Validación de los marcadores ArUco para el análisis de movimientos humanos

Abstract

[ES] En los últimos años se han publicado numerosos trabajos sobre el empleo de técnicas de bajo coste para el análisis de movimientos humanos, especialmente mediante sensores inerciales [1]. Menos esfuerzos se han realizado en la línea de otras técnicas basadas en video-análisis, donde la mayoría de trabajos se refieren al análisis de movimientos planos con una cámara [2]. Sin embargo, en el campo de la robótica se vienen usando desde hace tiempo sistemas de posicionado mediante marcadores de realidad aumentada (AR). Estos sistemas permiten analizar, en tiempo real y con una única cámara de video, la posición y orientación de objetos con precisión suficiente para su uso en muchas aplicaciones biomecánicas [3]. En particular, la librería ARUCO [4] permite analizar movimientos de varios marcadores de manera rápida y eficiente, lo que permite aplicarlos al análisis de varios segmentos corporales en tiempo real. En este trabajo se analiza la precisión de los marcadores ARUCO en la medida de ángulos y desplazamientos, comparando los movimientos medidos con el sistema con dos técnicas de precisión: encoders de desplazamientos lineales y giros, para las medidas estáticas, y un sistema de videofotogrametría de precisión, para las medidas en movimiento. Los resultados muestran que los marcadores pueden medir desplazamientos con errores estándar del orden de 1 mm en los desplazamientos paralelos al plano de la cámara y del orden de 3 mm en profundidad. Los errores angulares son inferiores a 0.5º en los giros en el plano de la cámara y del orden de 1º en los giros alrededor de ejes paralelos a dicho plano. Estos errores son mucho menores que los asociados a la variabilidad humana, por lo que sería posible utilizar este tipo de marcadores para numerosas aplicaciones biomecánicas.

[EN] Although video-photogrammetry is the gold standard for human movement analysis, its complexity and high cost arouse interest in simpler and cheaper alternatives. One of them is videoanalysis, which allows analyzing movements in a plane. An alternative that allows the study of movements in 3D is the uaugmented reality markers (AR markers), widely used in the field of robotics. These systems allow to analyze, in real time and with a single video camera, the position and orientation of objects with sufficient precision for use in many biomechanical applications. This article analyzes the accuracy of ArUco markers in the measurement of angles and displacements, comparing the movements measured with the system with two precision techniques: encoders of linear and angular displacements and a standar equipment of videophotogrammetry . The results show that markers can measure displacements with errors lower than those associated with human variability, so it would be possible to use this type of markers in a wide variety of biomechanical applications.