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高速摄像在人体运动三维跟踪中的应用

内容来源:高速相机 2017-04-17 17:13:00

将高速摄像系统用于人体运动三维跟踪中可以真实地再现运动员的动作和运动轨迹,输出任意时刻运动员各环节的位移、速度、角速度等运动数据,便于进行量化分析,结合人体生理学、物理学原理,研究改进的方法,使人体运动观察摆脱纯粹的依靠经验的状态,进入理论化、数字化的时代。

基于光电测量的人体运动三维跟踪属于非接触式测量,具有对人体不施加额外载荷、不干扰肢体动作、在接近实际的工作条件测量等优点。对人体运动信息的检测和处理是以人体运动作为研究对象的。精确测量和分析人体各部分在运动过程中的位移、速度、加速度、相互作用力及肌电信号,并对其进行处理和分析。

(1)体育训练目前正处在从经验走向科学的过渡阶段,对人体运动的认识也正由粗略走向精密,如何获得准确、及时、多方面的运动参数并利用这些参数是提高运动员成绩的重要手段;

(2)在康复领域中,为了评价残疾、诊断疾病和鉴定康复器械的效果,客观而有效的方法就是进行人体运动三维仿真与分析系统步态分析和人体其它部位的功能评定; 

如图1所示为运动康复模拟实验。科天健在该项目中,采用六~八台高速相机组成的三~四组双目摄影测量仪,捕获和跟踪被测人员身上多个标志点的三维坐标。该双目摄影测量仪可以自动分析这些标志点的三维坐标,计算多个关节位移、加速度、姿态,并结合相关传感器获得肌肉、关节的应力、肌电信息,客观而有效的进行人体各个部位的功能评定。

 

图1:运动康复模拟实验

(3)在航天、航空和航海等科学技术领域中,需要研究在特殊环境F(加速、振动、低气压、高噪声等)人体功能改变和损伤的情况,并讨论如何通过改善环境和锻炼身体来提高人的适应能力;

(4)在劳动保护和交通事故的分析中,为了合理设计保护装置与保护系统,就需要了解受伤的力学过程以及人体组织和器官对于冲击力和加速度的承受能力。另外,在人体工程学研究、模拟训练、人体动画制作等领域,人体运动二维仿真与分析同样人有可为。

以上说明,高速摄像系统在人体运动三维跟踪中的有很多可以应用的层面。可以预计,随着技术本身的发展和相关应用领域技术水平的提高,本研究将会得到越来越广泛的应用。

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