專利名稱：一種可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種捕捉裝置及其使用方法，特別是涉及一種能將運(yùn)動(dòng)體的三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)記錄下來(lái)，可用于步態(tài)分析及運(yùn)動(dòng)捕捉的可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)是一種用于準(zhǔn)確測(cè)量、跟蹤、記錄運(yùn)動(dòng)物體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)狀況的設(shè)備。它基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)分析處理運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，得到不同時(shí)間計(jì)量單位上物體的空間坐標(biāo)(X，Y，Z)。這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以在計(jì)算機(jī)上生成三維動(dòng)畫圖像，可以廣泛應(yīng)用于3D游戲制作、電影特效、動(dòng)漫制作、體育訓(xùn)練等各個(gè)領(lǐng)域。在公知的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中，在對(duì)象上設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)這些測(cè)量點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)捕捉對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。目前大都采用光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和高速拍照攝像機(jī)陣列組成的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉需對(duì)光進(jìn)行反射標(biāo)記，借助多個(gè)不同位置的相機(jī)拍攝記錄對(duì)象運(yùn)動(dòng)，借助軟件識(shí)別拍攝視頻中的標(biāo)記，然后根據(jù)拍攝相機(jī)的位置確定標(biāo)記對(duì)應(yīng)的空間位置?，F(xiàn)存方法的缺點(diǎn)是成本高昂，需要多臺(tái)攝像機(jī)于不同位置拍攝視頻；得到標(biāo)記點(diǎn)空間坐標(biāo)過(guò)程繁雜，需標(biāo)記測(cè)量點(diǎn)，多方位拍攝視頻錄像，結(jié)合軟件分析錄像確定出各標(biāo)記點(diǎn)的空間坐標(biāo)，且不易識(shí)別各個(gè)標(biāo)記；在標(biāo)記點(diǎn)數(shù)據(jù)采集時(shí)需做到時(shí)間的一致，該方法難解決多攝像機(jī)同步采集的難題。SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻譯為安全數(shù)碼卡,是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理(PDA)和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國(guó)SanDisk公司于1999年8月共同開(kāi)發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2克，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能將運(yùn)動(dòng)體的三維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)記錄下來(lái)，可用于步態(tài)分析及運(yùn)動(dòng)捕捉的可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置及其使用方法。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的一種可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，所述裝置包括有射頻接收裝置、單片機(jī)、陀螺儀、加速度計(jì)和安全數(shù)碼卡，整個(gè)裝置采用電源供電，所述射頻接收裝置、陀螺儀、加速度計(jì)和安全數(shù)碼卡均與所述單片機(jī)電連接。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置安裝在人身體上需要測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)上，人身體上的部位包括但不限于頭部、肩部、胸部、腹部、四肢。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置安裝在人身體上的安裝方式包括但不限于綁扎和裝在人體衣服口袋的安裝方式。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述陀螺儀及加速度計(jì)分別為三軸的陀螺儀和加速度計(jì)。、
一種可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置的使用方法，所述方法包括如下步驟(I).將裝置安裝在人身體上需要測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)上；(2).當(dāng)開(kāi)啟該裝置時(shí)，該裝置處于待機(jī)狀態(tài)，射頻接收裝置一個(gè)無(wú)線信號(hào)接收裝置，射頻接收裝置收到信號(hào)經(jīng)處理電路傳至單片機(jī)處，單片機(jī)收到信號(hào)，判斷若接收到的信號(hào)為啟動(dòng)信號(hào)，則設(shè)備開(kāi)始工作，此時(shí)陀螺儀和加速度計(jì)便開(kāi)始采集標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，此處使用的陀螺儀及加速度計(jì)都為三軸的，所記錄的數(shù)據(jù)可直接計(jì)算出標(biāo)記點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)，陀螺儀和加速度計(jì)將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理，傳給單片機(jī)，單片機(jī)再將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安全數(shù)碼卡中；(3).在測(cè)試者完成運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)，用一外設(shè)的射頻發(fā)射器將人體上的所有裝置關(guān)閉，此時(shí)取出裝置中的安全數(shù)碼卡，將數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析處理。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明提供的可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置及其使用方法具 有以下優(yōu)點(diǎn)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用陀螺儀及加速度計(jì)來(lái)捕捉運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可直接獲得空間運(yùn)動(dòng)參數(shù)，省去繁瑣的計(jì)算過(guò)程；無(wú)需多臺(tái)不同方位的攝像機(jī)錄像。從而大幅降低運(yùn)動(dòng)捕捉成本；使用光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉其標(biāo)記分辨需人工進(jìn)行。


