Design and implementation of a mobile sensor system for human posture tracking

De reconstructie van menselijke houding en het traceren van bewegingen kan in vele toepassingen worden gebruikt. Van animatie waar de bewegingen van acteurs kunnen gekoppeld worden aan een digitaal personage, tot revalidatie waar artsen na biomechanische analyse snel accurate diagnoses kunnen stellen. De snelle evolutie in de ontwikkeling van microsensoren en de opkomst van draadloze sensornetwerken hebben ertoe geleid dat draadloze nodes met verschillende sensoren hiervoor kunnen worden gebruikt. Door de informatie van deze sensoren te combineren is het immers mogelijk om absolute orientatie te berekenen. Eens deze informatie van elk lichaamsdeel bekend is, kan de volledige houding gereconstrueerd worden. In dit onderzoek werd een inertieel traceringssysteem ontwikkeld waarbij, in tegenstelling tot commerciele oplossingen, geen gyroscopen werden gebruikt. De sensor nodes worden enkel voorzien van accelerometers en magnetometers. Computer software implementeert het traceringssalgoritme en visualiseert de gereconstrueerde menselijke houding. Ingebedde software bepaalt dan weer de werking van de nodes en implementeert een draadloos protocol op maat dat toelaat om de informatie van verschillende nodes te ontvangen. De werking van het volledige systeem werd gevalideerd aan de hand van experimenten waarbij de houding van een persoon werd gevolgd.

[1]  V Segers,et al.  Kinematics of the transition between walking and running when gradually changing speed. , 2007, Gait & posture.

[2]  J. Laidlaw,et al.  ANATOMY OF THE HUMAN BODY , 1967, The Ulster Medical Journal.

[3]  V Segers,et al.  Overground vs. treadmill walk-to-run transition. , 2010, Gait & posture.

[4]  Ronan Boulic,et al.  Parametrization and Range of Motion of the Ball-and-Socket Joint , 2000, DEFORM/AVATARS.

[5]  Julia Case Bradley,et al.  Programming in Visual Basic.Net , 2002 .

[6]  A. Bosch.  Waarschijnlijkheidsrekening en statistiek in het programma van het examen voor de akte Wiskunde M.O. A , 1976 .

[7]  Zhaoying Zhou,et al.  A real-time articulated human motion tracking using tri-axis inertial/magnetic sensors package. , 2004, IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering : a publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society.

[8]  Ken Turkowski.  Fixed-Point Square Root , 1995 .

[9]  Donald E. Knuth.  The art of computer programming: fundamental algorithms , 1969 .

[10]  Ernest P Hanavan,et al.  A mathematical model of the human body , 1964 .

[11]  Thuan L. Thai,et al.  NET framework essentials , 2001 .

[12]  Jon Postel,et al.  User Datagram Protocol , 1980, RFC.

[13]  Bart Vandevelde,et al.  Ultra-thin chip package (UTCP) for flexible electronics applications , 2006 .

[14]  Francesco Balena,et al.  Programming Microsoft Visual Basic 6.0 , 1999 .

[15]  Marc Leman,et al.  From expressive gesture to sound The development of an embodied mapping trajectory inside a musical interface , 2009 .

[16]  D. K. Arvind,et al.  Orient-2: a realtime wireless posture tracking system using local orientation estimation , 2007, EmNets '07.

[17]  F. Sebastian Grassia,et al.  Practical Parameterization of Rotations Using the Exponential Map , 1998, J. Graphics, GPU, & Game Tools.

[18]  John F. Wakerly.  Digital Design: Principles and Practices Package (4th Edition) , 2005 .

[19]  Marc Leman,et al.  The HOP Sensor: Wireless Motion Sensor , 2008, NIME.

[20]  Marc Leman,et al.  Analysis And Automatic Annotation Of Singer'S Postures During Concert And Rehearsal , 2010 .

[21]  Raphael Rom,et al.  Multiple Access Protocols: Performance and Analysis , 1990, SIGMETRICS Perform. Evaluation Rev..

[22]  C. Kelley.  Solving Nonlinear Equations with Newton's Method , 1987 .

[23]  Gene H. Golub,et al.  Matrix computations , 1983 .

[24]  Pascal Fua,et al.  An automatic method for determining quaternion field boundaries for ball-and-socket joint limits , 2002, Proceedings of Fifth IEEE International Conference on Automatic Face Gesture Recognition.

[25]  Marc Leman,et al.  The Musical Synchrotron: Using Wireless Motion Sensors to Study How Social Interaction Affects Synchronization with Musical Tempo , 2008, NIME.

[26]  Ulf Hashagen,et al.  The first computers: history and architectures , 2000 .

[27]  J. Verriest,et al.  Three-dimensional modelling of the motion range of axial rotation of the upper arm. , 1998, Journal of biomechanics.

[28]  Umit Y. Usta.  Comparison of quaternion and euler angle methods for joint angle animation of human figure models , 1999 .

[29]  Graham Sellers,et al.  OpenGL SuperBible: Comprehensive Tutorial and Reference , 2007 .