高速红外光点运动捕捉系统在线视频

同学们好

这一节我们给大家介绍一下

高速红外光点运动捕捉系统

在20世纪六七十年开始

高速红外光点运动捕捉系统

应用于运动检测之中

摄像头通过自动识别红外光反射标志点

来获得运动光学参数

较常见的高速红外光点运动

捕捉系统品牌有

qualisysmotion analysis

以及vicon等

高速红外运动捕捉系统的优点

是拍摄频率高

一般红外光点运动捕捉系统的采集频率

都可达到200HZ以上

还能省却人工进行逐帧

逐点解析的繁重工作

从而避免人工判断测量点

所产生的人为误差

并可以对测试结果快速反馈

下面以QUALISYS

高速红外光点运动捕捉系统为例

给大家介绍一下

红外光点运动捕捉系统的硬件构成

基本原理测试流程

QUALISYS是由

MCU（Motion Capture Unit）

反光标志点（以下简称mark点）

计算机及相关软件

其基本的工作原理为

红外光由

MCU的红外发光二极管发射

将mark点置于红外环境中

镜头将捕捉由mark点

反射的红外光线

并计算mark点在空间的位置

Mark点的表面

是一种特殊的反光材料

如果有一束光向mark点射去

其反射光中相当大的部分

将沿着入射的方向反射回来

MCU集红外光线发射图像获取

图像处理和数据传输为一体

是该系统的核心部分

一个MCU

可以获取mark点的二维坐标

两个以上的MCU获取的二维坐标

经过合成就可以得到mark点的

三维坐标数据

QUALISYS可以配置多台MCU

依次串联就可以进行同步测量

红外光点运动捕捉系统测试之前的

准备工作比较重要

检查反光标志点是否充足

仪器是否完整完好

并在此基础上连接好仪器

并检查仪器运行正常

红外光点运动捕捉系统的测试过程

包含三大部分

一是贴mark点部分二是坐标标定部分

三是实验动作部分

一 贴mark点

Mark点只能粘贴在人体表面

而运动生物力学的数据计算

都采用关节转动中心点

这就需要根据表面点

来计算出关节中心点的位置

要根据表面点计算出关节中心点

对Mark点的粘贴就有一定的位置要求

这样得粘贴方案

我们将之称为贴点模型

Mark点的位置和数量决定了

数据的正确与否

在QUALISYS系统里面提供了

全身mark点的贴点方案

可根据对指标的需求

选择不同的人体贴点模型

比如对下蹲跳动作进行测试

如果只对下肢运动学感兴趣

则可只选用

下肢人体模型贴点方案进行测试

人体模型贴点方案中的mark点

一般包含两种类型

一是静态标定mark点

二是动态mark点

其中静态标定mark点

只在静态标定时

进行数据采集

在进行动作测试时则可以摘掉

以防止影响受试者的动作自然性

而摘掉的mark点的坐标位置

可以在后期模型计算时

通过其他的动态mark点的

坐标位置追踪计算得到

而动态mark点则无论是在静态标定时

还是在动作测试时都必须全程固定好

如果在测试过程中

由于动作剧烈幅度过大

而造成mark点脱离身体

这种情况下则必须按照之前的

人体模型贴点方案

重新把全部的mark点贴上

在进行静态标定后继续进行测试

Motion Analysis System

提供了两套人体贴点模型

分别是Helen Hayes人体贴点模型

和Cleveland Clinic人体贴点模型

两套人体贴点方案

也同时分别有上肢模型和下肢模型

第二个 我们来看一下

红外光点系统得坐标标定

QUALISYS高速红外光点运动

捕捉系统的标定部分包含L形标定杆

和T形标定杆

由一名实验人员将L形标定杆的长轴

沿X正方向交叉点在原点位置放置后

手拿T形标定杆在测量空间内挥动

让T型标定杆在测量空间内都均匀分布

获取较好的标定结果

实验部分

第一步先对受试者进行静态标定

采集人体贴点模型的mark点的位置

受试者的标准姿势为双腿分开与肩同宽

双手掌心向下侧平举

双眼正视前方

第二步摘掉对人体活动产生影响的

静态标定mark点

进行正式的测试

高速红外光点运动捕捉系统

还可以与其他测量仪器进行连接

之后进行同步采集

在实验设计中

我们往往不仅需要

通过高速红外光点运动捕捉系统

获取受试者的运动学数据

为了能够反映人体在特定动作下

更全面的数据信息

会选择通过

高速红外光点运动捕捉系统

与三维测力台表面肌电惯性传感器

等设备进行同步采集

目前市场上大部分的设备

都有与红外高速捕捉系统

进行同步的接口

如三维测力台的AMTI厂家

和Kistler厂家

无线表面肌电的Noraxon厂家

和Delsys厂家等

高速红外光点运动捕捉系统

具有省人工数据处理快的优势

但也有一些缺点

首先该测量方法

没有真实运动图像的显示

采集过程容易受到室外光线的干扰

在被试者身上需要贴反光标志点

多运动多少有些干扰

不能用于获取比赛时的技术动作

目前此种方法主要适用于实验室研究

这一节就讲到这

谢谢大家