基于关节信息和极限学习机的人体动作识别
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基于关节信息和极限学习机的人体动作识别作者：张孙培孙怀江
来源：《现代电子技术》2015年第10期
摘要：基于关节信息的人体动作识别在人机交互、互动娱乐、多媒体信息检索等方面应用广泛。为了提高动作识别率，使用两种具有固定长度的分层描述符分别关注运动的动态和静态信息，对运动序列提取特征，将这两种描述符线性组合，形成同时包含动态和静态信息的新描述符，并使用极限学习机（ELM）进行分类。该方法在微软Kinect传感器采集到的MSRAction3D数据库和运动采集数据集HDM05上进行了仿真实验。实验结果证明组合后的描述符结合ELM在这两个数据集上的识别率较现有方法有明显提高。
关键词：人体动作识别；极限学习机；协方差；方向位移直方图
中图分类号： TN710?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）
10?0055?06
0 引言
人体动作识别是计算机视觉研究中的一个分支，被广泛地应用于人机互动、交互式娱乐等多个领域。基于关节信息的运动轨迹记录是常用的高级记录方法之一，其中运动轨迹是指随时间变化的关节路径。
人体运动相关研究的第一个问题是运动数据的采集，常用的方法[1]有机械式的运动捕
获，基于电磁系统的运动捕获，基于惯性系统的运动捕获，基于光学系统的运动捕获。为了方便研究者使用，现有很多公开的运动捕获数据集，例如CMU运动捕获数据集和HDM05数据集[2]。这些数据的采集需要较大代价，最近基于深度信息的微软Kinect运动采集器因其廉价性和可接受的精度，得到越来越多的使用。
获取运动数据后，要做的就是提取特征和选择分类器。Wu和Yang使用运动轨迹上每个
点的曲率和扭矩建立了一个长度可变的描述符[3?4]。Wang使用归一化的分布向量描述每个运动轨迹，但是将描述符长度限定为固定值[5]。此后，Wang又根据骨架关节之间的相对位置建立描述符[6]，并用傅里叶时序金字塔在频域内建立了时序模型。Xia计算出一帧中3D关节的直方图，并用HMM建立了时序模型[7]。Hussein等用协方差矩阵和分层的方法描述了骨架关节坐标之间的时序依赖[8]，Gowayyed等又将3D关节轨迹投影到三个相互正交的2D平面上[9]，利用方向位移直方图和分层的时序金字塔提取了相邻帧间的关节位置变化信息，并且取
得了更好的识别效果。
人体运动学重点整理 第一章人体运动学总论 一、名词解释 1、人体运动学:就是研究人体活动科学的领域,就是通过位置、速度、加速度等物理量描述与 研究人体与器械的位置岁时间变化的规律活在运动过程中所经过的轨迹,而不考虑人体与器械运动状态改变的原因。 2、刚体:就是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体,它有一定形状、占据空 间一定位置,就是由实际物体抽象出来的力学简化模型。在运动生物力学中,把人体瞧作就是一个多刚体系统。运动形式有平动、转动与复合运动。 3、复合运动:人体的绝大部分运动包括平动与转动,两者结合的运动称为复合运动。 4、力偶:两个大小相等、方向相反、作用线互相平行,但不在同一条直线上的一对力。 5、人体运动的始发姿势:身体直立,面向前,双目平视,双足并立,足尖向前,双上肢下 垂于体侧,掌心贴于体侧。 6、第三类杠杆:其力点在阻力点与支点的中间,如使用镊子,又称速度杠杆。此类杠杆因 为力臂始终小于阻力臂,动力必须大于阻力才能引起运动,但可使阻力点获得较大的运动速度与幅度。 7、非惯性参考系:把相对于地球做变速运动的物体作为参考系标准的参考系叫非惯性参考 系,又称动参考系或动系。 8、角速度:人体或肢体在单位时间内转过的角度,就是人体转动的时空物理量。 9、人体关节的运动形式: (1)屈曲(flexion)、伸展(extension):主要就是以横轴为中心,在矢状面上的运动。 (2)内收(adduction)、外展(abduction):主要就是以矢状轴为中心,在前额面上的运动。 (3)内旋(internal rotation)、外旋(external rotation):主要就是以纵轴为中心,在水平 面上的运动。 (4)其她:旋前(pronation)、旋后(supernation)、内翻(inversion)、外翻(eversion)。 二、单选题 【相关概念】 ·第一类杠杆:又称平衡杠杆,其支点位于力点与阻力点中间,如天平与跷跷板等。主要作 用就是传递动力与保持平衡,它即产生力又产生速度。
骨关节疾病与人体健康 奥诺康健康事业教育培训机构 本培训教材为公司内部材料不得翻印 版权归上海奥诺康生物科技有限公司所有
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目录 第一章骨----------------------------------------------------4 第二章骨关节常见病------------------------------------------7 第一节骨关节炎----------------------------------------------7 第二节类风湿关节炎------------------------------------------9 第三节骨质增生----------------------------------------------11 第四节肩周炎------------------------------------------------14 第五节骨质疏松----------------------------------------------16 第三章骨关节疾病的患病原因----------------------------------19 第四章骨骼元素复合胺糖胶囊----------------------------------21 第一节胺糖成分分析------------------------------------------21 第二节骨骼元素与骨关节疾病----------------------------------40 第五章骨骼元素实用知识问答----------------------------------29
