三维运动采集与分析系统
Qualisys三维运动采集与分析系统
Qualisys三维运动采集与分析系统由数台数字运动捕捉摄像机、分析软件、获取单元、校准设备、标记球和设备固定装置组成,可与测力台、肌电等外设进行同步测试。
Qualisys三维运动采集与分析系统可选择超高速红外摄像机,拍摄速度可达10000Hz,能精确捕捉高速运动物体的轨迹,并进行相关技术参数分析。软件包含QTM数据管理软件,支持Visual 3D软件分析功能,可以提供:数据输出、模型建立、运动轨迹、步态分析及结果报告打印。该系统在人体运动科学研究、康复医疗、体育教育和运动训练等多个领域得到广泛应用。
系统特点:
镜头采样频率可达10000Hz,既可用红外采集人体或物体的运动轨迹,也可采集视频影像(独有特点)。
红外高速镜头具有红外采集和高速视频采集双重功能,根据实际情况可设定镜头功能(独有特点)。
镜头内置显示器,128 X64 高对比度 OLED, 可独立显示镜头标号、标记数量、标记密度及标记质量等信息(独有特点)。
无线红外镜头与监控电脑工作台可进行数据的无线传输,距离约30-50米,无需数据线连接(独有特点)。
专业亚像素CMOS高科技技术。
支持实时的数据采集和传输。
支持无限多的镜头连接。
镜头之间连接采用串联方式,不需要转接器。
同一镜头既支持被动标记物采集,也支持主动标记物采集,可用于室内和室外测试(独有特点)。
标定系统体积小,便于携带,标定方法简便快捷。
系统采集运动的动力学参数、EMG波形和测力台数据到QTM软件,同步呈现。
可调整镜头光圈和焦距,镜头无风扇静音设计。
QTM是Qualisys的系统操作软件,是在Windows基础上开发的运动采集软件,可以使用户简单方便的实现2D和3D动作捕捉。与Oqus镜头一起,QTM准确实现用户2D、3D和6DOF实时数据浏览。
中英文操作软件
采集原始数据,最真实地反映情况。
采集系统的接口建立在一个特有的开放的软件平台之上,使用者可以根据要求来进行自定义,加入所需要的功能,并可运行现在流行的各种脚本语言来自行编写脚本,例如C++, Delphi, Visual Basic和Java等。
可提供实时的二维和三维预览。
拥有自动识别反光标贴功能,软件能就反光标贴的形状、大小和数量进行识别,提高识别的精确度。 大大减少工作人员的工作量。
可连接普通视频摄像机、高速视频摄像机、测力台及表面肌电等采集系统。可将二维,三维以及录像同步播放,更加直观清晰。而且模拟数据可以被调看和划分到另一个Windows系统, 也可以输出到另一个软件来做分析。
可以通过TCP/IP协议实时的输出采集数据到另外一台电脑上。
可输出成不同的数据格式,如TSV、C3D、Matlab,并可直接输出到多种应用软件上使用,如Matlab,Visual3D等。
支持视频影像覆盖功能,将视频影像与棍图或散点图在同一界面呈现。
可任意连接台式或手提电脑,并在Windows 98SE, 2000 Professional 或 XP professional、Vista等操作系统上运行。
该软件可以安装在不限量的计算机上,无需加密狗,因此使用者可以在多个计算机上进行数据的分类和定义。
基于三维动态捕捉系统的运动护腕防护性能研究
2013年第4期 科技博览
基于三维动态捕捉系统的运动护腕 防护性能研究 吴旭波,谢 红,王燕珍,汪世奎,曹蕊超 (上海工程技术大学,上海201620) 摘 要:文章通过三维动态捕捉系统,模拟球撞击人体过程,获取人体及球的三维空间坐标数据,通 过牛顿第二定律以及动量守恒定律,从生物力学角度出发,初步探索了三款不同弹性的护腕对人体的防 护性能。 关键词:三维动态捕捉;护腕;防护性能 中图分类号:TSlO6.5 7 文献标识码:A 文章编号:1009—3028(2013)04—0054—03 手腕是人体活动最频繁的关节之一,也是在 运动过程中较易受伤的关节之一,正是因为手腕 的频繁活动以及易受伤等特性,人们在运动过程 中都会通过佩戴护腕来保护手腕。现阶段市场上 有各种品牌的护腕在售卖,但是在护腕的商品介 绍中只有关于材料成分以及符合GB 184o1 ̄国家 纺织产品基本安全技术规范》标准的介绍,而对于 护腕实际的防护性能的参数并没有介绍,而实际 上在目前对护腕以及护具等研究中,也只是从面 料的性能角度来进行研究,从生物力学角度出发 研究护具防护性能的还较少。本文通过三维动态 捕捉系统,以球撞击人体为例,从生物力学角度初 步研究护腕对人体的防护性能。 1 实验部分 1.1实验护腕 通过对比市场所售的护腕面料及款式,挑选 三种相同厚度不同弹性的护腕作为本次实验的研 究对象,1号实验护腕是现在市场上最常见的棉 质护腕,2号实验护腕为国内某品牌生产的弹性 护腕,3号实验护腕为美国某知名护具品牌生产 的缠绕式护腕,在实验之前对于三款护腕的基本 参数进行了测量(见表1)。 从表1中可以看出,三款护腕中只有2号护 收稿日期:2013-05一】7 作者简介:吴旭波(1989~),女,浙江杭州人,硕士研究生。 ・ 54 ・ 表1 三款护腕的基本参数
