高速红外运动捕捉系统测试方案的建立

论文摘要

目前,在使用高速红外运动捕捉系统分析时,由于标志点贴在体表而不是关节中心,所以高速红外运动捕捉分析系统的研究结果无法与传统的影像分析系统的研究进行横向对比;也无法使用人体模型惯性参数算出人体的重心;算出的关节角仅有一个自由度,不能满足三维运动分析的需要。为了解决上述问题,本论文分为了三个部分。1.本文建立了规范的高速红外运动捕捉系统的测试方案。包括:标志点设置选取原理、环节坐标系的建立以及人体模型的选取。2.编写了一套适用于高速红外运动捕捉系统数据处理的软件,主要功能包括运动学参数的和统计学参数的处理。运动学参数的计算功能包括坐标系转换、三维关节角度的计算、关节中心和人体重心的计算。统计学参数的计算功能包括计算平均曲线、置信区间、复相关系数以及变异系数。3.通过对比图像解析与高速红外运动捕捉系统的结果,发现两者结果相似性很强,验证了本文提出的测试方案的合理性,同时说明了编写的数据处理软件可以有效的实现其功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究现状
• 1.2 研究目的
• 2 文献综述
• 2.1 影像测量分析系统
• 2.1.1 运动学数据采集方法的发展
• 2.1.2 高速红外运动捕捉系统介绍
• 2.1.2.1 高速红外运动捕捉系统发展趋势
• 2.1.2.2 高速红外运动捕捉系统的精度
• 2.1.2.3 高速红外运动捕捉系统的标定
• 2.1.2.4 高速红外运动捕捉系统的三维重构
• 2.2 标志点设置方案介绍
• 2.2.1 标志点的分类
• 2.2.1.1 按标志点附着位置分类
• 2.2.1.2 按标志点的功能分类
• 2.2.1.2 按标志点的处理过程分类
• 2.2.2 标志点的设置原则
• 2.2.3 常见的标志点设置方法及其坐标系的建立
• 2.2.3.1 Helen Hayes 标志点设置方法
• 2.2.3.2 改进的H elen Hayes 标志点设置方法
• 2.2.3.3 三点组（triad）标志点设置方法
• 2.2.3.4 群点（point cluster technique）标志点设置方法
• 2.2.3.5 几种标志点设置方法的比较
• 2.3 三维关节角度的计算
• 2.3.1 欧拉角/卡尔丹角
• 2.3.2 关节坐标系（JCS）
• 3 红外光点运动捕捉系统的规范化测试方案
• 3.1 标志点设置与环节坐标系的建立
• 3.1.1 骨盆环节（下躯干环节）
• 3.1.2 大腿环节
• 3.1.3 小腿环节
• 3.1.4 足环节
• 3.1.5 头环节
• 3.1.6 上躯干、中躯干环节
• 3.1.7 上臂环节
• 3.1.8 前臂环节
• 3.2 人体模型的选取
• 3.2.1 人体模型的选取标准
• 3.2.1.1 环节划分
• 3.2.1.2 抽样群体
• 3.2.1.3 转动惯量
• 3.2.2 选用合适的的人体模型
• 4 运动分析软件功能介绍
• 4.1 文件菜单
• 4.1.1 数据文件格式
• 4.1.2 文件菜单功能
• 4.2 运动学参数
• 4.2.1 坐标系转换
• 4.2.1.1 坐标系转换原理
• 4.2.1.2 坐标系转换功能介绍
• 4.2.2 三维关节角度的计算
• 4.2.2.1 三维关节角度计算功能介绍
• 4.2.2.2 使用关节角度坐标系方法计算的结果
• 4.2.2.2 使用关节角度坐标系方法的原因
• 4.2.3 关节中心与人体重心的计算
• 4.3 统计学参数
• 4.3.1 统计学指标介绍
• 4.3.2 使用统计指标应注意的问题
• 4.3.3 统计学参数计算功能介绍
• 5 影像解析与高速红外运动捕捉系统的数据的横向对比
• 5.1 研究方法
• 5.1.1 实验设计
• 5.1.2 实验仪器
• 5.1.3 标志点设置方案
• 5.1.4 实验过程
• 5.1.5 数据处理
• 5.1.5.1 数据处理步骤
• 5.1.5.2 数据处理指标
• 5.1.5.2.1 置信区间带（90%）
• 5.1.5.2.2 复相关系数
• 5.1.5.2.3 评价误差的大小
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 评价多次影像解析的相似度
• 5.2.2 体表点计算出的关节点与影像解析的关节点的横向比较
• 5.3 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果