基于视频的人体姿态检测 一、设计目的和要求 1.根据已知要求分析视频监控中行人站立和躺卧姿态检测的处理流程，确定视频监中行人的检测设计的方法，画出流程图，编写实现程序，并进行调试，录制实验视频，验证检测方法的有效性，完成系统软件设计。 2.基本教学要求：每人一台计算机，计算安装matlab、visio等软件。 二、设计原理 图像分割中运动的运用（运动目标检测） 首先利用统计的方法得到背景模型，并实时地对背景模型进行更新以适应光线变化和场景本身的变化，用形态学方法和检测连通域面积进行后处理，消除噪声和背景扰动带来的影响，在HSV色度空间下检测阴影，得到准确的运动目标。 噪声的影响，会使检测结果中出现一些本身背景的区域像素点被检测成运动区域，也可能是运动目标内的部分区域被漏检。另外，背景的扰动，如树枝、树叶的轻微摇动，会使这部分也被误判断为运动目标，为了消除这些影响，首先对上一步的检测结果用形态学的方法进行处理，在找出经过形态学处理的后的连通域，计算每个连通域中的面积，对于面积小于一定值的区域，将其抛弃，不看做是前景运动目标。 2.2bwlabel函数 用法：L = bwlabel(BW,n) [L,num] = bwlabel(BW,n)，这里num返回的就是BW中连通区域的个数。 返回一个和BW大小相同的L矩阵，包含了标记了BW中每个连通区域的类别标签，这些标签的值为1、2、num（连通区域的个数）。n的值为4或8，表示是按4连通寻找区域，还是8连通寻找，默认为8。 四连通或八连通是图像处理里的基本感念：8连通，是说一个像素，如果和其他像素在上、下、左、右、左上角、左下角、右上角或右下角连接着，则认为他们是联通的；4连通是指，如果像素的位置在其他像素相邻的上、下、左或右，则认为他们是连接着的，连通的，在左上角、左下角、右上角或右下角连接，则不认为他们连通。
人体运动学：是研究人体活动科学的领域。是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过得过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。 功能解剖学：研究运动器官的结构是如何适应其生理动能的学科。 生物力学：研究生物体机械运动的规律，以及力与生物体的运动、生理、病理、之间关系的学科。 运动生物力学：研究运动中人体和器械运动力学规律的学科。 应力：指人体结构内某一平面对外部负荷的反应，用单位面积上的力表示，（N/cm2）刚体：是由相互间距离始终保持不变的许多质点组成的连续体，他有一定形状、占据空间一定位置，是由实际物体抽象出来的力学简化模型。 力矩：是力对物体转动作用的量度，是力和力臂的乘积。 阻力点：阻力杠杆上的作用点，是指运动阶段的重点、运动器械的重力、摩擦力或弹力以及拮抗肌的张力，韧带、筋膜的抗牵张力等造成的阻力。他们在一个杠杆系统中的阻力作用点只有一个，即全部阻力的合力作用点为唯一的阻力点。 力偶：通常把两个大小相等、方向相反、作用线互相平行，但不在同一条直线上的一对力称为力偶。 梅脱：能量代谢当量。每公斤体重从事1分钟活动，消耗3.5毫升的氧，其运动强度为1MET 第三类杠杆：其力点在阻力点和支点的中间，又称速度杠杆。 人体的始发姿势：身体直立，面向前，双目平视，双足并立，足尖向前，双下肢下垂于体侧，掌心贴于体侧。 心脏的功能能力：指机体在尽力活动时达到的最大MET值。或者，在有氧范围内机体所能完成的最大强度活动的最大MET值。或者，心脏功能容量/体力功能容量，指体力活动的能力。健康人，心脏的功能能量相当于最大吸氧量相应的MET值。 稳定角：是中心垂直投影线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。是影响人体平衡稳定性的力学因素。 稳定系数：为倾倒力开始作用时稳定力矩与倾倒力矩的比值。 复合运动：人体的绝大部分运动包括平动和转动，两者结合的运动称为复合运动。转动惯量：物体的转动惯量是物体转动惯性的大小。 惯性参考系：把相对于地球静止的物体或相对与地球做匀速直线运动的物体作为参考标准的 参考系叫做惯性参考系。 Gou软骨：是幼年时期位于骨干gou端处的软骨，参与骨的生长。成年后。Gou软骨板骨化后遗留成骨垢线，骨的生长也随之停止。 骨单位：是骨密质的基本结构单位。位于骨内、外环骨板之间，是骨干骨密质的主体。从骨单位的横断面可以看到同心平行分布的骨板，成为不同直径的、一层套一层的封闭的圆柱。 骨松质：分布于长骨的骨gou,和骨干的内侧面。由数层排列的骨板和骨细胞构成大量针状或片状骨小梁，并相互连接成多孔隙网架结构，网孔即骨髓腔，其中充满红骨髓。 骨密质：由有机质和无机质构成。 骨组织：由大量钙化的细胞间质（骨基质）和细胞构成 成骨细胞：位于成骨活跃的骨组织表面或紧紧包靠在临近成骨细胞上。常成层排列，胞体呈立方形或矮柱状。 破骨细胞：常位于骨组织表面。是一种多核的大细胞，直径100um，含有2—50个核。 