腕中加入了弹性纤维氨纶,因此这款护腕的弹性 回复率明显优于其余两款护腕,而另外两款护腕 的弹性回复率几乎相同。 1.2实验对象 因为护腕对人体的防护性能并不因人体身材 尺寸的变化而变化,因此,本实验选取一名中等身 材男子来模拟球撞击人体实验,男子身高175 cm,体重65 kg。 1.3实验设备 本实验选取NDI三维运动测量系统,此系统 可以通过高速摄像头捕捉人体运动,并通过标记 在人体上的发光点来测得人体关节在运动过程中 的运动轨迹,以三维坐标数据形式直接输出到 Excel表进行数据分析。其高速摄像头的精度可 达到0.1 mmRMS,分辨率为0.01 mmRMS,可同 时采集512个mark点以及170个刚体,并且一个 高速摄像头的摄像空间约在26 m。左右,因此完全 可以满足人体进行正常的运动而不受限制,此三维
三围步态分析基本介绍
三围步态分析基本介绍
步态就是人行走的姿态,与人体的解剖结构、生理功能、运动控制能力及心理状态等因素有关。步态可以从一个侧面反映人体的病变特征。步态分析是运动生物力学的重要研究内容,广泛用于人类的疾病诊断和康复效果评价。通过步态分析,可以帮助医生科学地进行病因分析和病情诊断、疗效评定、指导病人行走训练。
1、步态分析的生物力学参数包括运动学参数、动力学参数、肌电活动参数和能量参数。步态周期、步长和步频(步速)是步态的基本运动学参数;常用的动力学参数主要有地面反作用力(地反力)和足底压力分布;肌电活动参数主要为步行过程中下肢各肌肉的电活动,通过表面电极、针电极和线电极等记录步行时有关肌肉的电活动,在临床中多采用表面电极;能量参数包括能量代谢参数和机械能消耗参数。能量代谢参数是指步行中的能量代谢,可以在步态分析过程中同时用气体分析仪测量及分析气体中含氧量的变化,以此来计算步行中的能量消耗量,用以衡量步行效率,但不能查明行走时具体的异常机制;机械能消耗参数可以应用动能、势能及其转换技术来计算在一个步态周期中身体不同部位的能量消耗(产能及耗能),可查明行走异常时耗能高的特定部位和特定时期,有助于研究步态异常机制,选择恰当的治疗方法。
2、步态测试方法步态测试方法分为:定性分析法(目测步态分析法)和定量分析法(仪器分析法)。现在多为定量分析方法,它是借助器械或专门设备来观察行走步态。步态分析系统分为二维(2D)和三维(3D)步态分析系统。目前,国际上比较先进的三维步态分析系统通常包括以下四部分:①-组带有红外线发射源的红外线摄像机,在同一空间但分布在不同位置,以及能够粘贴在待测部位(--般为关节部位)的红外反光标记点,可以用来测量人体运动时的空间位置变化。②测力台,用以测量行走时地面反作用力的变化。③肌电遥测系统,用以观察动态肌电图。④计算机及其外围设备,可调控以上三组装置同步运行并对观察结果进行分析处理。这种三维步态分析系统可以提供时空参数、运动学参数、动力学参数、肌电活动参数、能量参数以及图形,有利于进行深入细致的研究,做出全面的评价。
采用三维运动分析的步态康复训练实验装置
采用三维运动分析的步态康复训练实验装置
马骏;张敏敏;龚晨晓;叶斌浩;黄敏;胡良冈
【摘 要】为量化分析和评定肢体伤残患者康复训练后的康复程度,研究开发出一种基于三维MEMS加速度传感器的步态康复训练分析系统.通过单片机控制并由三维MEMS传感器采集患者行走时的加速度信号,将信号通过RF无线传输至计算机内,由计算机程序处理分析患者的步态信号,从而量化分析患者的康复程度,并储存患者的步态运动信息以供医生定期分析,作为今后康复治疗的依据.通过实验证明了使用加速度传感器代替传统影像学检测步态状况的可行性,相比于传统的基于影像学的步态分析系统,采用MEMS加速度传感器的步态分析系统大大减小了系统的体积和复杂性,使患者使用更加方便,便于推广应用.
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2015(034)012
【总页数】4页(P88-90,94)
【关键词】三维步态分析;微电机系统;加速度传感器
【作 者】马骏;张敏敏;龚晨晓;叶斌浩;黄敏;胡良冈
【作者单位】温州医科大学信息与工程学院,浙江温州325035;温州医科大学信息与工程学院,浙江温州325035;温州医科大学信息与工程学院,浙江温州325035;温州医科大学信息与工程学院,浙江温州325035;温州医科大学信息与工程学院,浙江温州325035;温州医科大学基础医学院,浙江温州325035
【正文语种】中 文 【中图分类】R218.4
