With the advancement in computing and robotics, it is necessary to develop fluent and intuitive methods for interacting with digital systems, augmented/virtual reality (AR/VR) interfaces, and physical robotic systems. Hand motion recognition is widely used to enable these interactions. Hand configuration classification and MCP joint angle detection is important for a comprehensive reconstruction of hand motion. sEMG and other technologies have been used for the detection of hand motions. Forearm ultrasound images provide a musculoskeletal visualization that can be used to understand hand motion. Recent work has shown that these ultrasound images can be classified using machine learning to estimate discrete hand configurations. Estimating both hand configuration and MCP joint angles based on forearm ultrasound has not been addressed in the literature. In this paper, we propose a CNN based deep learning pipeline for predicting the MCP joint angles. The results for the hand configuration classification were compared by using different machine learning algorithms. SVC with different kernels, MLP, and the proposed CNN have been used to classify the ultrasound images into 11 hand configurations based on activities of daily living. Forearm ultrasound images were acquired from 6 subjects instructed to move their hands according to predefined hand configurations. Motion capture data was acquired to get the finger angles corresponding to the hand movements at different speeds. Average classification accuracy of 82.7% for the proposed CNN and over 80% for SVC for different kernels was observed on a subset of the dataset. An average RMSE of 7.35 degrees was obtained between the predicted and the true MCP joint angles. A low latency (6.25 - 9.1 Hz) pipeline has been proposed for estimating both MCP joint angles and hand configuration aimed at real-time control of human-machine interfaces.


翻译:随着计算机和机器人的进步,有必要开发流畅和直觉的方法,用于与数字系统、增强/虚拟现实(AR/VR)接口和物理机器人系统进行互动。 手动识别被广泛用来进行这些互动。 手动配置分类和 MCP 联合角度检测对于全面重建手动运动非常重要。 已经使用了 SEMG 和其他技术来检测手动。 预earm超声波图像提供了可以用来理解手动的肌肉骨骼视觉化。 最近的工作表明,这些超声波图像可以通过机器学习来对离散的手动配置、 增强/虚拟现实(AR/VR) 界面界面和物理机器人系统界面界面进行分类。 文献中没有提及手动配置和 MCP 联合角度检测对于全面重建手动很重要。 手动配置的结果是通过使用不同的机器学习算法来比较的。 SVC 使用不同的电离子内核电流、 MLP 和拟议的CNN 将超声波速度图像从超速直径直径直径( 6) 直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径直径解到直径直径直径直径直径直径直径直径移动。 的图的图,在连续直径直径直径直图图图图图图上图图上,在连续图上,在连续图图图图图图图中,在10次图上,在连续图上移动图上移动图图图图图图图图上,在图上移动图上移动图图图上移动到图图图图图图上,在图上,在图上移动到手部图图图图图图图图上,在图图上,在图上,在图上图上到手图图上,在图上,在图上图上图上图上,在图上,在图上,在图图上,在图上图上,在手图图图图上,在图上,在图上,在图上,在图上,在手图上,在手图上,在手图上,在手图上,在图上,在图上,在图上,在图上,在图上,在图上,在图上,在图上

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