骨细胞：单个分布于骨板内或骨板间，胞体较小，呈扁椭圆形，有许多细长突起，胞质弱嗜碱性。 骨钙化：主要指在成骨细胞合成并分泌骨的有机成分（有机基质）后，在一定的条件下，无机盐有序地沉积于有机质内的过程。 骨强度：指骨在承载负荷的情况下抵抗破坏的能力，是衡量骨承载能力的指标之一。 骨应力—应变曲线;表示应力和应变之间的关系的曲线。分弹性变形区和塑性变形区。 拉伸载荷：股的两端受到一对大小相等、方向相反沿轴线的载荷。 骨的各向异性：骨的结构为中间多孔介质的夹层结构材料，这种材料称为各向异形体，因其不同方向的力学性质不同，称各向异性。 应力性骨折：指骨长期承受反复负荷后发 生微损伤而逐渐形成的骨折。他是由于损 伤的不断积聚，超过机体修复能力，继而 产生的骨折。 股外表再造：骨外表形状的改变称为外表 再造，是骨适应其承载而做出的适应性变 化，可以表现为骨最优化的形状。 1运动学中的坐标系是三维的。有三个面： 水平面（与地面平行的面，把人体分为上 下两部分），额妆面（与身体前或后平行 的面，分成前后两部分），矢状面（与身 体侧面平行的面，分为左右两部分）。每 两个面交出的面称为轴，也有三个：横轴 （与地面平行且与额妆面平行的轴）、纵 轴（额妆面与矢状面相交叉形成、上下贯 穿人体正中的轴）、矢状轴（与地平面平 行且又与矢状面平行的轴，在水平面前后 贯穿人体） 2何谓骨的载荷和骨的应力？骨应力常有 哪几种？对骨有何生理意义？作用在骨 表面的各种外力，即骨的载荷。当外力作 用于骨时，骨以形变产生内部的阻抗力以 抗衡外力，即是骨产生的应力。应力的大 小等于作用于骨截面上的外力与骨横断 面面积之比，单位为Pascal，即牛顿/平方 米。骨的应力根据作用于骨的力不同而不 同，常见的应力由压应力、拉应力及剪切 力等。应力对骨的改变及在生长和骨的吸 收中起调节作用，应力不足会使骨萎缩， 应力过大也会使骨萎缩。因此，对于骨来 说，存在一个最佳的应力范围 肌力：又称最大力量是肌收缩时所表现出 来的能力，以肌最大兴奋时所能负荷的重 量来表示。 肌耐力：又称力量耐力，是指肌在一定负 荷条件下保持收缩或持续重复收缩的能 力，反映肌持续工作的能力，体现肌对抗 疲劳的水平。 向心运动：也称向心收缩是指肌收缩时， 肌的长度缩短，两端附着点互相靠近。 离心运动：也称离心收缩是指肌收缩时肌 力低于阻力，使原先缩短的肌被动延长。 主动肌：直接完成动作的肌群称为原动 机，其中起主要作用者称为主动机。 运动单位：肌收缩必须有完好的神经支 配，一个前角细胞，它的轴突和轴突分支， 以及它们所支配的肌纤维群，合起来称为 运动单位。 肌的生理横断面：肌由肌纤维组成，每条 肌纤维的横断面总和称为肌的生理横断 面。 爆发力：是指在最短的时间内发挥肌力量 的能力。 拮抗肌：与原动肌作用相反的肌群称为拮 抗肌。 神经适应：由运动引起的神经系统的适应 性变化称为神经适应。 协同动作：多个肌群在一起工作所产生的 合作性动作被称为协同动作。 简述肌的功能。 肌的功能是运动、支撑骨骼、维持姿势、 保护身体和产热。 简述肌力的影响因素。 肌的生理横断面、肌的初长度、肌的募集、 肌纤维走向与肌腱长轴的关系和杠杆效 率。 牵拉—缩短周期的弹性势能增强的机制。 以牵拉—缩短周期肌运动为主的自然运 动，包含主要由离心运动引起的高强度的 力的调节性释放，这种高强度的力有利于 肌-腱复合体中弹性应变能量的贮存，即有 效增加弹性势能，使离心运动后的向心运 动比单纯的向心运动做功更强，也更为有 效。 简述超量恢复原理。 运动和运动后肌经历一个疲劳与恢复过 程，肌疲劳时，其收缩力量、速度和耐力 都会明显下降，同时肌内能源物质、收缩 蛋白和酶蛋白都有所消耗，在休息后的恢 复过程中，上述已消耗物质得到补充、生 理功能逐渐得到恢复，并超过运动前的水 平，这即是肌超量恢复。 简述长期运动训练对肌底物水平的影响。 *糖原：耐力训练引起的肌的适应性改变 是肌静息糖原含量增加。 *三磷酸腺苷和磷酸肌酸：多回合的力量 练习可使三磷酸腺苷和磷酸肌酸储备降 低，这种急性的代谢反应为增加高能磷酸 化合物储备能力提供适应性刺激，长期的 适应性结果则表现为肌静息磷酸盐水平 提高。 *脂质：肌脂质含量无显著不同，即对运 动刺激呈惰性表现。 *肌红蛋白：肌中肌红蛋白对氧的运输起 着重要的作用。尽管慢肌纤维通常比快肌 纤维含有更多的肌红蛋白，但耐力训练不 能促进人体肌中肌红蛋白含量的增加。力 量训练后肌纤维体积虽然增大，但肌中肌 红蛋白含量却相应降低，以适应氧化酶含 量降低的肌环境。 简述运动控制理论和运动控制方式。 根据Horak的运动控制理论“正常运动控 制是指中枢神经系统运用现有及以往的 信息将神经能转化为动能并使之完成有 效的功能活动。”运动控制主要有以下三 种方式。 （1）反射性运动：反射性运动形式固定、 反应迅速不受意识控制。主要在脊髓水平 控制完成。（2）模式化运动：模式化运动 有固定的运动形式、有节奏和连续性的运 动，受意识控制。主观意识主要控制运动 的开始与结束，运动由中枢模式控制器调 控。（3）意向性运动：整个运动过程均受 主观意识控制，是有目的的运动，需通过 运动学习来掌握，随着不断进行运动而趋 于灵活，并获得运动技巧。 简述腰背肌对脊柱稳定及其功能的影响。 肌对脊柱具有保护脊柱稳定和协同脊柱 运动的双重作用，并发挥主动调节功能， 这是调节脊柱平衡的关键要素。相关功能 肌群主要是腰肌和背肌。背肌主要包括浅 层的背阔肌和深层的骶棘肌。腰肌主要包 括腰方肌和腰大肌，此外间接作用于腰脊 部脊柱的肌有：腰前外侧壁肌、臀大肌、 臀中肌、臀小肌、肱二头肌、半腱肌及半 膜肌等。这些肌群的协调配合，以实现脊 柱对身体的支撑，负重、减震、保护和运 动等功能。 