步态分析是生物力学中的一个特殊的分支,是对人体行走时的肢体关节运动进行运动学观察和动力学分析,提供一系列时间、几何及力学参数和曲线。因为其能够客观定量地评定患者的步态状况,近年来随着科学技术的发展这一技术在国内外的矫形外科及康复医疗的应用变得越来越普遍[1-3]。但是传统的步态分析方法由于基于影像学分析,设备成本高、体积大,有一定的局限性。近年来随着微电机系统的成熟,使用基于加速度传感器的步态分析系统进行步态分析成为了可能。本文即是通过使用微电机加速度传感器设计并实现一个步态信号采集装置,并将装置采集到的信号通过使用C#便携的上位机程序对接收到的信号进行分析、储存和显示,从而实现一个基于加速度传感器的三维步态分析系统。
人体骨骼模型的三维重建与运动分析
人体骨骼模型的三维重建与运动分析
人体骨骼模型的三维重建与运动分析是一项重要的研究领域,它涉及到医学、生物力学、计算机视觉等多个学科的交叉。通过对人体骨骼模型的三维重建和运动分析,我们可以更好地了解人体骨骼系统的结构和功能,为医学诊断、康复治疗、运动训练等领域提供有价值的信息和指导。
一、人体骨骼模型的三维重建
人体骨骼模型的三维重建是指通过从图像或视频中提取关键点或轮廓线并进行计算机处理,将人体表面形状转化为三维空间中的骨骼模型。这个过程需要利用计算机视觉算法和图像处理技术,包括特征提取、目标检测、姿态估计等步骤。
在特征提取方面,常用的方法包括兴趣点检测、边缘检测、纹理分析等。通过在图像中提取出人体的特征点或边缘,可以建立起人体的轮廓,进而进行骨骼模型的建立。
在目标检测方面,常用的方法有基于模板匹配的方法、基于深度学习的方法等。通过使用这些目标检测方法,可以在图像中准确地找到人体的位置和姿态。
在姿态估计方面,目前广泛应用的是基于图像结构的方法和基于统计学的方法。前者通过建立人体姿态与图像结构之间的映射关系,来估计人体的姿态;后者则通过对训练集进行统计学建模,来估计出最可能的姿态。
通过上述方法,我们可以将人体的表面形状转化为三维空间中的骨骼模型,并获得人体的姿态信息。
二、人体骨骼模型的运动分析
在完成人体骨骼模型的三维重建后,我们可以进行对人体运动的分析。运动分析主要涉及骨骼模型的动力学分析和运动轨迹的重建。
动力学分析是指通过分析人体骨骼模型,在特定运动下的力学特性和力的作用方式。这需要对骨骼模型进行物理建模,包括关节、骨头、肌肉等的建模,以及施加力的模拟。通过分析骨骼模型在运动中受到的力的变化和分布,可以了解人体关节的受力情况,进而为运动训练和康复治疗提供指导。
运动轨迹的重建是指根据人体骨骼模型的姿态信息,通过对时间序列上的姿态数据进行插值和计算,得到人体运动的轨迹。这个过程需要考虑到人体运动的平滑性和连续性,以及可能存在的运动噪声。通过重建运动轨迹,我们可以分析人体运动的速度、加速度和路径等信息,从而进一步研究运动的特征和规律。
基于MIAS3D系统的驾驶动作三维运动参数测量
基于 As3D系统的驾驶动作三维运动参数测量 ・理论探索・
郭学梅l 刘阳2何醇2 陈兵旗 (1.新乡学院 河南新乡453003;2.中国农业大学工学院 北京 100083)
酌 鼹要 箍蓑 雩墨 喜釜 毒主 凳 芸 运动 的检测跟踪及三维数据重建等操作准确地获得了驾驶员驾驶动作的轨迹和相关参数
,为研艽和分析写牧贝研竹研耻徙饫夏 档。
关键词:三雏运动测量 双目视觉 摄像机标定 中图分类号:TP2 7 4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 7—9 4 1 6(2 01 0)0 9一。1 一。
1引言
三维人体运动测量在智能监控、虚拟 现实、体育训练分析、动画制作、医学治疗
n】等领域有着广泛的应用。传统的测量方
法有基于电动机械和基于电磁等物理方 法,此类方法具有硬件设备复杂、测量精度
低、不便操作、难以维护等缺点。近年来,随
着计算机和图像处理技术的发展,开发了
基于双目立体视觉的人体三维运动测量技 术。该技术具有非接触、测量精度高、设备
简单等特点。双目立体视觉的基本原理是 从两个摄像机在不同视角获取同一场景的
图像,通过图像处理分析两幅图像中目标
点的对应关系,从而得到物体的三维信息, 近似于人类视觉系统的立体感知过程 ]。王
勤海、帅伟等【 ]采用双目测量系统对跨栏运
动员跨栏时的支撑、腾空时间、位移速度、
后蹬角、腾空角、身体重心轨迹、起跨腿速
度、角速度、摆动腿速度等参数进行测量,
用于分析跨栏技术。刘潘等E4]使用三维运动
分析系统,分析拇指分别与食指、中指、环
指、小指的对指过程,梗I量腕掌关节的轴向
旋转角度,为临床拇指腕掌关节融合时旋 转角度的确定及腕掌关节炎的诊疗及康复
提供参数。 目前,国外有多款成熟的三维运动测
量分析系统,但国外系统有造价贵、服务困
