Low-cost accurate skeleton tracking based on fusion of kinect and wearable inertial sensors

In this paper, we present a novel multi-sensor fusion method to build a human skeleton. We propose to fuse the joint po- sition information obtained from the popular Kinect sensor with more precise estimation of body segment orientations provided by a small number of wearable inertial sensors. The use of inertial sensors can help to address many of the well known limitations of the Kinect sensor. The precise calcu- lation of joint angles potentially allows the quantification of movement errors in technique training, thus facilitating the use of the low-cost Kinect sensor for accurate biomechani- cal purposes e.g. the improved human skeleton could be used in visual feedback-guided motor learning, for example. We compare our system to the gold standard Vicon optical mo- tion capture system, proving that the fused skeleton achieves a very high level of accuracy

Reconocimiento de actividades humanas mediante SVM semisupervisado y modelos ocultos de Markov

Automatic human activity recognition is an area of interest for developing health, security, and sports applications. Currently, it is necessary to develop methods that facilitate the training process and reduce the costs of this process. This paper explores a methodology to classify human physical activities in a semi-supervised paradigm. With this approach, it is possible to reduce the number of labels necessary to train the learning model and the complexity of this process. This process begins by deducting the number of micro-movements or sub-movements where the data should be grouped and assigning the label through a clustering technique. We perform this procedure for a specific group of micro-movements whose label is unknown. Later, the classification process starts by using two methods, a Support Vector Machine (SVM) that identifies the micro-movements and a Markov Hidden Model that detects the human physical activity as a function of sequences. The results show that with a percentage of 80 % of the known labels, we achieved outcomes like the supervised paradigms found in the literature. This facilitates training these learning models by reducing the number of examples requiring labels and reduces the economic costs, which is one of the significant limitations of machine learning processes.El reconocimiento automático de la actividad humana es un área de interés para el desarrollo de aplicaciones en salud, seguridad y deportes. Actualmente, es necesario desarrollar métodos que faciliten el proceso de entrenamiento y reduzcan los costos de este proceso. Este trabajo explora una metodología para clasificar actividades físicas humanas en un paradigma semi-supervisado. Con este enfoque, es posible reducir el número de etiquetas necesarias para entrenar el modelo de aprendizaje y la complejidad de este proceso. Este proceso comienza deduciendo el número de micro-movimientos o submovimientos en los que deben agruparse los datos y asignando la etiqueta mediante una técnica de clustering. Realizamos este procedimiento para un grupo específico de micro-movimientos cuya etiqueta se desconoce. Posteriormente, se inicia el proceso de clasificación utilizando dos métodos, una Máquina de Vectores Soportados (SVM) que identifica los micro-movimientos y un Modelo Oculto de Markov que detecta la actividad física humana en función de secuencias. Los resultados muestran que con un porcentaje del 80 % de las etiquetas conocidas, se consigue resultados como los paradigmas supervisados encontrados en la literatura. Esto facilita el entrenamiento de estos modelos de aprendizaje al reducir el número de ejemplos que requieren etiquetas y reduce los costes económicos, que es una de las limitaciones significativas de los procesos de aprendizaje automático

Building a low-cost motion capture suit for animation

Capstone Project submitted to the Department of Engineering, Ashesi University in partial fulfillment of the requirements for the award of Bachelor of Science degree in Computer Engineering, May 2021Motion capture has become a major player in the film and animation industry. Mimicking natural and subtle movements of humans and animals has made animation a lot more believable and engaging. This paper presents a low-cost design of a motion capture unit based on the ESP32 and a 9-DOF inertial sensor Bno055. A calibration method based on a standing posture is used. The sensors data are retrieved via the serial port of the Arduino IDE and sent to Blender, a 3D program, to display real-time motion. If a believable performance can be achieved with low-cost inertial sensors, then the overall cost of existing motion capture technology can be reduced.Ashesi Universit