简述肌功能障碍的原因。 1.运动损伤 2.疼痛 3.中枢神经损伤 4.外周神经的损伤 简述肌电刺激增强肌力的机制。 肌电刺激后肌的收缩性能增强，呈现显著 的力量增益，肌电刺激作用主要原理如 下： *肌对电刺激的适应性反应：肌电刺激对 肌收缩力的影响受神经因素影响，遵循负 荷大小原则，依此原则肌产生与之适应的 兴奋激发与力量变化，并随负荷的增大， 产生更大的适应性反应。 *激发运动神经元，动员运动单位。 肌电刺激不是直接兴奋肌，而是刺激电流 沿着肌内较易兴奋的神经末梢传导。通过 激发较大运动神经元，动员更多的运动单 位，使肌纤维产生与之适应的反应，肌的 收缩性能增强。 *增强氧化酶和糖原，提高肌耐力。 长时间、低频率的肌电刺激能够引起低等 哺乳动物快肌纤维氧化酶和糖原合成酶 的显著增加，使快肌纤维的退化和萎缩， 并向慢肌纤维的转变；而对慢肌纤维的影 响主要表现为线粒体含量增加。这有利于 提高肌耐力，增强运动个体抗疲劳的能 力。 简述姿势协同动作的运动模式及其平衡 作用。 姿势协同动作通过三种运动模式对付外 力或支持面的变化以维护站立平衡，即踝 关节协同动作模式、髋关节协同动作模式 及跨步动作模式。踝关节协同动作指身体 重心以踝关节为轴心，进行前后转动或摆 动，类似钟摆运动。髋关节运动模式是通 过髋关节屈伸来调整身体重心和保持平 衡。跨步动作模式是通过向作用力方向快 速跨步来重新建立重心的支撑点或站立 支持面以建立新的平衡。当身体重心达到 稳定极限时，为了防止跌倒或失去平衡， 上肢、头和躯干运动以建立反应性平衡。 简述肌组织过度应变与损伤特征。 *肌纤维组织应变与肌运动和关节活动有 关。 *肌—腱连接对应变引起的损伤特别敏 感，并可导致肌—腱连接的生物形态学和 生物化学改变。 *疲劳性的运动中易出现肌应变性损伤。 *强大应力与应力变化易导致肌损伤。 肌腱袖：是由冈上肌、冈下肌、小圆肌和 肩胛下肌所组成的腱性组织，以扁宽的腱 膜牢固的附着于关节囊的外侧肱骨外科 颈，有悬吊肱骨、稳定肱骨头、协助三角 肌外展肩关节的功能。 网球肘：又称肱桡关节滑囊炎、肱骨外上 髁炎、是前臂伸腕肌群的起点部反复受到 牵拉刺激，而引起的一种慢性损伤性疾 病。 Colles骨折：是桡骨远端，距关节面2.5cm 以内的骨折，常伴有远侧骨折端向背侧倾 斜，前倾角度减少或呈负角，典型者伤手 呈银叉畸形。 Dugas征：即搭肩实验阳性正常人肘部贴 近胸部时，手掌可触到健侧肩膀。有肩关 节脱位时患侧上肢屈肘，肘部贴近胸壁 时，手掌不能摸到肩峰，若以手掌触摸肩 峰时，则肘部不能贴近胸壁，是为阳性。 Tinel征：是周围神经外科最重要的诊断 方法之一，指叩击神经损伤或神经损害的 部位或其远侧，而出现其支配皮区的放电 样麻痛感或蚁走感，代表神经再生的水平 或神经损害的部位。 Phalen实验：两臂平举，肘区60度，腕 关节极度掌屈1分钟，患手桡侧手指即可 出现麻木和感觉异常。 鼻烟窝：其近侧为桡骨茎突，桡侧界为拇 长展肌及拇短伸肌腱，尺侧界为拇长伸肌 腱，窝底为手舟骨和大多角骨，其内有桡 动脉通过。 鱼际：由四块运动拇指的肌肉组成，各肌 主要起自屈肌支持带，作用于肌肉的名称 相同。除拇短屈肌由正中神经和尺神经双 重支配，拇收肌由尺神经支配外，其余两 肌均由正中神经支配。这群肌肉可以使拇 指屈曲、内收、外展和对掌运动。 Q角：是股四头肌肌力线和髌韧带力线的 夹角，即从髂前上棘到髌骨中点的连线为 股四头肌肌力线，髌骨中点至胫骨结节最 高点连线为髌韧带力线，两线所形成的夹 角为Q角。 半月板：股骨和胫骨间左右各一块软骨衬 垫，即半月板 鹅足：缝匠肌、股薄肌和半腱肌肌腱的止 点是在胫骨内侧髁稍下方的前内侧面上， 其腱纤维与小腿深筋膜互相交织形成鹅 足 足弓：由7块跗骨、5块跖骨及其关节、 韧带、腱膜组成的向足背突出的弓形骨骼 结构 步态周期的支撑相：指下肢接触地面和承 受重力的时间，占步行周期的60%，支撑 期大部分时间是单足支撑 步态周期的摆动相：指足离开地面向前迈 步再到落地之间的时间 步态周期：行走过程中，从一侧脚跟着地 开始到该脚跟再次着地构成一个步态周 期。 简述肩肱关节的构成、结构特点和运动形 式。 由肩胛骨的关节盂与肱骨头连接而成的 球窝关节，因肱骨头的面积远远地大于关 节盂的面积，且韧带薄弱、关节囊松弛， 故肩肱关节是人体中运动范围最大、最灵 活的关节。关节盂为一上窄下宽的长圆形 凹面，向前下外倾斜，盂面上被覆一层中 心薄、边缘厚的玻璃样软骨，盂缘被纤维 软骨环即关节盂唇所围绕。关节盂唇加深 关节盂凹，有保持关节稳定的功能。 肱骨头为半圆形的关节面，向后、上、内 倾斜，仅以部分的关节面与关节盂接触, 故极不稳定。肱骨大结节朝向外侧，构成 结节间沟的外壁，小结节朝向前侧，成为 结节间沟的内壁。肱二头肌的长健经过结 节间沟，并随着关节活动而上下滑行。 肩关节的主要韧带有喙肩韧带、盂肱韧带 和喙肱韧带 肩部关节的运动比较复杂，各关节既有单 独运动，又有相互间的协同运动，有内收、 外展、前屈、后伸、内外旋转等运动，以 及由这些运动综合而成的环转运动。 简述肩关节运动的主要肌 上提：斜方肌上部、菱形肌、肩胛提肌 下降：斜方肌下部、胸小肌、锁骨下肌(补 充)背阔肌、胸大肌 内收：菱形肌、斜方肌，肩胛提肌 外展：前锯肌、胸小肌(补充)胸大肌 屈曲：三角肌前部、胸大肌锁骨部、(补) 喙肱肌、肱二头肌短头(外旋位) 伸展：三角肌后部、背阔肌、大圆肌、(补) 肱三头肌长头(内旋位) 外展：冈上肌、三角肌中部、(补)肱=头肌 长头(外旋位)、脓三肌长头(内旋位 内收：胸大肌、背阔肌、大圆肌、(补)三 角肌后部 外旋：冈下肌、小圆肌、(补)三角肌后部 内旋：胸大肌、肩胛下肌、大圆肌、背阔 肌、(补)三角肌前部 环转运动：屈伸、内收外展及内外旋的复 合运动。 简述肘关节的构成、结构特点和运动形 式。 肘关节是一个复合关节，由肱尺关节、肱 桡关节、桡尺近侧关节三个单关节，共同 包在一个关节囊内所构成。 肱尺关节：由肱骨滑车与尺骨滑车切迹构 成，属滑车关节，可绕额状轴作屈、伸运 动。 肱桡关节：由肱骨小头与桡骨头关节凹构 成，是球窝关节，可作屈、伸运动和回旋 运动。因受肱尺关节的制约，其外展、内 收运动不能进行。 桡尺近侧关节：由桡骨环状关节面与尺骨 的桡切迹构成，为圆柱形关节,只能作旋 内、旋外运动。 有关韧带有尺侧副韧带、桡侧副韧带、桡 骨环状韧带等。 主要运动形式有屈伸、其次是桡尺近侧关 节与桡尺远侧关节联合运动，完成前臂的 旋内、旋外运动。 精品文档