难、操作不便(英语界面)等缺点。北京现代
富博科技有限公司开发的MIAS3D系统是 我国少有的拥有自主知识产权的三维运动
Vicon动作捕捉系统操作手册
Vicon动作捕捉系统
操作手册
Vicon动作捕捉系统 操作手册
2目录
目录..........................................2
1.1 仪器简介...................................................................................................................3 1.2 仪器主要部件............................................................................................................4 1.2.1 硬件设施.................................................................................................................4 1.2.2硬件的连接..............................................................................................................6 2.1摄像机设置和采集区域选择.....................................................................................9 2.2标定...........................................................................................................................17 2.2.1定位MX cameras ,使用“Aim MX cameras”选项..........................................17 2.2.2 标定MX cameras ,使用“Calibrate MX cameras”选项.................................19 2.2.3 设定拍摄区域的原点...........................................................................................23 2.3 数据采集..................................................................................................................25 2.3.1 粘贴标志点及形态学测量...................................................................................25 2.3.1.1 两套方案优缺点比较......................................................................................26 2.3.1.2 注意事项............................................................................................................26 2.3.1.3 操作步骤............................................................................................................26 2.3.2 动作采集.........................................................................................................31 2.3.2.1 建立新的database............................................................................................31 2.3.2.2 建立静态模型....................................................................................................34 