基于摄像系统的上肢日常活动中的运动分析

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本文以立体视觉测量原理为基础,利用普通DV摄像机为基本测量工具,建立三维测量系统,并利用Aril Dynamics公司出品的APAS获得原始数据,在刚体假设基础上,建立了简化的上肢运动模型,并给出了一套计算分析方法。在所建立的模型和方法基础上,利用原始测量数据对人体上肢在日常活动中的运动特性展开研究。 文中首先论述了摄像系统进行人体运动信息检测的原理、方法及相关的摄像机标定、数字图像的采集及数据平滑、多机同步等问题进行了全面的论述。 以逆向运动学理论为基础,文中论述了利用标志点求解环节及关节运动的方法。在求解环节运动矩阵时考虑了由于皮肤及软组织变形等引起的标记点间的相互移动,将求解问题转化为最小方差问题,并采用矩阵的奇异值分解法进行求解,该算法具有较好的稳定性。关节的转动角度采用了欧拉角表述。文中将标志点分为环节和关节标志点分别用来确定环节运动及关节中心。并提出静态参考测量的措施,避免关节周围较大的皮肤变形对测量数据的影响。 根据上肢运动模型,利用Visual C++及Matlab混合编程方法实现了上肢运动分析算法,并解决了APAS系统产生的原始数据读入的接口问题。 最后,本文利用摄像系统及编制的程序对日常生活中的上肢活动进行了测量。并对日常活动进行了总结归纳,得到八项基本动作作为研究的对象。实验表明,摄像系统的精度可以满足日常活动的研究,并是一种方便快捷的测量方法。
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