An Efficient Fusion Scheme for Human Hand Trajectory Reconstruction Using Inertial Measurement Unit and Kinect Camera

The turn of 21st century has witnessed an evolving trend in wearable devices research and improvements in human-computer interfaces. In such systems, position information of human hands in 3-D space has become extremely important as various applications require knowledge of user’s hand position. A promising example of which is a wearable ring that can naturally and ubiquitously reconstruct handwriting based on motion of human hand in an indoor environment. A common approach is to exploit the portability and affordability of commercially available inertial measurement units (IMU). However, these IMUs suffer from drift errors accumulated by double integration of acceleration readings. This process accrues intrinsic errors coming from sensor’s sensitivity, factory bias, thermal noise, etc., which result in large deviation from position’s ground truth over time. Other approaches utilize optical sensors for better position estimation, but these sensors suffer from occlusion and environment lighting conditions. In this thesis, we first present techniques to calibrate IMU, minimizing undesired effects of intrinsic imperfection resided within cheap MEMS sensors. We then introduce a Kalman filter-based fusion scheme incorporating data collected from IMU and Kinect camera, which is shown to overcome each sensor’s disadvantages and improve the overall quality of reconstructed trajectory of human hands

Nuevas tecnologías aplicadas a la ergonomía ocupacional. Empleo de sensores RGBD y EyeTracking en la mejora ergonómica de puestos de trabajo