2.3.2.3 采集实验动作....................................................................................................41 3.1 数据的处理.............................................................................................................43 3.2 数据的输出.............................................................................................................50 3.2.1 查看处理后的数据.............................................................................................50 3.2.2 输出处理后的数据.............................................................................................51 Vicon动作捕捉系统 操作手册
几种运动生物力学分析系统的研究
第25卷第2期 V0I.25 No.2 长春师范学院学报(自然科学版) J( ̄ml Cha ̄hun Nomml University(Natural Scieme) 2O06年4月 Apr.2O06
几种运动生物力学分析系统的研究
李旭天
(1.广西师范大学体育学院,广西桂林541004;2.新疆石河子大学体育学院,新疆石河子832003)
【摘要]本文通过查阅文献,对国内外常用运动生物力学分析应用系统进行研究。对目前几种运动 图像分析、三维测力台、步态分析等系统进行介绍,并将几种运动图像分析系统进行简单比较,对如
何选用运动生物力学分析系统提供有益的借鉴,同时对目前国内的运动生物力学分析系统的现状做简
单总结。并提出了希望。 【关键词]运动生物力学;运动图像分析;研究 【中图分类号]G804.4 【文献标识码]A 【文章编号]1008—178x(2006)02—0091-04
0前言 运动生物力学是--fl边缘学科,同时又是一种应用学科。运动生物力学分析不仅在人体运动实践中起着
重要作用,是运动员和教练员的有力工具,而且在国防、医学、航天、工业等领域有着广泛的运用。例如在
神舟系列航天飞船里就有依照生物力学原理设计的中国航天员形体假人,为航天员的成功上天取得了重要的
数据,保证了我国神舟载人飞船胜利完成任务,实现国人飞天的梦想。
l国内研究进展 运动生物力学在2o世纪中期逐渐形成了一门独立的学科,近年来发展十分迅速。国内的许多理工、医
学、体育院校独立开设了这门课程,在体育院校中是专业基础课,有些院校还开设了相应的专业,国内一些
学者出版了相应的教材和专著,在该学科上取得一些居国内外先进水平的成果。例如运用“分类赋值处理
Cr图像技术”获得中国人体的惯性参数,取得《中国正常人体惯性参数测定与统计》、《中国成年人质心的
研究》等成果,结束了采用外国人的参数分析中国人运动的历史。此外还在运动图像的采集与分析、运动人
三维数字散斑动态变形测量分析系统技术参数
三维数字散斑动态变形测量分析系统技术参数
1、使用环境:确保设备现场实验测量时设备系统精度稳定和使用可靠;电源:AC 220V±10% 50Hz±2%(可靠接地);工作温度:0℃~40℃;标定/检定温度:20℃±2℃;相对湿度:≤(70±10)%;
★2、测量范围:50毫米到10米的测量幅面,可以根据需求定制测量幅面
★3、测量精度:位移测量精度:0.01pixel;
应变测量范围:0.005%-2000%;
应变测量精度:0.005%(50个微应变);
4、工业相机参数:2台500万/75fps进口工业相机;
5、工业镜头参数:2个25mm进口镜头;
6、高速相机参数:图像采集系统主要参数如下:
★(1)分辨率:1920×1080;
★(2)像元尺寸:≤10um×10um;
★(3)拍摄速度:最大分辨率对应拍摄速度:3000帧/秒,
(4)640×480的分辨率下能达到6600帧,128×128分辨率下能达到25000帧;
(5)感光度:ISO25000;
★(6)具有外同步功能,支持多台摄像机同步拍摄;
(7)可用快门线控制拍摄保存过程,快门线可以延长,实现远距离触发拍摄;
(8)具有电子取景框,可在全景画面中设定局部感兴趣区域;