圖I是本發(fā)明提供的裝置安裝在人體上的示意圖。圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖I是本發(fā)明提供的裝置安裝在人體上的示意圖。如圖I所示本發(fā)明提供的可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置100安裝在人身體上需要測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)上，人身體上的部位包括但不限于頭部、肩部、胸部、腹部、四肢。圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的原理框圖，本發(fā)明包括一種可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，所述裝置包括有射頻接收裝置I、單片機(jī)2、陀螺儀3、加速度計(jì)6和安全數(shù)碼卡5，整個(gè)裝置采用電源4供電，所述射頻接收裝置I、陀螺儀3、加速度計(jì)6和安全數(shù)碼卡5均與所述單片機(jī)2電連接。所述可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置安裝在人身體上的安裝方式包括但不限于綁扎和裝在人體衣服口袋的安裝方式。陀螺儀3及加速度計(jì)6分別為三軸的陀螺儀和加速度計(jì)。一種可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置的使用方法，所述方法包括如下步驟(I).將裝置安裝在人身體上需要測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)上；(2).當(dāng)開(kāi)啟該裝置時(shí)，該裝置處于待機(jī)狀態(tài)，射頻接收裝置I 一個(gè)無(wú)線信號(hào)接收裝置，射頻接收裝置I收到信號(hào)經(jīng)處理電路傳至單片機(jī)2處，單片機(jī)2收到信號(hào)，判斷若接收到的信號(hào)為啟動(dòng)信號(hào)，則設(shè)備開(kāi)始工作，此時(shí)陀螺儀3和加速度計(jì)6便開(kāi)始采集標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，此處使用的陀螺儀3及加速度計(jì)6都為三軸的，所記錄的數(shù)據(jù)可直接計(jì)算出標(biāo)記點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)，陀螺儀3和加速度計(jì)6將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理，傳給單片機(jī)2，單片機(jī)2再將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安全數(shù)碼卡5中；(3).在測(cè)試者完成運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)，用一外設(shè)的射頻發(fā)射器將人體上的所有裝置關(guān)閉，此時(shí)取出裝置中的安全數(shù)碼卡5，將數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析處理。本發(fā)明它是由慣性測(cè)量系統(tǒng)、系統(tǒng)電路、調(diào)理電路和單片機(jī)組成，其基本組成模塊如圖I。其中還包括陀螺儀電路、加速度計(jì)電路、SD卡電路、電源電路、系統(tǒng)電路等，另外還包含一個(gè)和主機(jī)通訊的部分。該系統(tǒng)可直接束縛在人體相應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)，即可完成對(duì)整個(gè)人體相關(guān)部位的運(yùn)動(dòng)捕捉?！皯T性運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)”就是像飛行器中采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)一樣，在運(yùn)動(dòng)捕捉過(guò)程中引入陀螺儀和加速度計(jì)等慣性測(cè)量?jī)x器為數(shù)據(jù)測(cè)量單元，可直接測(cè)得標(biāo)記點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)這些信息即可得出該點(diǎn)在空間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并配合相關(guān)軟件，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)和生物力學(xué)的相關(guān)理論分析步態(tài)，了解人體的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用陀螺儀及加速度計(jì)來(lái)捕捉運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可直接獲得空間運(yùn)動(dòng)參數(shù)，省去繁瑣的計(jì)算過(guò)程；無(wú)需多臺(tái)不同方位的攝像機(jī)錄像。從而大幅降低運(yùn)動(dòng)捕捉成本；使用光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉其標(biāo)記分辨需人工進(jìn)行。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，其特征在于所述裝置包括有射頻接收裝置(I)、單片機(jī)(2)、陀螺儀(3)、加速度計(jì)(6)和安全數(shù)碼卡(5)，整個(gè)裝置采用電源(4)供電，所述射頻接收裝置(I)、陀螺儀(3)、加速度計(jì)(6)和安全數(shù)碼卡(5)均與所述單片機(jī)(2)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，其特征在于所述可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置安裝在人身體上需要測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)上，人身體上的部位包括但不限于頭部、肩部、胸部、腹部、四肢。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，其特征在于所述可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置安裝在人身體上的安裝方式包括但不限于綁扎和裝在人體衣服ロ袋的安裝方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，其特征在于所述陀螺儀(3)及加速度計(jì)(6)分別為三軸的陀螺儀和加速度計(jì)。
5.一種權(quán)利要求1-4所述裝置的使用方法，其特征在于所述方法包括如下步驟 (O·將裝置安裝在人身體上需要測(cè)試人體運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)上； (2).當(dāng)開(kāi)啟該裝置時(shí)，該裝置處于待機(jī)狀態(tài)，射頻接收裝置(I)一個(gè)無(wú)線信號(hào)接收裝置，射頻接收裝置(I)收到信號(hào)經(jīng)處理電路傳至單片機(jī)(2)處，單片機(jī)(2)收到信號(hào)，判斷若接收到的信號(hào)為啟動(dòng)信號(hào)，則設(shè)備開(kāi)始工作，此時(shí)陀螺儀(3)和加速度計(jì)(6)便開(kāi)始采集標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，此處使用的陀螺儀(3)及加速度計(jì)(6)都為三軸的，所記錄的數(shù)據(jù)可直接計(jì)算出標(biāo)記點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)，陀螺儀(3)和加速度計(jì)(6)將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理，傳給單片機(jī)(2 )，單片機(jī)(2 )再將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安全數(shù)碼卡(5 )中； (3).在測(cè)試者完成運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)，用一外設(shè)的射頻發(fā)射器將人體上的所有裝置關(guān)閉，此時(shí)取出裝置中的安全數(shù)碼卡(5)，將數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可攜式運(yùn)動(dòng)捕捉裝置，用于運(yùn)動(dòng)捕捉。該設(shè)備為克服現(xiàn)有設(shè)備不能隨身攜帶且測(cè)試過(guò)程復(fù)雜等不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種可以攜帶的運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備，該發(fā)明包括陀螺儀、加速度計(jì)、SD卡、及射頻發(fā)射裝置、單片機(jī)和電源。通過(guò)將多個(gè)該設(shè)備束縛在測(cè)試者身上，通過(guò)射頻發(fā)射裝置控制設(shè)備的開(kāi)啟，做到多個(gè)檢測(cè)裝置啟動(dòng)時(shí)間是一致，陀螺儀及加速度計(jì)將運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)的角度及運(yùn)動(dòng)加速度測(cè)量下來(lái)，通過(guò)單片機(jī)將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存入SD卡中，測(cè)試完成時(shí)可將數(shù)據(jù)取出，用于分析實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明使得運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)試更為方便，方便隨身攜帶。
文檔編號(hào)G01C19/00GK102706336SQ20121014901
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者唐剛, 宓為建, 王冬梅, 王成燾, 石小平, 萇道方, 魏高峰 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)