Tesis por compendio[ES] A mediados del siglo XX inició en el continente europeo, especialmente en Francia y Bélgica, una nueva disciplina denominada Ergonomía Centrada en la Actividad. Esta disciplina está enfocada en el análisis del trabajo con el fin de optimizar las condiciones laborales. El propósito de la intervención ergonómica es mejorar componentes que interactúan en el sistema o en la actividad del trabajo (las personas, la organización, la tecnología y el ambiente), interrelacionando aspectos de salud, seguridad, productividad y calidad. En investigaciones anteriores a la presente el doctorando identificó la necesidad de mejora de las herramientas empleadas por los profesionales para la evaluación de factores de riesgo ergonómico, motivando así el desarrollo de la presente investigación. Inicialmente se analizaron métodos generales empleados por los diseñadores para establecer aquellos susceptibles de mejora con la introducción de nuevas tecnologías. En una segunda fase se identificaron y analizaron dispositivos tecnológicos orientados al rastreo de la actividad humana aplicables en el ámbito de las metodologías de la ergonomía ocupacional para los sectores productivos. Como resultado se concluyó que los sensores RGB-D y el Eye-Tracking (rastreo ocular) son dispositivos aplicables para ayudar a mejorar las condiciones en los puestos de trabajo, el primero para distribuir las áreas de trabajo y el segundo para la mejora de las interfaces del usuario. En esta TD se desarrollaron técnicas y métodos para el empleo de estos dispositivos logrando el diseño ergonómico de puestos de trabajo con aplicación práctica (artículos 2 y 3). Durante la realización de esta TD, bajo las directrices del Programa de Doctorado en Tecnologías para la Salud y el Bienestar de la Universidad Politécnica de Valencia, se publicaron tres artículos en revistas que durante el año de su publicación estuvieron indexadas en el primer cuartil de su categoría en el Journal Citation Report, las cuáles sustentan los resultados de la investigación. En ellos se evidenció cómo los avances tecnológicos implementados en Ergonomía producen cambios importantes en el diseño de los puestos de trabajo, y minimizan los tiempos y los movimientos que se requieren en las diferentes actividades laborales, garantizando así una ubicación óptima del recurso humano en los sistemas de producción y generando a su vez estrategias que disminuyen los Trastornos Músculo Esqueléticos (TMEs).[CA] A mitjan segle XX es va desenvolupar en el continent europeu, especialment a França i Bèlgica, una nova disciplina denominada Ergonomia Centrada en l'Activitat. Aquesta disciplina està enfocada en l'anàlisi del treball amb la finalitat d'optimitzar les condicions laborals. El propòsit de la intervenció ergonòmica és millorar els components que interactuen en el sistema o en l'activitat del treball (les persones, l'organització, la tecnologia i l'ambient), interrelacionant els aspectes de salut, seguretat, productivitat i qualitat. En investigacions anteriors a la present el doctorand va identificar la necessitat de millora de les eines emprades pels professionals per a l'avaluació de factors de risc ergonòmic, motivant així el desenvolupament de la present investigació. Inicialment es van analitzar els mètodes habituals empleats pels ergónoms per a establir aquells susceptibles de millora amb la introducció de noves tecnologies. En una segona fase es va identificar i analitzar els dispositius tecnològics orientats al monitoratge de l'activitat humana aplicables en l'àmbit de les metodologies de l'ergonomia ocupacional per als sectors productius. Com a resultat es va concloure que els sensors RGB-D i el Eye-Tracking són dispositius aplicables per a ajudar a millorar les condicions en els llocs de treball, el primer per a distribuir les àrees de treball i el segon per a la millora de les interfícies de l'usuari. En aquesta TD es van desenvolupar tècniques i procediments per a l'ús d'aquests dispositius aconseguint el disseny ergonòmic de llocs de treball amb aplicació pràctica (articles 2 i 3). Durant la realització d'aquesta TD, sota les directrius del Programa de Doctorat en Tecnologies per a la Salut i el Benestar de la Universitat Politècnica de València, es van publicar tres articles en revistes, que durant l'any de la seua publicació, van estar indexades en el primer quartil de la seua categoria en el Journal Citation Report, les quals sustenten els resultats de la investigació. En ells es va evidenciar com els avanços tecnològics implementats en Ergonomia produeixen canvis importants en el disseny dels llocs de treball, minimitzen els temps i els moviments que es requereixen en les diferents activitats laborals, garantint així una ubicació òptima del recurs humà en els sistemes de producció i generant al seu torn estratègies que disminueixen els Trastorns Músculesquelètics.[EN] Around the middle of XX century in Europe, especially in France and Belgium, a new discipline named Activity Focused Ergonomics was developed. This concept is based on the task analysis aiming to optimize working conditions. The purpose of the ergonomic intervention is to improve the components interacting within the system or the work activities (people, organization, technology and environment), correlating all health, safety, productivity and quality facts. In previous research, the ergomists identified the improvement need of those tools used by professionals to assess ergonomic risk factors, enhancing therefore the development of this present research. In the beginning, regular methods used by ergonomics specilists were analized in order to define those that could be improved with the introduction of new technologies. In a second phase, technological devices aimed to monitorize human activity, as well as those applicable for the occupational ergonomics methodologies in productive sectors were identified and analyzed. The conclusion that came as a result was that RGB-D sensors and Eye-Tracking are actual workstations conditions' improving devices, the first one is used to better organize working areas and the second one to optimize the user's interfaces. This Doctoral Thesis develops techniques and procedures to correctly use these devices obtaining workstations ergonomic designs with practical applications (articles 2 and 3). Along the development of this Doctoral Thesis, under the Polytechnic University of Valencia Doctoral School for Health and Wellbeing Technologies program directions, three articles were published in magazines which, throughout their publication year were indexed within its cathegory's first quartile at the Journal Citation Report, supporting the research results. The articles evidenced how the technological progress implemented in Ergonomics produce important changes in the workstations design and minimize times and movements required in different working activities, ensuring human resources' optimal location within the production systems and also developing Musculoskeletal Disorders reduction strategies.Garzón Leal, DC. (2020). Nuevas tecnologías aplicadas a la ergonomía ocupacional. Empleo de sensores RGBD y EyeTracking en la mejora ergonómica de puestos de trabajo [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/156052TESISCompendi

An automatic wearable multi-sensor based gait analysis system for older adults.

