Modular motor rehabilitation system using computer vision, augmented and virtual reality

Abstract

Hlavním cílem této disertační práce bylo vyvinout metodiku pro snímání lidského pohybu v rámci fyzioterapeutických cvičení s použitím jedné RGB kamery jako snímacího zařízení. Tento přístup řeší potřebu cenově dostupnějšího a efektivnějšího snímání lidského pohybu v klinickém I domácím prostředí. Tato práce podává přehled současných metod snímání lidského pohybu, s důrazem na použití běžných kamer a aplikaci technik počítačového vidění pro analýzu pohybu. Významnou součástí tohoto výzkumu byla praktická práce, která zahrnovala rozsáhlá měření a empirická šetření, na základě kterých bylo možné popsat možnosti a limity této metody a porovnat je s metodami snímání pohybu ve virtuální realitě. Práce se zaměřuje především na aplikovatelnost v reálných fyzioterapeutických scénářích. Jedním z hlavních přístupů tohoto výzkumu je multidisciplinární spolupráce s fyzioterapeuty, která umožnila spojit jak praktické zkušenosti odborníků v praxi, tak technický vývoj v oblasti počítačových věd. Disertační práce tak shrnuje a systematicky popisuje veškeré provedené experimenty, konferenční příspěvky a tři recenzované časopisecké publikace do jednoho celku, který je ukončený samostatnou kapitolou, která se věnuje metodice snímání pomocí kamerového systému.

The primary goal of this dissertation was to develop a novel methodology for capturing human movement during physiotherapy sessions using a standard RGB camera. This innovation addresses the urgent need for accessible and cost-effective motion capture technologies in clinical settings and home environments. The dissertation provides a review of current human motion capture methods, with a particular focus on the use of conventional cameras and the application of advanced computer vision techniques for motion analysis. An essential element of this research involved practical experimentation, which included extensive measurements and empirical investigations, as well as comparisons between camera systems and virtual reality motion capture systems. A critical aspect of this dissertation was to base the research on multidisciplinary collaboration with professional physiotherapists. Their expertise was invaluable in aligning technological development with practical clinical needs and ensuring the relevancy and applicability of the motion capture methodology within therapeutic settings. The dissertation thus summarizes and systematically describes all the experiments, conference papers and three peerreviewed journal publications into one whole, which is concluded with a separate chapter devoted to the methodology of camera-based systems for human motion capture systems.