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tm - Technisches Messen

Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen der Messtechnik

[TM - Technical Measurement: A Platform for Methods, Systems, and Applications of Measurement Technology
]

Editor-in-Chief: Puente León, Fernando / Zagar, Bernhard

12 Issues per year


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2196-7113
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Volume 83, Issue 9 (Sep 2016)

Issues

Erzeugung präziser Referenzdaten für die 3D-Kopfposenschätzung

Creating precise reference data for 3D head pose estimation

Sebastian Vater
  • Corresponding author
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT), Hertzstraße 16, 76187 Karlsruhe Germany
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/ Johannes Pallauf
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT), Hertzstraße 16, 76187 Karlsruhe Germany
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/ Marian Hoffmann
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), BioMotion Center, Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS), Engler-Bunte-Ring 15, 76131 Karlsruhe Germany
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/ Thorsten Stein
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), BioMotion Center, Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS), Engler-Bunte-Ring 15, 76131 Karlsruhe Germany
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/ Fernando Puente León
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT), Hertzstraße 16, 76187 Karlsruhe Germany
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Published Online: 2016-09-13 | DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2015-0104

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird eine Methode zur Erzeugung von Referenzdaten für die 3D-Kopfposenschätzung mit Hilfe eines Vicon MX Motion-Capture-Systems vorgestellt. Im Rahmen der Arbeit wurden jeweils 22 Videos von sechs Probanden mit einer handelsüblichen RGB-Kamera mit einer Frequenz von 30 Bildern pro Sekunde aufgenommen. Die Videosequenzen zeigen Szenarien, welche aus Drehbewegungen des Kopfes um die drei Raumachsen unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen bestehen. Die Videos wurden mit einer Auflösung von 800 × 600 Bildpunkten im RGB24-Format aufgenommen, welche eine weitere Bildverarbeitung zur Detektion charakteristischer Merkmale zulässt. Über die Referenzdaten der Kopfposition hinaus wurden Informationen über die Blickrichtung der Probanden aufgezeichnet, indem die Probanden aufgefordert wurden, Punkte bekannter Koordinaten auf einem Bildschirm zu verfolgen. Dieser Beitrag liefert eine detaillierte Beschreibung des Messaufbaus und der Durchführung. Ziel ist es eine Methode vorzustellen, um aus den 3D-Trajektorien der Marker des Motion-Capture-Systems Referenzdaten für den Zustandsvektor des Kopfes zu bestimmen. Darüber hinaus wird ein mit der vorgestellten Methode erzeugter Datensatz zur Validierung von erscheinungsbasierten Algorithmen zur Kopfposenschäztung bereitgestellt.

Abstract

This article presents a method for creating ground truth data for 3D head pose estimation utilizing a Vicon MX motion capture system. In the context of this work 22 video sequences of six individuals were captured using an off-the-shelf RGB camera with a rate of 30 frames per second. The sequences consist of scenarios that show head rotations with respect to each rotational axis undergoing different lighting conditions. The video data was captured at a resolution of 800 × 600 pixels in the RGB24 format, allowing for further image processing to detect characteristic features. In addition to the provided 3D head pose data, information about the gaze was recorded by requesting the user to follow points displayed on a screen. The article describes the measurement setup as well as the experimental procedure in detail. The goal is to show how the 3D trajectories of the markers of the motion capture system can be transformed into reference data for the state vector of the head. Furthermore, a dataset created with the proposed method is provided that allows a validation of appearance-based head pose estimation algorithms.

Schlagwörter: Referenzdatenbestimmung; Erscheinungsbasierte 3D-Kopfposenschatzung; Motion-Capture-System

Keywords: Ground truth data; appearance-based head pose estimation; motion capture system

About the article

Sebastian Vater

Sebastian Vater hat am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Maschinenbau studiert und ist seit Abschluss des Studiums als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Industrielle Informationstechnik tätig. Hauptarbeitsgebiete: Bildverarbeitung, Mensch-Maschine-Interaktion, Objektverfolgung und Signalverarbeitung.

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT), Hertzstraße 16, 76187 Karlsruhe, Tel.: +49-721-608-44518

Johannes Pallauf

Johannes Pallauf hat an der Technischen Universität München (TUM) Elektro- und Informationstechnik studiert und ist seit Abschluss des Studiums als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Industrielle Informationstechnik tätig. Hauptarbeitsgebiete: Informationsfusion, Multi-Objekt-Filterung, Bildverarbeitung und Messtechnik.

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT), Hertzstraße 16, 76187 Karlsruhe, Tel.: +49-721-608-44622

Marian Hoffmann

Marian Hoffmann hat am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Fächer Sportwissenschaft, Mathematik und Physik für das Lehramt an Gymnasien studiert und ist seit Abschluss des Studiums als wissenschaftlicher Mitarbeiter am BioMotion Center des Instituts für Sport und Sportwissenschaft (IfSS) tätig. Hauptarbeitsgebiete: Diagnose und Optimierung sportlicher Leistung, Biomechanik menschlicher Bewegungen.

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), BioMotion Center, Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS), Engler-Bunte-Ring 15, 76131 Karlsruhe, Tel.: +49-721-608-47485

Thorsten Stein

Thorsten Stein leitet das BioMotion Center am Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Hauptarbeitsgebiete: Motorische Kontrolle und motorisches Lernen, Biomechanik menschlicher Bewegungen, Diagnose und Optimierung sportlicher Leistung.

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), BioMotion Center, Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS), Engler-Bunte-Ring 15, 76131 Karlsruhe, Tel.: +49-721-608-46654

Fernando Puente León

Fernando Puente León leitet das Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Hauptarbeitsgebiete: Mess- und Automatisierungstechnik, Signalverarbeitung, automatische Sichtprüfung und Bildverarbeitung, Mustererkennung und Informationsfusion.

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT), Hertzstraße 16, 76187 Karlsruhe, Tel.: +49-721-608-44521


Revised: 2016-07-06

Accepted: 2016-07-10

Received: 2015-11-12

Published Online: 2016-09-13

Published in Print: 2016-09-28


Citation Information: tm - Technisches Messen, ISSN (Online) 2196-7113, ISSN (Print) 0171-8096, DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2015-0104.

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