Automatyczna detekcja i pomiar markerów w fotogrametrycznym systemie trójwymiarowego pozycjonowania ciała dla celów rehabilitacji leczniczej

Abstract

Photogrammetric system of positioning for the purpose of medical rehabilitation is based on the images of digital cameras and allows the determination of spatial co-ordinates of selected points of human body. These points consist of characteristic places of skeleton transferred into the surface of human body. They are marked by light foamed polystyrene balls. Apart from these points, also patients' pupils were examined. Reference system is defined by flat paper sheets situated in one surface. The mentioned above points are measured manually, which makes the system not very competitive compared to other systems working in this field. In the framework of developing and modernizing this system, studies on automatic detection and measurement in digital images of the mentioned above three groups of points were carried out. For the detection of markers on the patient's body the method of searching referring to a defined colour was chosen. This search is carried out in the HSI area of colours. For the groups of pixels discovered in the pair of images and making images of markers - centres are determined and then connected into homological pairs based on the following criteria: belonging to a proper epipolar line and minimum of vertical parallax. The proposed method was compared to the manual measurement and it was successful in terms of its accuracy. Because amateur compact digital cameras, used for the recording of the image, save this image in JPG, causing quality loss, the influence of the degree of compression on the accuracy of automatic measurement was examined.

Fotogrametryczny system pozycjonowania dla celów rehabilitacji leczniczej, bazując na obrazach z aparatów cyfrowych, pozwala na wyznaczenie przestrzennych współrzędnych wybranych punktów ciała człowieka. Te punkty to przeniesione na powierzchnię ciała charakterystyczne miejsca kośćca, sygnalizowane lekkimi kulkami styropianowymi. Oprócz nich mierzy się również źrenice oczu pacjenta. Układ odniesienia definiowany jest za pomocą płaskich znaczników papierowych, umieszczonych w jednej płaszczyźnie. Wymienione powyżej punkty mierzone są manualnie, co czyni system mało konkurencyjnym wobec innych działających w tej dziedzinie. W ramach rozwijania i modernizacji systemu prowadzone są prace nad automatyczną detekcją i pomiarem na obrazach cyfrowych wyżej wymienionych trzech grup punktów. Dla detekcji markerów na ciele pacjenta wybrano metodę poszukiwania według określonej barwy. Poszukiwanie to zachodzi w przestrzeni barw HSI. Dla wykrytych na parze zdjęć grup pikseli tworzących obrazy markerów wyznaczane są ich centra, a następnie łączone w pary homologiczne na podstawie kryteriów: przynależności do odpowiedniej linii epipolarnej i minimum paralaksy poprzecznej. Przeprowadzono porównanie opracowanej metody pomiaru z pomiarem manualnym, wypadło ono pomyślnie pod względem oceny jej dokładności. Ponieważ amatorskie kompaktowe aparaty cyfrowe używane do rejestracji zapisują obrazy w stratnym formacie JPG, zbadano wpływ stopnia kompresji na dokładność automatycznego pomiaru.