人體運(yùn)動多數(shù)據(jù)源同步采集，18618101725（微信同），QQ：736597338 ,信箱slby800@163.com
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各種捕捉相機(jī)、位置跟蹤器、EMG（肌電圖）、測力臺、儀器式跑步機(jī)、儀器式樓梯、手傳感器、EEG腦電圖、定量腦電圖(quantitative EEG,qEEG)系統(tǒng)、數(shù)字視頻、事件標(biāo)記和其他模擬設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺設(shè)備等等。
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典型應(yīng)用簡介：
1、生物力學(xué)與生命科學(xué)
三、康復(fù)與人體工程學(xué)：
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、基于無線信號的人體步態(tài)捕捉與分析?；谟?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
紅外攝像頭一般采用RJ45接口，通過網(wǎng)線連接匯聚到交換機(jī)，再由交換機(jī)統(tǒng)一將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī)。
目前市面上生產(chǎn)紅外攝像頭的光學(xué)步態(tài)捕捉的公司有英國的Vicon公司、美國NaturalPoint公司、美國MotionAnalysis公司、中國的青瞳視覺公司等。NaturalPoint公司生產(chǎn)的Optitrack系統(tǒng)如圖1-5所示。
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。
表1-1 3D深度攝像頭方案對比
利用結(jié)構(gòu)光方案的產(chǎn)品有微軟公司推出的Kinect，其廣泛的應(yīng)用在體感交互、人體骨架識別、步態(tài)分析等領(lǐng)域。
以上三種方案的3D深度攝像頭方案大部分用在娛樂級別方面，比如臉部識別解鎖、人機(jī)互動，且由于其探測距離較近，很難用在大空間上。目前基于3D深度攝像頭的芯片在不斷地研究改進(jìn)中。其硬件芯片仍是目前的難點(diǎn)，再其次是算法的復(fù)雜度，大量的圖像計(jì)算對硬件的主控芯片的計(jì)算能力有較高的要求，在功耗上很難做到低功耗的工作，受制于目前的電池技術(shù)，單個(gè)傳感器的工作時(shí)間比較短。其優(yōu)勢在于不需要用戶穿戴任何傳感器和粘貼標(biāo)記點(diǎn)。利用Kinect進(jìn)行人體下肢骨架識別如圖1-8所示。
利用2D攝像頭實(shí)現(xiàn)3D運(yùn)動軌跡的捕捉是目前的技術(shù)研究。2D攝像頭即平面攝像頭，沒有深度信息。目前基于2D攝像頭的動作捕捉主要采用卷積神經(jīng)網(wǎng)路（CNN）將稀疏的2D人體姿態(tài)凸顯檢測的原理。但是此種捕捉方案需要長時(shí)間的運(yùn)算，并不適合實(shí)時(shí)的運(yùn)動分析，且輸出精度低?；?D攝像頭的動作捕捉目前可以捕捉人體局部的運(yùn)動姿態(tài)，且捕捉之間需要采集大量的數(shù)據(jù)樣本作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。2D攝像頭在深度信息的預(yù)測上存在著偏差，任何一點(diǎn)錯誤的數(shù)據(jù)都會導(dǎo)致很大的偏差，穩(wěn)定性*差。的挑戰(zhàn)在于攝像頭的遮擋以及快速的運(yùn)動都是2D攝像頭很難追蹤到的。其優(yōu)點(diǎn)在于不需要任何的穿戴，且所需要的2D攝像頭觸手可得，成本*低，這對大眾化的應(yīng)用是一個(gè)不錯的選擇。利用2D平面攝像頭的姿態(tài)捕捉應(yīng)用如圖1-9所示。
慣性動作捕捉系統(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)測量出每段骨骼的旋轉(zhuǎn)，利用正向運(yùn)動學(xué)（Forward kinematics，F(xiàn)K）和反向運(yùn)動學(xué)（Inverse kinematics，IK）實(shí)時(shí)推導(dǎo)計(jì)算出整個(gè)人身體的運(yùn)動參數(shù)。慣性動作捕捉系統(tǒng)的優(yōu)勢在于他是一種無源的動作捕捉系統(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)漂移會使慣性系統(tǒng)無法測量出運(yùn)動的位移。其全身穿戴效果如圖1-10所示。
基于MEMS慣性傳感器的動作捕捉系統(tǒng)的步態(tài)分析有很大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在由于慣性動作捕捉系統(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)格在幾萬元級別。由于慣性動作捕捉系統(tǒng)是一種無源的系統(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)動作捕捉系統(tǒng)來講，精度較低，但對于大眾人群已經(jīng)完全滿足其需求。由于MEMS式陀螺儀存在零偏且在動態(tài)情況下積分累計(jì)誤差會隨著時(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題都可以通過算法來補(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。
1.2.1.5其他技術(shù)路線
機(jī)械式動作捕捉依靠穿戴在人身體的機(jī)械裝置來測量關(guān)節(jié)角度以及位移。人體運(yùn)動帶動機(jī)械裝置的運(yùn)動，從機(jī)械裝置上的角度傳感器可以知道運(yùn)動角度，根據(jù)角度和機(jī)械部位的長度從而計(jì)算出移動位移。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)式的動作捕捉，基于電磁式的動作捕捉等。