Gait abnormalities in older adults are very common in clinical practice. They lead to serious adverse consequences such as falls and injury resulting in increased care cost. There is therefore a national imperative to address this challenge. Currently gait assessment is done using standardized clinical tools dependent on subjective evaluation. More objective gold standard methods (motion capture systems such as Qualisys and Vicon) to analyse gait rely on access to expensive complex equipment based in gait laboratories. These are not widely available for several reasons including a scarcity of equipment, need for technical staff, need for patients to attend in person, complicated time consuming procedures and overall expense. To broaden the use of accurate quantitative gait monitoring and assessment, the major goal of this thesis is to develop an affordable automatic gait analysis system that will provide comprehensive gait information and allow use in clinic or at home. It will also be able to quantify and visualize gait parameters, identify gait variables and changes, monitor abnormal gait patterns of older people in order to reduce the potential for falling and support falls risk management. A research program based on conducting experiments on volunteers is developed in collaboration with other researchers in Bournemouth University, The Royal Bournemouth Hospital and care homes. This thesis consists of five different studies toward addressing our major goal. Firstly, a study on the effects on sensor output from an Inertial Measurement Unit (IMU) attached to different anatomical foot locations. Placing an IMU over the bony prominence of the first cuboid bone is the best place as it delivers the most accurate data. Secondly, an automatic gait feature extraction method for analysing spatiotemporal gait features which shows that it is possible to extract gait features automatically outside of a gait laboratory. Thirdly, user friendly and easy to interpret visualization approaches are proposed to demonstrate real time spatiotemporal gait information. Four proposed approaches have the potential of helping professionals detect and interpret gait asymmetry. Fourthly, a validation study of spatiotemporal IMU extracted features compared with gold standard Motion Capture System and Treadmill measurements in young and older adults is conducted. The results obtained from three experimental conditions demonstrate that our IMU gait extracted features are highly valid for spatiotemporal gait variables in young and older adults. In the last study, an evaluation system using Procrustes and Euclidean distance matrix analysis is proposed to provide a comprehensive interpretation of shape and form differences between individual gaits. The results show that older gaits are distinguishable from young gaits. A pictorial and numerical system is proposed which indicates whether the assessed gait is normal or abnormal depending on their total feature values. This offers several advantages: 1) it is user friendly and is easy to set up and implement; 2) it does not require complex equipment with segmentation of body parts; 3) it is relatively inexpensive and therefore increases its affordability decreasing health inequality; and 4) its versatility increases its usability at home supporting inclusivity of patients who are home bound. A digital transformation strategy framework is proposed where stakeholders such as patients, health care professionals and industry partners can collaborate through development of new technologies, value creation, structural change, affordability and sustainability to improve the diagnosis and treatment of gait abnormalities

Gestión del conocimiento. Perspectiva multidisciplinaria. Volumen 5

El libro “Gestión del Conocimiento. Perspectiva Multidisciplinaria”, Volumen 5, de la Colección Unión Global, es resultado de investigaciones. Los capítulos del libro, son resultados de investigaciones desarrolladas por sus autores. El libro es una publicación internacional, seriada, continua, arbitrada de acceso abierto a todas las áreas del conocimiento, que cuenta con el esfuerzo de investigadores de varios países del mundo, orientada a contribuir con procesos de gestión del conocimiento científico, tecnológico y humanístico que consoliden la transformación del conocimiento en diferentes escenarios, tanto organizacionales como universitarios, para el desarrollo de habilidades cognitivas del quehacer diario. La gestión del conocimiento es un camino para consolidar una plataforma en las empresas públicas o privadas, entidades educativas, organizaciones no gubernamentales, ya sea generando políticas para todas las jerarquías o un modelo de gestión para la administración, donde es fundamental articular el conocimiento, los trabajadores, directivos, el espacio de trabajo, hacia la creación de ambientes propicios para el desarrollo integral de las instituciones