基于慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)工作原理

基于慣性傳感器的人體動(dòng)作分析與識(shí)別是模式識(shí)別的一個(gè)新興領(lǐng)域，克服了傳統(tǒng)基于視頻的動(dòng)作識(shí)別的諸多缺點(diǎn)和限制，具有更高的可操作性和實(shí)用性。通過(guò)固定在人體特定部位的慣性傳感器采集人體的動(dòng)作信息，通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳到PC 機(jī)，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取和選擇、動(dòng)作分類。這些慣性傳感器內(nèi)部包括一個(gè)三軸加速度計(jì)、一個(gè)三軸磁力計(jì)、一個(gè)三軸陀螺儀，將三者集成在一起作為單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線通信組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，形成運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，捕獲人體運(yùn)動(dòng)信息。

人體模型：根據(jù)人的生理結(jié)構(gòu)將肢體看成剛體，每段剛體直接由關(guān)節(jié)相連，從而將人體抽象化為一個(gè)連接型剛體系統(tǒng)，本系統(tǒng)模型將人體分為14個(gè)環(huán)節(jié)。

關(guān)節(jié)和姿態(tài)角的人體運(yùn)動(dòng)分析：

要想采集人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并對(duì)運(yùn)動(dòng)展開(kāi)相關(guān)研究，需了解人體結(jié)構(gòu)，人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是由骨骼和附著其上的肌肉組成，其實(shí)質(zhì)是肢體繞關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。人體關(guān)節(jié)在人體運(yùn)動(dòng)中起著樞紐作用，可分為不動(dòng)關(guān)節(jié)、動(dòng)關(guān)節(jié)和半動(dòng)關(guān)節(jié)，在人體運(yùn)動(dòng)中所涉及的關(guān)節(jié)是指動(dòng)關(guān)節(jié)。人體中絕大多數(shù)關(guān)節(jié)是動(dòng)關(guān)節(jié)，如腕、肘、肩、頸、背、臀、膝和踝關(guān)節(jié)；

傳感器姿態(tài)角是通過(guò)傳感器自身坐標(biāo)系和相對(duì)于東北天坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)表示的：

航向角Yaw：定義為傳感器芯片繞Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，在空間上是指芯片縱軸方向在水平面上的投影與地球子午線（即經(jīng)度線）之間的夾角，即載體坐標(biāo)系Y(b)軸在東北天坐標(biāo)系水平面的投影與東北天坐標(biāo)系中的Y(n)的夾角。從地理北極方向?yàn)殚_(kāi)始順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎?，范圍是[0°-360°]。

俯仰角Pitch：定義為傳感器芯片繞X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，在空間上是指芯片的縱軸Y(b)

軸與地理水平面之間的夾角，即載體縱軸Y(b)與其在東北天坐標(biāo)系水平面上的投影之間的夾角。芯片抬頭向上為正，向下為負(fù)，范圍[-90°-90°]。

滾轉(zhuǎn)角Roll：定義為傳感器芯片繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，在空間上是指芯片的橫軸X(b)與水平面之間的夾角，即芯片橫軸X(b)與其在東北天坐標(biāo)系水平面上的投影的夾角。芯片右面抬起為正，左面抬起為負(fù)，定義范圍為[-180°-180°]。