Sensori low-cost per la riabilitazione

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1 Sensori low-cost per la riabilitazione Applied Intelligent Systems Laboratory University of Milano N.A. Borghese, M. Pirovano, R. Mainetti P. Lanzi, G. Baud Bovy Trento, 09 Marzo

2 Idea chiave: Sensori Low Cost di facile reperibilità + Free Software = Piattaforma per At home rehabilitation LowCost Trento, 09 Marzo

3 Riabilitare a casa: Sessioni più intensive e più frequenti Adattamento della riabilitazione allo stato del paziente Ambiente accogliente Stop a lunghi trasferimenti Risparmio economico Trento, 09 Marzo

4 Progetti realizzati in questo ambito: DuckNeglect FitRehab: REWIRE: Trento, 09 Marzo

5 Patologia: Neglect DuckNeglect: Hardware utilizzato: PS3 Eye-Cam (640 x 480 x 75Hz) FreeSoftware: SFML(simple & fast multimedia lib), opencv -Non intrusivo ( hands free ) - Semplicità di interazione - Output numerico(accuratezza, tempo di reazione, cinematica) Trento, 09 Marzo

6 Caratteristiche di DuckNeglect: Guida al posizionamento del paziente e calibrazione Scenari differenti Musica Feed-back audio spazializzato e video Randomizzazione controllata di target e scenari Trento, 09 Marzo

7 Sottrazione del Background: Valutazione Modello BackGround è un problema per la diffusione a casa Kinect Sogliatura per Pixel Individuazione punti salienti Sagoma Sensibiltà alle variazioni luminose Trento, 09 Marzo

8 FitRehab: Trento, 09 Marzo

9 FitRehab: Patologia: Emiparesi Arti Superiori Hardware utilizzato: Accelerometri, Giroscopi FreeSoftware: Ogre3D, OpenAL Trento, 09 Marzo

10 FitRehab: Giochi coinvolgenti Necessità di stretta supervisione da parte dell ospedale Fase di calibrazione è critica Tracking robusto Occorre indossare una maglietta Trento, 09 Marzo

11 The REWIRE project s consortium Timetable: October 2011 October 2014 Total cost: Project Identifier: FP7-ICT EC funding: Web site: Instrument: STREP

12 Progetto REWIRE - Data mining Comunità di Pazienti Prescrizione Esercizi e controllo dei progressi Paradigma Mani Libere: Kinect Balance board Lifestyle evaluation

13 Focus sul software libero e gratuito Panda 3D C++ core Python scripts Trento, 09 Marzo

14 Software 3D Blender Modellazione Animazione Texturing Etc Trento, 09 Marzo

15 Tool aggiuntivi Gimp Manipolazione di immagini Linux multi media studio Sintetizzazione di musica Trento, 09 Marzo

16 Astrazione dell input Layer di astrazione Emulazione dei device Trento, 09 Marzo

17 Astrazione dell input Per ora supportiamo: Mouse e tastiera Microsoft Kinect PS3 Cam Wii Balance Board Novint Falcon (Haptics) Phantom Omni (Haptics) Trento, 09 Marzo

18 Wii Balance Board Massimo peso nominale: 150 kg Massimo peso sostenibile: 300 kg Quattro sensori di pressione agli angoli (16-bit) risoluzione: circa 0.5 grammi Costo: 80 Top Left Top Right Bottom Left Bottom Right Trento, 09 Marzo

19 Software Libreria Wiiyourself Fornisce i dati dei 4 sensori in kg Trento, 09 Marzo

20 Stima del baricentro Immagina creata usando la balance board come una tavoletta grafica! Trento, 09 Marzo

21 La board è troppo spessa! Wii Balance Board Spessore: 5.5 cm Larghezza: 30 cm Lunghezza: 50 cm Prototipo di Balance Board Spessore: 3.5 cm Larghezza: 30 cm Lunghezza: 70 cm Trento, 09 Marzo

22 Come misurare la pressione? Utilizzo di 'pressure mat', più accurati e meno spessi. Utilizzo di sensori di pressione sotto le suole + permettono il movimento per la stanza - sono costosi! Stima utilizzando lo scheletro dato da kinect (da investigare) Trento, 09 Marzo

23 Microsoft Kinect RGB stream: 640x FPS Depth stream: 320x FPS Array di quattro microfoni Servomotore Costo: 120 Trento, 09 Marzo

24 Software Usiamo Microsoft Kinect SDK (non Open ) Natural User Interface API Produce i dati dello scheletro di due giocatori 20 punti nello spazio 3D Trento, 09 Marzo

25 Rotazioni dei giunti Abbiamo sviluppato una libreria per la stima delle rotazioni dei giunti un giunto = un nodo Rappresentazione delle rotazioni con quaternioni Stimate da tre punti dello scheletro No gimbal lock Problema: Grado di libertà aggiuntivo Azzeriamo il rollio Trento, 09 Marzo

26 Rotazioni dei giunti Avatar 3D con struttura scheletrica uguale allo scheletro di kinect Risultato: l'avatar mima i movimenti del giocatore! Trento, 09 Marzo

27 Sottrazione di sfondo Utilizzo delle librerie Open NI Calibrazione effettuata su forme semplici I dati nominali non permettono un allineamento tra RGB e depth stream calibrazione un allineamento più robusto è ottenuto Trento, 09 Marzo

28 Device aptici I device aptici forniscono un feedback di forza Molto utile per creare giochi innovativi! Ma anche per fornire un feedback al paziente disturbi (dual task) aiuti (light touch) Trento, 09 Marzo

29 Soluzione completa: Combinazione Microsoft KINECT RGB stream Depth stream Scheletro 3D X-Y projection Y Nintendo Wii Balance Board Distribuzione del peso X-Z baricentro X Z Trento, 09 Marzo

30 Gentile mapping I giochi sono costruiti tenendo conto della tassonomia di Gentile [ Gentile] Trento, 09 Marzo

31 Esempio: Fruit Catcher 3D Giocabile con: Kinect Balance board Tastiera PS3Cam (2D) Trento, 09 Marzo

32 Esempio: Animal Feeder Giocabile con: Interfacce aptiche Mouse Kinect Trento, 09 Marzo

33 Player view Quale è la visuale migliore per un gioco di riabilitazione motoria? Terza persona Mirror Prima persona Trento, 09 Marzo

34 Terza persona [2010 Kurillo], [2007 Yee] Trento, 09 Marzo

35 Mirror [2005 Rend], [2005 Brooks], [2004 Weiss] Trento, 09 Marzo

36 Prima persona [ Ma], [2003 Hoffman] Trento, 09 Marzo

37 La nostra scelta La visuale in terza persona sembra essere la più flessibile, adatta a molte esigenze Possiamo avere una visuale diversa per ogni esercizio, in base ad esigenze particolari In ogni caso, faremo dei test con le tre visuali Un semplice meccanismo di 'view switching' è già nel prototipo attuale Trento, 09 Marzo

38 The end! Grazie per l'attenzione! Ci sono domande? contatti: Trento, 09 Marzo

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