騎行動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng)，18618101725（微信同），QQ：736597338 ,信箱slby800@163.com
美國motionmonitorTM 一站式動(dòng)作實(shí)時(shí)捕捉與多源數(shù)據(jù)完全實(shí)時(shí)同步分析系統(tǒng)
美國MotionMonitor是套一站式交鑰匙3D運(yùn)動(dòng)捕捉系與分析統(tǒng)，旨在集成各種硬件，包括但不限于運(yùn)動(dòng)跟蹤器、EMG（肌電圖）、測(cè)力臺(tái)、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，同時(shí)完全實(shí)時(shí)同步采集、分析多源數(shù)據(jù)。
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●一套交鑰匙3D動(dòng)作與運(yùn)動(dòng)捕捉、分析系統(tǒng)，平臺(tái)旨在分析各種動(dòng)作與運(yùn)動(dòng)的所有方面
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●集各家之長為我所用：支持并提供廣泛市面上幾乎所有動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)硬件
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●能夠?qū)⒛难芯哭D(zhuǎn)化為您自己的臨床、教學(xué)、人體工程學(xué)或運(yùn)動(dòng)應(yīng)用
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●全套、完整的多多尺度的生物力學(xué)研究和康復(fù)軟件
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●根據(jù)需求一站式靈活選配，滿足各種運(yùn)動(dòng)與動(dòng)作捕捉、監(jiān)測(cè)、分析
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●提供更加化、系統(tǒng)化的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作捕獲分析數(shù)據(jù)（包括骨骼、肌肉、血管、神經(jīng)以及外部刺激等）
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●完整的一站式交鑰匙3D動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng)：集成所有市面主流動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)硬件之長，系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)深挖、分析、整合。
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●支持從廣泛的硬件（所有市面主流動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)硬件）進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。
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●使用測(cè)力臺(tái)、手傳感器、EMG、眼動(dòng)追蹤、視頻、EEG、虛擬現(xiàn)實(shí)、觸覺和模擬數(shù)據(jù)同步采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化采集和分析。
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●通過原始或處理數(shù)據(jù)的圖形顯示提供即時(shí)回放。
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●無需編程工作——從設(shè)置到數(shù)據(jù)收集再到分析，操作可以通過單選按鈕和下拉菜單完成。
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●提供跨各種硬件系統(tǒng)的通用軟件平臺(tái)，可取各家之長、更高性價(jià)比。
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●廣泛的功能和能力的多樣性，支持各種應(yīng)用程序。
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●市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)采集、分析和可視化系統(tǒng)可測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作的所有方面。
基礎(chǔ)硬件：motionmonitor可集成各種捕捉硬件的系統(tǒng)裝置及完全同步采集分析多源數(shù)據(jù)的軟件
支持各種捕捉技術(shù)：確保技術(shù)性價(jià)比
支持各種外圍設(shè)備：實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作捕捉分析所有方面
一站交鑰匙式服務(wù)：避免處理多個(gè)供應(yīng)商的麻煩，MotionMmonitor支持團(tuán)隊(duì)一鍵式呼叫將解決硬件和軟件相關(guān)問題：
典型應(yīng)用簡(jiǎn)介：
MotionMonitor在涉及人體運(yùn)動(dòng)研究的廣泛應(yīng)用中提供實(shí)時(shí)解決方案。旨在分析人體運(yùn)動(dòng)的所有方面，從可能影響人體運(yùn)動(dòng)的外部刺激開始；響應(yīng)該模擬的大腦活動(dòng)的測(cè)量和可視化；然后測(cè)量和分析影響運(yùn)動(dòng)所需的肌肉募集；報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng) 學(xué)和由此產(chǎn)生的聯(lián)合力。刺激以各種格式進(jìn)行監(jiān)控，從一維目標(biāo)到在WorldViz和Unity中創(chuàng)建的3D沉浸式虛擬。視覺刺激呈現(xiàn)在簡(jiǎn)單的平面屏幕、頭戴式顯示器、立體投影屏幕和的Bertec沉浸式穹頂上。大腦活動(dòng)從 3 個(gè)不同的 EEG 系 統(tǒng)同步捕獲，提供輕松識(shí)別事件和關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的能力。所有的 EMG 系統(tǒng)都對(duì)肌肉募集進(jìn)行了物理測(cè)量。此外，可以使用具有用戶定義的優(yōu)化程序的集成肌肉模型對(duì)單個(gè)肌肉活動(dòng)進(jìn)行建模。反向動(dòng)力學(xué)來自 10 個(gè)不同的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)和所有的測(cè)力臺(tái)生產(chǎn)商收集的數(shù)據(jù)。 軟件在用于捕獲數(shù)據(jù)的技術(shù)的廣度和它所包含的分析深度方面。
1、生物力學(xué)與生命科學(xué)
二、神經(jīng)科學(xué)與運(yùn)動(dòng)控制
三、康復(fù)與人體工程學(xué)：
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(hào)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。
計(jì)算機(jī)的上位機(jī)軟件經(jīng)過一系列的算法識(shí)別還原出人體的步態(tài)。
表1-1 3D深度攝像頭方案對(duì)比
以上三種方案的3D深度攝像頭方案大部分用在娛樂級(jí)別方面，比如臉部識(shí)別解鎖、人機(jī)互動(dòng)，且由于其探測(cè)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(duì)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(shì)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(shí)別如圖1-8所示。
1.2.1.3基于2D攝像頭的動(dòng)作捕捉
利用2D攝像頭實(shí)現(xiàn)3D運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(cè)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(dòng)分析，且輸出精度低。基于2D攝像頭的動(dòng)作捕捉目前可以捕捉人體局部的運(yùn)動(dòng)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(cè)上存在著偏差，任何一點(diǎn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)都會(huì)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(dòng)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(duì)大眾化的應(yīng)用是一個(gè)不錯(cuò)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。
1.2.1.4基于MEMS慣性傳感器的慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)
基于MEMS慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括虛擬現(xiàn)實(shí)[7]、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練[8]、生物醫(yī)學(xué)工程[9]和康復(fù)[10][11]。因?yàn)樗鼈凅w積小、重量輕、價(jià)格合理[12][13][14]。
慣性傳感器主要包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)。其中加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)多采用MEMS形式，所以稱之為MEMS慣性傳感器。三軸加速度計(jì)可以測(cè)量載體的三個(gè)軸向上的加速度，是一矢量，通過加速度我們也可以計(jì)算出載體靜止時(shí)的傾角。三軸陀螺儀可以測(cè)量出載體的三個(gè)軸向上角速度，通過對(duì)角速度積分我們可以得到角度， 。三軸磁力計(jì)可以測(cè)量出周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度及與地球磁場(chǎng)的夾角。通過融合加速度、角速度、磁力值的數(shù)據(jù)我們可以精準(zhǔn)的得到載體的旋轉(zhuǎn)。融合后的數(shù)據(jù)一般用四元數(shù)或歐拉角來表示。其中四元數(shù)形式如 ，歐拉角包含俯仰角（Pitch）、橫滾角（Roll）、偏航角（Yaw）。得到載體的旋轉(zhuǎn)后再擬合各個(gè)骨骼的運(yùn)動(dòng)，從而計(jì)算出穿戴部位的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。通過對(duì)加速度、角速度的積分可以測(cè)量出穿戴者的步速、步距、步長等參數(shù)。上的MEMS慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)公司國外有荷蘭Xsens、國內(nèi)的北京孚心科技公司等。綜述其原理如圖1-11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)格在幾萬元級(jí)別。由于慣性動(dòng)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(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(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。