人体运动学考试重点 第一章总论 1、人体动力学概念(8)：是运用力学的原理与方法研究人体在运动状态下各器官系统形态结 构与功能活动变化规律及其影响的一门学科。是多门学科之间相互交叉与渗透的科学。 是研究人体活动科学的领域。是通过位置、速度、加速度等物理量描述和研究人体和器械的位置随时间变化的规律或在运动过程中所经过的轨迹，而不考虑人体和器械运动状态改变的原因。 2、人体重心：人体重心一般在身体正中面上第三骶椎上缘前方7cm处。由于性别、年龄、 体型不同，人体重心略有不同。一般男子中心比女子高，自然站立时，男子重心高度大约是身高的56%，女子大约是身高的55%，这是因为女子骨盆较大的原因。 3、人体解剖参考轴与面(14)： 轴：冠状横轴，垂直纵轴，矢状轴 面：水平面，与地面平行，把人体分成上下两部分 冠状面，把人体分成前后两部分 矢状面，把人体分成左右两部分 4、人体关节的运动形式（15）： 屈曲与伸展，主要以横轴为中心，在矢状面上的运动 内收与外展，主要以矢状轴为中心，在冠状面上的运动 内旋与外旋，主要以纵轴为中心，在水平面上的运动 （前臂和小腿有旋前和旋后运动，足踝部还有内翻和外翻运动） 6、杠杆的分类（17）：三类 第1类杠杆，又称平衡杠杆，支点位于力点和阻力点中间 第2类杠杆，又称省力杠杆，其阻力点在力点和支点的中间，可用较小的力来克服较大的阻力 第3类杠杆，又称速度杠杆，力点在阻力点和支点之间，如使用镊子 第二章骨骼肌肉系统运动学 *第一节骨运动学 1、骨运动学概念（22）： 正常成年人人体共有206块骨 2、骨的功能（27）：（疑问答题） 1）力学功能 a 支撑功能，骨是全身最坚硬的组织，对肢体起着支撑作用，并负荷身体自身的重 量及附加的重量，如脊柱、四肢 b 杠杆功能，运动系统的各种机械运动都是在神经系统的支配下，通过骨骼肌的收 缩、牵拉骨围绕关节产生的。骨在运动中发挥着杠杆功能和承重作用 c 保护功能，某些骨按一定的方式互相连接围成体腔或腔隙来保护内在组织和器 官，如颅腔保护脑 2）生理学功能 a 钙磷储存功能与物质代谢功能 b 造血功能和免疫功能 第二节*肌肉运动学
第二章正常人体运动学第一部 分 单项选择 题1、关于椎骨的描述不正确的时（E） A 由椎体、椎弓、突起三部分组成 B 椎体和椎弓围成椎间 孔C椎间孔内容纳脊髓 D 椎体和 椎弓发出 7 个突起E所有椎骨相连，椎孔形成椎管 2、上肢骨的体表标志不包括 （ B） A 肱骨内上髁和外上髁 B 喙突C 桡骨和尺骨茎 突 D 鹰嘴E 肩胛骨上角和下 角 3、关于肘关节描述正确的是 （ B） A 包括肱尺、肱桡、桡 尺远端3 个关节 B 3 个关节包在一个关节囊 内 C 关节囊的两侧最薄 弱 D 可沿矢状轴做屈 伸运动 E 伸肘时肱骨内外上髁与尺骨鹰嘴三点连成等腰三角形4、提肋的肌不包括（ B） A 胸大肌 B 肋间内肌 C 肋间外肌 D 前斜角肌 E 中斜角肌 5、下列属于长骨的是 （ D） A 肋骨 B 胸骨 C 跟骨 D 趾骨 E 鼻骨6、胸骨角平对 （ C） A 第一肋软骨 B 第三肋软骨 C 第二肋软骨 D 第 四肋软骨E 第五肋软 骨 7、下列各项中协助围成椎管的韧带 是（C） A 棘上韧带 B 前纵韧带 C 黄韧带 D 棘间韧带 E 后纵韧带8、血中氧分压降低导致呼 吸加强的原因是直接兴奋 （C）A 延髓呼吸中 枢 B 呼吸调整中枢 C 外 周化学感应器 D 中枢化学感应器E 肺牵张感应 器 9、关于端脑内部结构的描述， 正 确的是（ B）A 大脑半球表面有白质覆 盖 . B 大脑纵裂的底为连接两半球宽厚的骈 底体 C 基底神经核位于底丘脑 D 端脑内腔为第三脑室 E 以上都不是10、可兴奋细胞发生兴奋 时的共同表现是产生（D） A 收缩活动B 分泌活 动 C 静息电位 D 动作电位 E 局部电位 11、支配肱二头肌的是神经是（B） A 腋神经B 肌皮神 经 C 桡神经 D 尺神经 E 正中神 经 12、支配咀嚼肌的神经是 （C） A 面神经 B 上 颌神经C 下颌神 经 D 舌下神经 E 舌咽神经13、臀大肌可使髋关节（B） A 前屈 B 旋 外 C 旋 内 D 外展 E 内收14、既能跖屈又能 使足内翻的肌 是（ B）A 胫骨前 肌 B 胫骨后肌 C 姆长屈肌 D 趾长 屈肌E腓骨长 肌15、以下哪项不是骨组织的组成成分（D） A 骨细胞 B 胶原纤维 C 水 D 弹性纤维E 黏蛋 白16、以下关节软骨的特性 不正确的是（ C） A 减小关节面摩 擦 B 吸收机械震荡 C 有神经支 配 D 适量运动可增加关节软骨的厚度E 反复的损伤可增加软骨的分解代 谢17、 成人骨折后，骨的修复主要依靠 （D） A 骺软骨 B 骨密质 C 骨髓 D 骨膜 E 骨松质18、神经 ---肌肉接头传递中，清除乙酰胆碱的酶是 （D） A 磷酸二酯 酶BATP酶C腺苷酸环化酶 D 胆碱酯酶E脂肪酶 19、脊髓中央管前交叉纤维损伤将引起（B） A 断面以下同侧的浅感觉丧 失 B 断面以下对侧的浅感觉丧 失 C 断面以下对侧的深感觉丧失 D 断面以下双侧的浅感觉丧 失 E 断面以下双侧的深感觉丧失20、在骨骼肌终板膜上，Ach 通过下列何种通道实现其跨膜信号转 导（ A） A 化学门控通 B 电压门控通道 C 机械
