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4개 관절 기반 인체모션 분석을 위한 특징 추출 및 자세 분류
Feature Extraction and Classification of Posture for Four-Joint based Human Motion Data Analysis 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.52 no.6, 2015년, pp.117 - 125  

고경리 (조선대학교 제어계측공학과) ,  반성범 (조선대학교 전자공학과)

초록
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앉아있는 시간이 긴 현대인들에게 바른 자세를 유지하도록 하는 것은 중요하다. 자세 교정을 위한 치료는 많은 시간과 비용이 소요되며, 전문의의 지속적인 관찰이 필요하다. 그러므로 사용자 스스로 자신의 자세를 판단하고 교정하기 위한 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 사용자의 자세 데이터를 취득하여 취득된 자세가 정상자세인지 비정상자세인지 판단한다. 사용자의 자세 데이터 취득을 위해 관성 센서를 이용한 4개 관절 기반 모션캡쳐 시스템을 제안한다. 이 시스템을 통해 대상자의 자세 데이터를 취득하고, 취득한 데이터를 기반으로 특징을 추출하여 DB를 구축한다. 구축한 DB를 K-means 클러스터링 알고리즘을 이용하여 자세 학습을 수행한 후, 정상자세와 비정상자세를 분류한다. 관절의 회전각도, 위치정보, 분석정보를 이용하여 자세분류를 수행한 결과, 정상자세 판단 성공률은 99.79%로 나타났다. 이 결과로 미루어 4개 관절에 대한 특징을 이용하여 사용자의 자세를 판단 가능하며, 향후 척추질환 예방 시스템에 적용하여 사용자의 자세를 교정하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the modern age, it is important for people to maintain a good sitting posture because they spend long hours sitting. Posture correction treatment requires a great deal of time and expenses with continuous observation by a specialist. Therefore, there is a need for a system with which users can ju...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 사용자의 자세 데이터 취득을 위해 관성 센서를 이용한 4개 관절 기반 모션캡쳐 시스템을 제안한다. 4개 관절 기반 모션캡쳐 시스템에서 이용한 MEMS 기반 관성 센서는 가벼운 무게를 갖는 소형 크기의 센서이며 무선통신 방식을 이용하므로 대상자의 동작을 자연스럽게 표현할 수 있다.
  • 본 논문에서는 자세 판단 시스템을 구축하기 위해 자세 교정의 기준이 될 정상자세 데이터와 비정상자세 데이터를 취득하고, 분석한다. 자세 데이터는 구축한 4개 관절 기반 모션캡쳐 시스템을 통해, 표 1과 같이 10명을 대상으로 강의를 들으며 학습하는 환경에서 정상자세와 비정상자세를 각각 5분씩 취득하였다 [11∼12].
  • 본 논문에서는 특징에 따른 자세 판단 성공률 향상 여부를 확인하기 위해, 표 4와 같이 총 7가지 경우에 대한 실험 결과를 보인다.
  • 본 논문에서는 특징에 따른 자세 판단 성공률 향상 여부를 확인한다. 3가지 특징을 단일적으로 이용했을 때와 복합적으로 이용했을 때에 대한 정상자세 판단 성공률은 표 6과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
척추측만증 치료가 필요한 이유는? 또한, 조기에 발견될수록, 초기 측만 각도가 낮을수록 교정 효과가 높다. 척추측만증은 단순히 미용상의 문제일 수는 없으며, 장기 위치 이상으로 인한 기능 이상, 특히 심폐기능의 저하 및 각종 통증을 유발하는 요인이 되므로 조기 발견과 적절한 치료가 필요하다[1∼4]. 이처럼 조기 발견 및 조기 치료가 중요함에도 척추측만증의 발견이 늦는 이유는 대부분의 척추측만증이 통증이 없고, 부모의 측만증에 대한 인식 부족도 있지만, 아이들이 사춘기에 들어오면서 부모에게도 자기 몸을 보이지 않으려는데 이유가 있다[5∼6].
자세 교정 치료의 치료효과는 연령에 따라 어떻게 다른가? 자세 교정 치료는 시작 연령이 낮을수록 교정 효과가 높고, 연령이 증가함에 따라 교정 효과가 낮아진다. 또한, 조기에 발견될수록, 초기 측만 각도가 낮을수록 교정 효과가 높다.
타인의 관찰 없이도 사용자 스스로 자세를 판단하고 교정하기 위한 시스템이 필요한 이유는? 척추질환 예방을 목적으로 하는 자세 교정 치료는 많은 시간과 비용이 소요되며, 전문의의 지속적인 관찰이 필요하다. 그러므로 타인의 관찰 없이도 사용자 스스로 자세를 판단하고 교정하기 위한 시스템이 필요하다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (14)