(9)支持Gamma校正,在弱光成像时,有效提升动态范围,增强图像信号;
(10)像素深度:10bits;
(11)外观尺寸:242mm×120mm×110mm(不包含镜头);
(12)具备外触发模式,最小快门1μs;
★(13)内存容量:16GB, 且可升级到最大2TB;
(14)具备智能帧率、分辨率动态调整功能:在一次拍摄过程中,可以智能实时动态调节分辨率和帧率,适应实验过程的变化。操作界面可以针对自己感兴趣的区域进行捕捉;
(15)抗冲击抗震:80g;
(16)图像获取方式:图像直接记录到相机自带的高速内存,拍摄完毕后,通过数据接口传输到笔记本电脑或台式计算机;
正常青年人三维步态:时空及运动学和运动力学参数分析
正常青年人三维步态:时空及运动学和运动力学参数分析
黄萍;钟慧敏;陈博;齐进;钱念东;邓廉夫
【摘 要】BACKGROUND:Three-dimensional gait analysis is an objective
gait evaluation method which has been more and more widely used in
clinical detection. But there is stil a lack of the unified standard for
evaluating the normal human gait characteristics. OBJECTIVE:To detect the
gait data in normal China young people and to provide the reference for
analyzing the abnormal gait. METHODS:Total y 100 normal China young
adults were enrol ed to test natural gaits using the three-dimensional
motion capture system of the British Vicon to get the spatial and temporal
parameters, kinematics parameters, RESULTS AND CONCLUSION:The
curves of left and right sides (hip, knee, ankle joint angle and vertical
ground reaction) of normal young people distributed basical y consistently.
系泊系统的三维动力学分析及实验研究
系泊系统的三维动力学分析及实验研究
1. 本文概述
在海洋工程领域,系泊系统是确保海洋结构安全稳定运行的关键组成部分。本文旨在全面分析系泊系统的三维动力学行为,并通过实验研究验证理论分析的准确性和适用性。
本文将介绍系泊系统的基本概念和组成,阐述其在海洋平台、船舶和其他海上设施中的重要性。随后,将详细讨论影响系泊系统动力学行为的主要因素,包括环境载荷(如风、浪、流)、系泊缆绳的物理特性以及海底地形等。
进一步地,本文将采用先进的数值模拟方法,建立三维动力学模型,对系泊系统在复杂海洋环境下的响应进行预测。这些模型将考虑非线性效应和多体相互作用,以提高分析结果的精确度。
本文将展示一系列实验研究,旨在通过实际的海洋环境测试和实验室模拟,验证数值模型的有效性。通过对比实验数据和模拟结果,本文将提出改进系泊系统设计和优化操作策略的建议,以提高海洋工程结构的安全性和可靠性。
本文将为海洋工程师和研究人员提供一个关于系泊系统动力学分析的全面视角,并为未来的研究和实践奠定坚实的基础。 2. 系泊系统概述
系泊系统,也称为锚泊系统或泊车系统,是一种广泛应用于海洋工程、港口工程、船舶工程等领域的关键设备。其主要功能是为海上浮动结构,如船舶、浮式生产储存和卸载装置(FPSO)、海上风力发电平台等,提供稳定和安全的泊位。系泊系统通常由锚链、锚链张紧器、锚以及与其相连的结构物组成。
系泊系统的设计和分析涉及到复杂的三维动力学问题。在环境载荷(如风、浪、流)的作用下,浮动结构会产生六自由度(纵荡、横荡、垂荡、纵摇、横摇、艏摇)的运动,而系泊系统需要为这些运动提供足够的阻尼和恢复力,以保持浮动结构的稳定性。系泊系统还需承受由环境载荷和作业载荷引起的动态和静态张力,这要求系泊系统具有足够的强度和可靠性。
在实验研究方面,系泊系统的性能通常通过模型试验和原型试验来评估。模型试验是在缩小的比例模型上进行,主要用于研究系泊系统在各种环境条件下的动态响应和张力分布。原型试验则在实际尺寸的浮动结构和系泊系统上进行,以验证模型试验的结果,并评估系泊系统的长期性能和耐久性。