基于骨骼数据的人体行为识别 摘要 人体动作姿态识别是计算机视觉研究领域中最具挑战的研究方向，是当前的研究热点。对人体动作姿态进行自动识别将带来一种全新的交互方式，通过身体语言即人体的姿态和动作来传达用户的意思，如在机场、工厂等喧闹的环境下，采用手势、动作姿态识别等人机交互技术能够提供比语音识别更加准确的信息输入。总之，在智能监控、虚拟现实、感知用户接口以及基于内容的视频检索等领域，人体动作姿态的识别均具有广泛的应用前景。该文首先简单介绍了人体动作姿态序列的分割，然后对人体动作姿态识别的方法进行了分类介绍，并对一些典型的算法的研究进展情况及其优缺点进行了重点介绍。 关键词：人体动作姿态识别; 人工智能; 隐马尔可夫模型; 动态贝叶斯网络; 模板匹配前言 人体姿态识别是计算机视觉的一个重要研究方向，它最终目的是输出人的整体或者局部肢体的结构参数，如人体轮廓、头部的位置与朝向、人体关节点的位置或者部位类别。姿态识别的研究方法应该说，几乎涵盖了计算机视觉领域所有理论与技术，像模式识别、机器学习、人工智能、图像图形、统计学等。到目前为止，已经有众多识别方法被提出，并且也取得了许多重要的阶段性的研究成果，但是以往的方法都是基于普通光学图像，比如常见的RGB 图像，这类图像容易受光照、阴影等外界变化的影响，尤其在环境黑暗的情况下无法来识别人体姿态，并且由于人体关节自由度大，及人的体型、着装较大差异性，常导致姿态识别系统识别率低。尽管有研究者利用多个摄像机获取采集的图像来获取人体深度信息以克服以上问题[1]，但是该类方法恢复的深度信息不是唯一的，而且计算量非常大，尤其是这种方法要求事先用人工对传感设备进行标定，而在选取场景中的标定物时，往往又会遇到实际环境操作困难的问题。 随着光电技术的快速发展，深度传感设备的成本逐渐降低，人们获取深图像的途径及方法也越来越多。该方向的研究也逐渐成为计算机视觉领域的研究趋势。具体原因包括：一方面，深度传感设备不仅操作简单，并且极大简化了普通摄像机的标定过程；另一方面，得到的深度图像由于直接包含了人体的深度信息，能够有效的克服普通光学图像遇到的上述问题。到目前为止，较有影响力的基于该类图像的人体姿态识别算法，应该是 Shotton 等人利用一种深度传感器 Kinect 来实时捕捉人体运动的算法，该算法虽然能够满足人们对识别系统实时性的要求，但其对硬件要求特别高，并且不适合低分辨率图像中的人体关节点提取，容易导致人体骨架扭曲。下文将具体陈述人体运动分析的主要用途和前人在不同时期对这些难题的处理办法。 主题 基于计算机视觉的人体运动分析不仅在智能监控、人机交互、虚拟现实和基于内容的视频检索等方面有着广泛的应用前景，更是成为了未来研究的前瞻性方向之一。Gavrila 总结了它的一些主要应用领域[2,3,4]，下面据此对其典型应用做出进一步的介绍。 智能监控(Smart Surveillance) 所谓“智能监控”是指监控系统能够监视一定场景中人的活动，并对其行为行分析和识别，跟踪其中的可疑行为(例如在一些重要地点经常徘徊或者人流密集的场合下突发的人群拥挤等状况)从而采取相应的报警措施。智能监控系统应用最多的场合来自于那些对安全
Computer vision application 院（系）电子与信息工程学院 专业集成电路工程 学生吕广兴14S158054
Computer vision application The directory Report: Computer vision application (2) 1.The object of the project (2) 2.The method and the principle applied to the project (2) 2.1 Platform (2) 2.2 The principle of transform the RGB image to the gray image (2) 2.3 The principle of image enhancement (2) 2.4 The principle of thresholding (3) 2.5 The principle of classifier (3) 3.The content and the result of the project (4) 3.1 The main steps in the project (4) 3.2 About human body posture recognition (4) About three kinds of methods are most common: (4) 3.3.Stereo vision (11) 4.Reference (18)
