動(dòng)作運(yùn)動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，18618101725（微信同），QQ：736597338 ,信箱slby800@163.com
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典型應(yīng)用簡(jiǎn)介：
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二、神經(jīng)科學(xué)與運(yùn)動(dòng)控制
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1.2.1步態(tài)分析的技術(shù)分類
目前主流的步態(tài)分析技術(shù)主要有以下幾種：基于計(jì)算機(jī)視覺的人體步態(tài)捕捉與分析、基于慣性傳感器的人體步態(tài)捕捉與分析、基于無(wú)線信號(hào)的人體步態(tài)捕捉與分析。基于計(jì)算機(jī)視覺的人體步態(tài)捕捉又分為基于紅外攝像頭、基于2D攝像頭、基于3D深度攝像頭等多種。上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)路線還有基于機(jī)械式的步態(tài)捕捉。其他的技術(shù)路線還有基于電磁式的步態(tài)捕捉。
1.2.1.1基于紅外攝像頭的光學(xué)步態(tài)捕捉
計(jì)算機(jī)的上位機(jī)軟件經(jīng)過(guò)一系列的算法識(shí)別還原出人體的步態(tài)。
目前市面上生產(chǎn)紅外攝像頭的光學(xué)步態(tài)捕捉的公司有英國(guó)的Vicon公司、美國(guó)NaturalPoint公司、美國(guó)MotionAnalysis公司、中國(guó)的青瞳視覺公司等。NaturalPoint公司生產(chǎn)的Optitrack系統(tǒng)如圖1-5所示。
1.2.1.2基于3D深度攝像頭的動(dòng)作捕捉
隨著3D深度相機(jī)技術(shù)的成熟，有許多研究者開始研究基于深度相機(jī)的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)[5][6]。3D深度攝像頭與2D攝像頭的區(qū)別在于，除了能夠獲取平面圖像外還可以獲得深度信息。3D深度技術(shù)目前廣泛應(yīng)用在人體步態(tài)識(shí)別、三維重建、SLAM等領(lǐng)域。目前主流的3D深度攝像頭的技術(shù)路線有：（1）雙目立體視覺；（2）飛行時(shí)間（Timeoffly，TOF）；（3）結(jié)構(gòu)光技術(shù)等。
雙目立體視覺即使用兩個(gè)2D平面攝像頭。兩個(gè)平面攝像頭獲得兩幅圖像，通過(guò)兩幅圖像算出深度信息。飛行時(shí)間即由雷達(dá)芯片發(fā)射出紅外激光散點(diǎn)，照射到物體后反射回雷達(dá)芯片的時(shí)間，由于光速已知，發(fā)射返回時(shí)間已知即可測(cè)量出攝像頭距物體的距離， 。結(jié)構(gòu)光是攝像頭發(fā)出特定的圖案，當(dāng)被攝物體反射回這一圖案時(shí)，深度攝像頭再次接收這一圖案，通過(guò)比較發(fā)射出的圖案和接收的圖案從而測(cè)量出攝像頭距離被攝物體的深度信息。3D深度攝像頭方案對(duì)比如表1-1所示。
1.2.1.3基于2D攝像頭的動(dòng)作捕捉
慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)主要是將慣性傳感器綁定在人身體主要骨骼上，如足、小腿、大腿，實(shí)時(shí)測(cè)量出每段骨骼的旋轉(zhuǎn)，利用正向運(yùn)動(dòng)學(xué)（Forward kinematics，F(xiàn)K）和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)（Inverse kinematics，IK）實(shí)時(shí)推導(dǎo)計(jì)算出整個(gè)人身體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于他是一種無(wú)源的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，不需要借助任何外部信息，即不受外界環(huán)境的干擾。缺點(diǎn)則是由于慣性傳感器普遍存在累計(jì)漂移會(huì)使慣性系統(tǒng)無(wú)法測(cè)量出運(yùn)動(dòng)的位移。其全身穿戴效果如圖1-10所示。
基于MEMS慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的步態(tài)分析有很大的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在由于慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)采用的是MEMS芯片，成本較低，每個(gè)芯片只需要十元左右，整套系統(tǒng)的價(jià)格在幾萬(wàn)元級(jí)別。由于慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)是一種無(wú)源的系統(tǒng)，整套系統(tǒng)的重量在幾千克的范圍內(nèi)，所以便于攜帶，且不需要架設(shè)繁雜的相機(jī)。慣性傳感器只需要開機(jī)后就可以使用，沒有繁雜的校準(zhǔn)、標(biāo)定等操作步驟，所以使用十分便捷。慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)不受使用環(huán)境的影響，不管在室內(nèi)、還是室外都可以正常使用。 但是MEMS傳感器的精度相比于光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)來(lái)講，精度較低，但對(duì)于大眾人群已經(jīng)完全滿足其需求。由于MEMS式陀螺儀存在零偏且在動(dòng)態(tài)情況下積分累計(jì)誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生較大的漂移。MEMS加速度計(jì)在不同的狀態(tài)下也存在誤差，特別是在高動(dòng)態(tài)下。磁力計(jì)很容易受到強(qiáng)磁環(huán)境的干擾。但是這一系列的誤差問(wèn)題都可以通過(guò)算法來(lái)補(bǔ)償。MEMS式慣性傳感器補(bǔ)償后的靜態(tài)精度一般可達(dá)到：俯仰角/橫滾角≤0.2°,偏航角≤1°；動(dòng)態(tài)精度：俯仰角/橫滾角≤0.5°, 偏航角≤2°，步態(tài)位移誤差可達(dá)5%。已滿足步態(tài)參數(shù)計(jì)算的精度要求。
機(jī)械式動(dòng)作捕捉依靠穿戴在人身體的機(jī)械裝置來(lái)測(cè)量關(guān)節(jié)角度以及位移。人體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)，從機(jī)械裝置上的角度傳感器可以知道運(yùn)動(dòng)角度，根據(jù)角度和機(jī)械部位的長(zhǎng)度從而計(jì)算出移動(dòng)位移。這一技術(shù)早出現(xiàn)在20世紀(jì)，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的笨重，在步態(tài)分析方面機(jī)械動(dòng)作捕捉早已退出發(fā)展的主流。但利用機(jī)械外骨骼的搬運(yùn)發(fā)展成了主流。其形狀如圖1-12所示。
其他的技術(shù)路線還有基于聲學(xué)式的動(dòng)作捕捉，基于電磁式的動(dòng)作捕捉等。