Влияние угла обзора камеры на отслеживание кинематических параметров ходьбы с использованием Azure Kinect, Kinect v2 и Orbbec Astra Pro v2

Введение: Датчики глубины могут стать портативной, доступной и не требующей использования маркеров альтернативой трёхмерным системам регистрации движений для анализа ходьбы, однако влияние угла обзора камеры на точность отслеживания углов в суставах изучено недостаточно.

Цель: Оценить точность трёх датчиков глубины [Azure Kinect (AK), Kinect v2 (K2), Orbbec Astra (OA)] при отслеживании кинематических параметров ходьбы на беговой дорожке при пяти углах обзора камеры (0°/22,5°/45°/67,5°/90°).

Методы: Десять здоровых участников выполнили 15 испытаний ходьбы на беговой дорожке (3 скорости × 5 углов обзора), в ходе которых три датчика глубины измеряли углы в тазобедренном суставе в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а также в коленном и голеностопном суставах в сагиттальной плоскости. Для каждого испытания регистрировали и усредняли данные 10 шагов. Амплитуду движений, определённую по максимальным и минимальным углам в суставах, измеренным датчиками глубины, сравнивали с данными системы регистрации движений Vicon, принятой за эталон. Точность отслеживания датчиками глубины оценивали относительно данных Vicon по среднеквадратичной ошибке (RMSE) временных рядов углов в суставах. Влияние скорости ходьбы, угла обзора и типа датчика на точность отслеживания оценивали с помощью трёхфакторного дисперсионного анализа с повторными измерениями.

Результаты: По данным дисперсионного анализа RMSE выявлено значимое взаимодействие между углом обзора и типом датчика для углов в тазобедренном суставе в сагиттальной плоскости [F(8,72) = 4,404; p = 0,005] и в коленном суставе в сагиттальной плоскости [F(8,72) = 13,211; p < 0,001]. AK точнее отслеживал движения при ходьбе при нефронтальных углах обзора камеры (22,5°/45°/67,5°/90°), тогда как K2 демонстрировал более высокую точность при фронтальном угле обзора (0°). Превосходство AK над K2 и OA, вероятно, связано с более высоким разрешением датчика глубины и усовершенствованным алгоритмом отслеживания тела.

Значимость: При использовании датчиков глубины для кинематических измерений ходьбы необходимо учитывать угол обзора камеры. В настоящем исследовании Azure Kinect обеспечивал высокую точность отслеживания углов в тазобедренном и коленном суставах в сагиттальной плоскости при ходьбе на беговой дорожке при нефронтальных углах обзора камеры.