Report: Computer vision application 1.The object of the project The object of the project is Gesture recognition and location in the interior of people. 2.The method and the principle applied to the project 2.1 Platform The platform is based on Visual Studio 2012 and OpenCV 2.4.10. 2.2 The principle of transform the RGB image to the gray image There are three major methods to transform the RGB image to the gray image. The first one is called the maximum value that is set the value of R, G, and B to the maximum of these three. Gray=R=G=B=max(R, G, B) The second one is called mean value which is set the value of R, G, and B to the mean value of these three. Gray=R=G=B=(R+G+B)/3 The third one is called weighted average that is giving different weights to the R, G and B according to the importance or other indicators, and then adding the three parts together. In fact, human’s eye is very high se nsitive to green, then red, last blue. Gray=0.30R+0.59G+0.11B 2.3 The principle of image enhancement Image enhancement is the process of making images more useful. There are two broad categories of image enhancement techniques. The first one is spatial domain technique, and it is a direct manipulation of image pixels that includes point processing and neighborhood operations. The second one is frequency domain technique, and it is a manipulation of Fourier transform or wavelet transform of an image. The principle of the median filter is to replace the value of a pixel by the median of the gray levels in the neighborhood of that pixel(the original value of the pixel is included in the computation of the median). It forces the points with distinct gray levels to be more like their neighbors.
第二章正常人体运动学 第一部分 单项选择题 1、关于椎骨的描述不正确的时（E）A 由椎体、椎弓、突起三部分组成B 椎体和椎弓围成椎间 孔 C 椎间孔内容纳脊髓 D 椎体和椎弓发出7 个突起 E 所有椎骨相连，椎孔形成椎管 2、上肢骨的体表标志不包括（B） A 肱骨内上髁和外上髁 B 喙突 C 桡骨和尺骨茎突 D 鹰嘴 E 肩胛骨上角和下角 3、关于肘关节描述正确的是（B） A 包括肱尺、肱桡、桡尺远端3 个关节 B 3 个关节包在一个关节囊内 C 关节囊的两侧最薄弱 D 可沿矢状轴做屈伸运动 E 伸肘时肱骨内外上髁与尺骨鹰嘴三点连成等腰三角形 4、提肋的肌不包括（B） A 胸大肌 B 肋间内肌 C 肋间外肌 D 前斜角肌 E 中斜角肌 5、下列属于长骨的是（ D ） A 肋骨 B 胸骨 C 跟骨 D 趾骨 E 鼻骨 6、胸骨角平对（C） A 第一肋软骨B第三肋软骨 C 第二肋软骨 D 第四肋软骨E 第五肋软骨 7、下列各项中协助围成椎管的韧带是（C） A 棘上韧带 B 前纵韧带 C 黄韧带 8、血中氧分压降低导致呼吸加强的原因是直接兴奋（ A 延髓呼吸中枢 B 呼吸调整中枢 D 中枢化学感应器 E 肺牵张感应器 9、关于端脑内部结构的描述，正确的是（B） A 大脑半球表面有白质覆盖. B 大脑纵裂的底为连接两半球宽厚的骈底体 C 基底神经核位于底丘脑 D 端脑内腔为第三脑室 E 以上都不是 10、可兴奋细胞发生兴奋时的共同表现是产生（D） A 收缩活动 B 分泌活动 C 静息电位 D 棘间韧带 E 后纵韧带C）C 外周化学感应器 D 动作电位 E 局部电位