  1. S. W. Suh, H. N. Modi, J. H. Yang, J. Y. Hong, "Idiopathic scoliosis in Korean schoolchildren: a prospective screening study of over 1 million children." European spine journal, vol. 20, no. 7, pp. 1087-1094, 2011, Jul. 

  2. S. Negrini, et al., "2011 SOSORT guidelines: Orthopaedic and rehabilitation treatment of idiopathic scoliosis during growth," Scoliosis, vol.7.1, no.3, 2012, Jan. 

  3. W. P. Bunnell, "Selective screening for scoliosis," Clinical Orthopaedics and Related Research, vol. 434, pp. 40-45, 2005, May. 

  4. B. P. Yawn, R. A. Yawn, D. Hodge, M. Kurland and W. J. Shaughnessy, D. Ilstrup, S. J. Jacobsen, "A Population-Based Study of School Scoliosis Screening," The Journal of the American Medical Association, vol. 282, no. 15, pp. 1427-1432, 1999, Oct. 

  5. K. Tomasz, et al. "Optimal management of idiopathic scoliosis in adolescence." Adolescent Health, Medicine and Therapeutics, vol. 2013, no. 4, pp. 59-73, 2013, Jul. 

  6. B. Shin and M. Han, "Application of 3-dimensional moire topography to the school screening program for adolescent scoliosis," The Journal of Korea CHUNA Manual Medicine, vol. 4, pp. 1-16, 2003. 

  7. J. Y. Jung, Y. S. Yang, Y. Won, and J. J. Kim, "Development of Wireless Ambulatory Measurement System based on Inertial Sensors for Gait Analysis and its Application for Diagnosis on Elderly People with Diabetes Mellitus," Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea, vol. 48, CI, no. 2, pp. 38-46, 2011, Mar. 

  8. D. Roetenberg, "Inertial and Magnetic Sensing of Human Motion," PhD dissertation, University of Twente, 2006. 

  9. M. G. Lee, S. G. Park, G. P. Park, S. W. Yang and B. R. Lee, "Technical Trend of Motion Capture," ETRI, Electronics and Telecommunications Trends, vol. 22, no. 4, 2007, Aug. 

  10. V. B. Zordan, A. Majkowaska, B. Chiu and M. Fast, "Dynamic Response for Motion Capture Animation," ACM Transactions on Graphics, vol.24, no. 3, pp. 697-701, 2005, Jul. 

  11. K. R. Ko, S. H. Chae, S. B. Bae, J. S. Choi and S. B. Pan, "A study on the 4-joint based motion capture system for spinal disease prevention," The Journal of Korean Institute of Information Technology, vol. 12, no. 8, pp. 157-165, 2014, Aug. 

  12. K. R. Ko, S. H. Chae, S. B. Bae, J. S. Choi and S. B. Pan, "Four-Joint Based Motion Capture for Spinal Disease Prevention System," IETE Technical Review, vol. 32, no. 1, pp. 37-45, 2015, Jan. 

  13. D. Eberly, "Euler angle formulas", Tech. Rep. http://www.geometrictools.com, Geo-metric Tools, LLC, 2008. 

  14. R. O. Duda, P. E. Hart and D. G. Strok, Pattern classification, John Wiley & Sons, pp. 526-530, 2012. 

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