Автоматизований трекінг маркерів для контролю відновлення рухових функцій

Abstract

Анотація на кваліфікаційну роботу на тему: «Автоматизований трекінг кольорових маркерів для аналізу рухових функцій верхньої кінцівки» Кваліфікаційна робота присвячена розробці та дослідженню автоматизованої системи аналізу рухів верхньої кінцівки на основі методів комп’ютерного зору та трекінгу кольорових маркерів. У роботі розглянуто підходи до об’єктивної оцінки рухових функцій, що є важливими у процесах медичної реабілітації, біомеханічних дослідженнях та функціональній діагностиці. Робота складається з основних розділів, у яких послідовно висвітлено теоретичні основи рухових функцій людини, методи обробки відеоданих і практичну реалізацію алгоритму автоматизованого аналізу. Список використаних джерел включає наукові публікації та нормативні документи. Робота містить графічні матеріали, результати експериментів і автоматично сформований звіт. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю переходу від суб’єктивних клінічних методів оцінювання рухів до кількісних, відтворюваних та автоматизованих підходів. Порушення рухових функцій верхньої кінцівки є поширеним наслідком інсультів, травм та нейродегенеративних захворювань, а традиційні методи оцінювання не завжди дозволяють фіксувати незначні зміни моторики. Застосування комп’ютерного зору та маркерних систем дозволяє отримувати точні кінематичні параметри руху без використання дорогого спеціалізованого обладнання. Метою кваліфікаційної роботи є створення програмної системи, здатної автоматично визначати координати маркерів із відеозапису, обчислювати основні кінематичні характеристики рухів верхньої кінцівки та формувати об’єктивні результати аналізу. Об’єктом дослідження є процеси руху верхньої кінцівки людини. Предметом дослідження є методи автоматизованого аналізу рухів на основі відеотрекінгу кольорових маркерів. Методи дослідження включають аналіз наукових джерел, методи комп’ютерного зору, сегментацію зображень у кольоровому просторі, морфологічну обробку, алгоритми згладжування траєкторій, а також методи біомеханічного аналізу рухів. У результаті виконання роботи, розроблено програмну систему, яка забезпечує автоматизований аналіз рухів верхньої кінцівки з визначенням траєкторій, кутів у суглобах, швидкісних характеристик і фаз руху. Проведене тестування підтвердило працездатність системи в різних умовах зйомки та її придатність для використання в реабілітаційній і дослідницькій практиці. Запропонований підхід дозволяє підвищити об’єктивність оцінювання рухових функцій і зменшити вплив людського фактору.Abstract for the qualification thesis on the topic: “Automated Tracking of Color Markers for the Analysis of Upper Limb Motor Functions” The qualification thesis is devoted to the development and study of an automated system for analyzing upper limb movements based on computer vision methods and color marker tracking. The paper considers approaches to the objective assessment of motor functions, which are important in medical rehabilitation processes, biomechanical research, and functional diagnostics. The thesis consists of main sections that consistently present the theoretical foundations of human motor functions, methods of video data processing, and the practical implementation of an automated analysis algorithm. The list of references includes scientific publications and regulatory documents. The work contains graphical materials, experimental results, and an automatically generated report. The relevance of the research is determined by the need to transition from subjective clinical methods of movement assessment to quantitative, reproducible, and automated approaches. Impairments of upper limb motor functions are a common consequence of strokes, injuries, and neurodegenerative diseases, while traditional assessment methods do not always allow the detection of subtle changes in motor performance. The use of computer vision and marker-based systems makes it possible to obtain accurate kinematic parameters of movement without the need for expensive specialized equipment. The aim of the qualification thesis is to create a software system capable of automatically determining marker coordinates from video recordings, calculating the main kinematic characteristics of upper limb movements, and generating objective analysis results. The object of the research is the processes of human upper limb movement. The subject of the research is methods of automated movement analysis based on video tracking of color markers. The research methods include the analysis of scientific sources, computer vision techniques, image segmentation in the color space, morphological processing, trajectory smoothing algorithms, as well as biomechanical methods of movement analysis. As a result of the study, a software system was developed that provides automated analysis of upper limb movements with the determination of trajectories, joint angles, velocity characteristics, and movement phases. The conducted testing confirmed the system’s operability under various recording conditions and its suitability for use in rehabilitation and research practice. The proposed approach increases the objectivity of motor function assessment and reduces the influence of the human factor.