支配肱二头肌的是神经是（ B ） A 腋神经 B 肌皮神经 支配咀嚼肌的神经是（ C ） A 面神经 B 上颌神经 臀大肌可使髋关节（ B ）既能跖屈又能使足内翻的肌是（ B ） A 胫骨前肌 B 胫骨后肌 C 姆长屈肌 D 趾长屈肌 骨长肌 E 断面以下双侧的深感觉丧失 在骨骼肌终板膜上， Ach 通过下列何种通道实现其跨膜信号转导（ A ） A 化学门控通道 B 电压门控通道 C 机械门控通道 DM 型 Ach 受体 E G 蛋白耦联受体 双向轴浆运输主要运输（ A ） A 具有膜的细胞器 B 递质合成酶 C 微丝和微管 D 神经营养因子 E 细胞代谢产物 关于神经纤维轴浆运输的描述，正确的是（ D ） A 轴突的轴浆并非经常在流动 B 顺向和逆向轴浆运输的速度相等 C 狂犬病病毒可经顺向轴浆运输而扩散 D 与神经的功能性和营养性作用有关 E 与维持神经结构和功能的完整性无关 关于突触传递特点的描述，错误的是（ D ） A 单向传布 B 有时间延搁 C 可以发生总和 D 不需要钙离子参与 E 易疲劳 反射活动的一般特性不包括（ B ） A 单向传递 B 对等原则 C 兴奋节律的改变 D 后发放 E 反射的习惯化和敏感化 关于脊椎的生理弯曲，正确的是（ D ） A 颈曲后凸，胸曲前凸 B 骶曲前凸，腰曲前凸 C 颈曲前凸，胸曲前凸 D 颈曲前凸，胸曲后凸 E 胸曲前凸，腰曲后凸 胸长神经支配（ C ） 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 24、 25、 26、 C 桡神经 D 尺神经 E 正中神经 C 下颌神经 D 舌下神经 E 舌咽神经 A 前屈 B 旋外 C 旋内 D 外展 E 内收 以下哪项不是骨组织的组成成分 （ A 骨细胞 B 胶原纤维 以下关节软骨的特性不正确的是（ A 减小关节面摩擦 D ） C 水 C ） B 吸收机械震荡 D 弹性纤维 E 黏蛋白 C 有神经支配 D 适量运动可增加关节软骨的厚度 E 反复的损伤可增加软骨的分解代谢 成人骨折后，骨的修复主要依靠（ D ） A 骺软骨 B 骨密质 C 骨髓 D 骨膜 E 骨松质 神经 --- 肌肉接头传递中，清除乙酰胆碱的酶是（ D ） A 磷酸二酯酶 BATP 酶 C 腺苷酸环化酶 E 脂肪酶 D 胆碱酯酶 脊髓中央管前交叉纤维损伤将引起（ A 断面以下同侧的浅感觉丧失 C 断面以下对侧的深感觉丧失 B ） B 断面以下对侧的浅感觉丧失 D 断面以下双侧的浅感觉丧失
骨 一、骨的基本结构 骨头是由骨组织组成，骨自身具有修复、再生、改建的功能。经常进行体育锻炼能促进骨的发育，缺乏体育锻炼者容易引起骨质疏松。 （一）骨的分类：成人骨总数为206快，分为附肢骨和中轴骨两部分，附肢骨分为上肢骨和下肢骨；中轴骨分为椎骨、胸廓骨和颅骨。 （二）骨的基本结构：骨是由骨膜、骨质、骨髓以及神经血管组成。 （三）骨的理化性质：骨中含有有机质和无机质，前者主要是骨胶原纤维和粘多糖蛋白，后者主要是碳酸钙、磷酸钙、氯化钠等。 （四）骨的生长 1.骨的增粗：在骨膜深沉的成骨细胞不断的造骨，使骨的横泾不断扩大。以此 同时骨内膜的破骨细胞破坏和吸收既成的骨质，使骨髓腔不断扩大。 2.骨的增长：骨的增长主要是骺软骨不断增生和骨化，使骨不断增长。18岁以 后骺软骨增长缓慢，最后全部骨化，骨干与骨骺愈合成一条骺线，骨不再生长。 3.骨龄：指骺及小骨骨化中心出现的年龄和骺与骨干愈合的年龄。 （五）附肢骨 上肢骨（64）和下肢骨（62）。上肢骨分为上肢带骨和自由上肢骨。下肢骨同样。 1.上肢带骨：锁骨（2）、肩胛骨（2） 2.自由上肢骨：肱骨（2）、桡骨（2）、尺骨（2）、手骨（54） 手骨：腕骨（16）手舟骨、月骨、三角骨及豌豆骨；大多角骨、小多角骨、头状骨及钩骨各两块；掌骨（10）；指骨（28节）
下肢带骨：髋骨（2） 自由下肢骨：股骨（2）、髌骨（2是人体最大的籽骨）、胫骨（2）、腓骨（2）、足骨（52） 足骨：附骨（14）：前由3块楔骨和一块扇骨组成。中为足舟骨。后由距骨和跟骨组成；石骨（10）；趾骨（28）。 （六）上下肢骨的主要体表标志。 1.上肢骨的主要体表标志 第一，锁骨全长可在皮下摸到。 第二，肩胛骨易在皮下触摸到内侧缘和下角，肩胛冈和肩峰。肩峰是测量肩宽的体表标志。喙突位于锁骨内侧2/3与外侧1/3处下方皮下。 第三，肱骨大结节在在肩部外侧皮下触及。前臂的内外上髁位于下端两侧皮下，其中内上髁较为隆起。 第四，尺骨从鹰嘴到茎突全长可在前臂后面触及。其中鹰嘴在屈肘时，茎突在前臂旋前时较为明显。 第五，桡骨下端茎突在屈腕时较为明显。 第六，手骨在桡腕关节掌侧面可摸到大多角骨和豌豆骨，握拳或伸掌时可摸到或看到各掌骨和指骨。 2.下肢骨的主要体表特征 第一、髂嵴易于在皮下摸到。 第二、股骨大转子易在皮下触及。内外侧髁易在大腿下端靠近膝关节处触及。第三、髌骨前面位于膝关节前面皮下。 第四、胫骨粗隆在屈膝关节时易于在皮下触及。
密级：学校代码：10075 分类号：学号：20081194 工学硕士学位论文 基于视频序列的人体动作识别 学位申请人：刘涛 指导教师：张欣教授 学位类别：工学硕士 学科专业：电路与系统 授予单位：河北大学 答辩日期：二○一三年六月
Classified Index: CODE: 10075 U.D.C.: NO: 20081194 A Dissertation for the Degree of Master Human Action Recognition Based on Video Sequences Candidate：Liu Tao Supervisor：Prof. Zhang Xin Academic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Circuits and Systems University：Hebei University Date of Oral Examination：June, 2013
河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 作者签名：日期：年月日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 1、保密□，在年月日解密后适用本授权声明。 2、不保密□。 （请在以上相应方格内打“√”）