal

Sześcian XYT sekwencji Video

Odseparowanie postaci oraz wzoru ruchu kolana z tła

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

•Metody Spatio-Temporal

•Utworzenie modelu uproszczonego człowieka• Wyodrębnienie sygnału rotacji uda•Wyodrębnienie sygnału rotacji podudzia

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

•Metody Spatio-Temporal

Różnice w sygnale rotacji uda i podudzia dla pięciu różnych osób

Powierzchnie wyznaczone poprzezlinie wykreślone przez górne partie ciała i lewą nogę (po lewej) oraz wyznaczone przez górne części ciała i obie kończyny dolne

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.• Model wynikający

z .BVH

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.• Double pendulum

•Ruch człowieka jest symetryczny i okresowy(chód i bieg)•Wahadłowy model ruchu

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.• Widmo amplitudowo-fazowe

Widmo amplitudowo-fazowe sygnału ruchu jest charakterystyczne dla każdego człowieka

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.• Metody bazujące na modelach

Wyniki uzyskane przez Yam'a w procesie identyfikacji człowiekapoprzez ruch przy zastosowaniu wahadłowego modelu ruchu

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.4. Program

Przeglądarka BVH Analiza sygnału

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.5. Wyniki

Podobieństwo sygnałów oparte o wartości skuteczne 30 harmonicznych widna sygnałów rotacji

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

200

300

400

500

600

700

800

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

Pierwsza harmoniczna rotacji X udaPierwsza harmoniczna rotacji X podudzia

Dru

ga h

arm

onic

zna r

ota

cji

X u

da

armout.bvh( Right hip )babysteps.bvh( Right hip )balancebeam.bvh( Right hip )bent.bvh( Right hip )bouncy.bvh( Right hip )cowboy.bvh( Right hip )funky.bvh( Right hip )heeltoe.bvh( Right hip )kneeimpact.bvh( Right hip )kneemid.bvh( Right hip )kneeswing.bvh( Right hip )longstride.bvh( Right hip )monster.bvh( Right hip )pelvisdisplace.bvh( Right hip )pelvissway.bvh( Right hip )pelvisswing.bvh( Right hip )saunter.bvh( Right hip )standard.bvh( Right hip )

Analiza własności widma amplitudowego rotacji uda i podudzia.

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0

1000

2000

3000

4000

50000

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Koszt dostosowania sygnalu rotacji XKoszt dostosowania sygnalu rotacji Y

Kos

zt d

osto

sow

ania

syg

nalu

rot

acji

Z

Koszt dostosowania sygnalow rotacji XYZ metoda DTW do sygnalu armout.bvh

babysteps.bvh( Right hip )balancebeam.bvh( Right hip )bent.bvh( Right hip )bouncy.bvh( Right hip )cowboy.bvh( Right hip )funky.bvh( Right hip )heeltoe.bvh( Right hip )kneeimpact.bvh( Right hip )kneemid.bvh( Right hip )kneeswing.bvh( Right hip )longstride.bvh( Right hip )monster.bvh( Right hip )pelvisdisplace.bvh( Right hip )pelvissway.bvh( Right hip )pelvisswing.bvh( Right hip )saunter.bvh( Right hip )standard.bvh( Right hip )

Koszt dostosowania sygnałów rotacji XYZ metoda DTW do sygnału armout.bvh

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

Koszt dostosowania okresów sygnałów rotacji XYZ metoda DTW do okresu sygnału armout.bvh

0

100

200

300

400

500

600

0

100

200

300

400

500

6000

100

200

300

400

500

600

700

Koszt dostosowania okresu sygnalu rotacji XKoszt dostosowania okresu sygnalu rotacji Y

Kos

zt d

osto

sow

ania

okr

esu

sygn

alu

rota

cji Z

Koszt dostosowania okresów sygnalow rotacji XYZ metoda DTW do okresu sygnalu armout.bvh

babysteps.bvh( Right hip )balancebeam.bvh( Right hip )bent.bvh( Right hip )bouncy.bvh( Right hip )cowboy.bvh( Right hip )funky.bvh( Right hip )heeltoe.bvh( Right hip )kneeimpact.bvh( Right hip )kneemid.bvh( Right hip )kneeswing.bvh( Right hip )longstride.bvh( Right hip )monster.bvh( Right hip )pelvisdisplace.bvh( Right hip )pelvissway.bvh( Right hip )pelvisswing.bvh( Right hip )saunter.bvh( Right hip )standard.bvh( Right hip )

Identyfikacja ruchu postaci. Analiza możliwości, metody, algorytmy.

Dziękuję za uwagę !!!