AG Technische Informatik

Ein Motion Tracking System als Referenz für die Evaluierung von bewegungssensitiven Mustererkennungssystemen auf Basis von drahtlosen körpernahen Sensornetzen.

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller , Dipl.-Inform. Martin Seiffert
Abschluss: Bachelor of Science (B.Sc.) / Master of Science (M.Sc.)
Projekt:

Inhalt

Übersicht

Drahtlose körpernahe Sensornetze können auf der Basis verteilter Mustererkennungsverfahren und fortgeschrittener Inertialsensorik Aktivitäten, Aktionen oder auch detaillierte Bewegungen des menschlichen Körpers klassifizieren. Dadurch entwickeln diese Sensornetze das Potential den Menschen in verschiedenen Bereichen wie zum Beispiel Sport oder Rehabilitation zu unterstützen.

Im Projekt VIVE der FU-Berlin wird zum Beispiel validiert, ob ein System auf Basis einer verteiltes Ereigniserkennung eingesetzt werden kann, um Patienten mit Einschränkung der motorischen Fähigkeiten (beispielsweise nach einem Schlaganfall oder beim Umgang mit Prothesen) beim Erlernen von Bewegungsabläufen zu unterstützten. In diesem Rahmen wurde bereits eine prototypisches körpernahes Sensornetz entwickelt welches Bewegungen erlernen, wiedererkennen und bewerten kann.

Für die Evaluierung eines bewegungssensitiven körpernahen Sensornetzes ist es notwendig die während eines Experimentes ausgeführten Bewegungen objektiv hinsichtlich deren Ausführung zu beurteilen um die vom Sensornetz ermittelten Klassifikationen überprüfen zu können. Für die objektive Beurteilung von komplexen Bewegungsabläufen, in welchen die Bewegungen mehrerer Körperteile kombiniert werden, wird ein Referenzsystem benötigt.

Aufgaben

Eine Arbeit in diesem Bereich umfasst zum Beispiel folgende Punkte:

  • Einarbeitung in die Plattform F4VI1 und Erarbeitung eines ausgeprägten Signalverständnisses der Inertialsensorik
    • Beschleunigungssensor, Gyroskop, Magnetometer
    • Algorithmen betreffend der Fusion dieser Daten
    • Rotationsalgorithmen (Quaternionen)
  • Erweitern des zur Verfügung stehenden drahtlosen Sensornetzes um die Möglichkeit die im Sensornetz erhobenen Bewegungsdaten ggf. weiter zu verarbeiten und an eine Basisstation  (PC) zu senden
  • Implementieren einer Applikation (PC), welche es ermöglicht aus mehreren Ausführungen einer Bewegung eine Referenzbewegung zu bestimmen. Weiterhin soll es möglich sein für verschiedene Abschnitte dieser Bewegung Toleranzen hinsichtlich der Ausführung dieser Bewegung (z. Bsp. Bewegungsgenauigkeit, Geschwindigkeit, usw.) zu definieren. Die Applikation sollte intuitiv bedienbar sein, so das es einem anwendungsspezifischen Fachmann (z. Bsp. Physiotherapeut) möglich ist diese Toleranzen zu konfigurieren.
  • Experimentelle Evaluation des erstellten Referenzsystems

Umfeld

Für diese Arbeit steht ein drahtloses Sensornetz basierend auf kompakten Sensorknoten zur Verfügung. Die einzelnen Sensorknoten verfügen bereits über eine eigenständige Stromversorgung (Akku) und können einfach an verschiedenen Körperteilen montiert werden. Die Sensorknoten verfügen über einen Cortex M4 Prozessors sowie über eine vollständig integrierten Inertialsenorik. Dadurch ist jeder Sensorknoten bereits in der Lage die Ausrichtung eines einzelnen Körperteils zu bestimmen. Für den drahtlosen Austausch von Daten verfügt jeder Sensorknoten über das Funkmodul CC1100 als auch optional über ein Bluetooth Modul. Das Programmieren der Sensorknoten erfolgt in der Programmiersprache C. Für die Applikationsentwicklung können verschiedene bereits existierende Frameworks genutzt werden, welche über Bewegungsmodelle und Funktionen für die Verwaltung und Visualisierung von  Bewegungsdaten verfügen (z. Bsp. Microsoft XNA-Gaming Studio, C#).