大量供應(yīng)完整的三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)
美國(guó)motionmonitorTM 一站式動(dòng)作實(shí)時(shí)捕捉與多源數(shù)據(jù)*實(shí)時(shí)同步分析系統(tǒng)
整合能力強(qiáng),、的實(shí)時(shí)3D運(yùn)動(dòng)捕捉分析系統(tǒng),,可集成各捕捉分析硬件,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步分析,,用于涉及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分析的臨床,、生物力學(xué)、神經(jīng)控制和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
美國(guó)MotionMonitor是套一站式交鑰匙3D運(yùn)動(dòng)捕捉系與分析統(tǒng),,旨在集成各種硬件,,包括但不限于運(yùn)動(dòng)跟蹤器、EMG(),、測(cè)力臺(tái),、儀器式跑步機(jī)、儀器式樓梯,、手傳感器,、EEG腦電圖、定量腦電圖(quantitative EEG,qEEG)系統(tǒng),、數(shù)字視頻,、事件標(biāo)記和其他模擬設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺(jué)設(shè)備,,同時(shí)*實(shí)時(shí)同步采集,、分析多源數(shù)據(jù)。
多源運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),全身體動(dòng)作運(yùn)動(dòng)抓捕分析系統(tǒng),人體動(dòng)作運(yùn)動(dòng)捕獲跟蹤分析系統(tǒng),G4位置跟蹤器同步數(shù)據(jù)采集分析系,自行車動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng),全身動(dòng)作運(yùn)動(dòng)捕捉跟蹤分析系統(tǒng),人體綜合動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng),APDM慣性測(cè)量單元同步數(shù)據(jù)采集分析系,動(dòng)作捕捉多數(shù)據(jù)源同步收集,EMG同步數(shù)據(jù)采集分析系
從豐富分析工具集合中生成的數(shù)據(jù)可立即通過(guò)所有數(shù)據(jù)輸出的圖形顯示進(jìn)行回放,。令人驚嘆的3D計(jì)算機(jī)渲染對(duì)象動(dòng)畫可以被視為骨架,、簡(jiǎn)筆畫或人形。集成使用市場(chǎng)上廣泛硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng),、大腦活動(dòng),、眼球運(yùn)動(dòng)、肌肉募集和作用在身體上的外力實(shí)時(shí)測(cè)量,。
MotionMonitor可以集成和準(zhǔn)確定位市場(chǎng)上運(yùn)動(dòng),、運(yùn)動(dòng)所有主流廠家硬件,數(shù)據(jù)*同步,。確保您選擇的組件協(xié)同工作,,并使用的計(jì)算機(jī)渲染和圖形顯示實(shí)時(shí)呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)輸出包括關(guān)節(jié)力和力矩,,以及從虛擬環(huán)境同步接收的用戶定義變量,,以及所有運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),包括用自上而下或自下而上的逆動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算的聯(lián)合力和矩,。為您*的研究需求提供全面,、系統(tǒng)化、高質(zhì)量的數(shù)據(jù),。
數(shù)據(jù)可在不需要編程的直觀下拉菜單中使用,。用戶可編寫腳本定義額外的數(shù)據(jù)和事件,并與統(tǒng)計(jì)模塊一起擴(kuò)展固有功能,。
使用該系統(tǒng)您可以集成各種硬件,,并實(shí)時(shí)同步動(dòng)作分析所有方面:
·自定義全面解決方案,,以確保您實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)......
確定哪種技術(shù)和配置對(duì)于您的*需求是的
·集成市面上任何動(dòng)作捕捉分析硬件,以利用每種技術(shù)的優(yōu)勢(shì),,確保性比價(jià),。
·避免處理多個(gè)供應(yīng)商的麻煩,MotionMmonitor支持團(tuán)隊(duì)一鍵式呼叫將解決硬件和軟件相關(guān)問(wèn)題,。
·便捷,、強(qiáng)大、的分析:
系統(tǒng)內(nèi)置的下拉菜單,,一鍵式按鈕進(jìn)行全面,、系統(tǒng)化的高質(zhì)量數(shù)據(jù)分析,也可以自定義界面,,創(chuàng)建圖標(biāo)驅(qū)動(dòng)接口,,便于快速和簡(jiǎn)單的設(shè)置,集合和分析過(guò)程,。圖標(biāo)確保以所有運(yùn)算符以一致方式收集數(shù)據(jù),,從而減少了過(guò)程中的錯(cuò)誤引入。
該系統(tǒng)是動(dòng)作運(yùn)動(dòng)捕捉分析業(yè)界集成能力強(qiáng)的平臺(tái),,包含但不僅限于如下品牌:
- 美國(guó)Ascension的 trakSTAR位置跟蹤器
- Polhemus 的 Fastrak位置跟蹤器
- Polhemus 的Polhemus 的Patriot位置跟蹤器
- Polhemus 的Liberty 位置跟蹤器
- Polhemus 的G4位置跟蹤器
- Motion Analysis Corp的Haw動(dòng)作捕捉相機(jī)
- Motion Analysis Corp的Eagle動(dòng)作捕捉相機(jī)
- Motion Analysis Corp的Osprey 動(dòng)作捕捉相機(jī)
- Motion Analysis Corp的Kestrel 動(dòng)作捕捉相機(jī)
- Qualisys 的 Oqus動(dòng)作捕捉相機(jī)
- Qualisys 的 Miqus相機(jī)
- VICON 的 Vero相機(jī)
- VICON 的 Bonita相機(jī)
- VICON 的 Vantage相機(jī)
- VICON 的 T 系列相機(jī)
- VICON 的 MX 相機(jī)
- Natural Point 的 Optitrak Flex 動(dòng)作捕捉相機(jī)
- Natural Point 的 OPrime 動(dòng)作捕捉相機(jī)
- PhaseSpace 的 Impulse 和 Impulse2動(dòng)作捕捉手套,、相機(jī)和捕捉系統(tǒng)
- Phoenix Technologies Incorporated 的 Visualeyez 3D動(dòng)作捕捉系統(tǒng)
- thern Digital 的 Optotrak 3020 和 Certus
- Metria Innovation 的 MPT 莫爾相位跟蹤系統(tǒng)
- Xsens慣性測(cè)量單元
- Delsys慣性測(cè)量單元
- APDM慣性測(cè)量單元
- InterSense慣性測(cè)量單元
- Bertec測(cè)力臺(tái)
- AMTI 測(cè)力臺(tái)
- Kistler 測(cè)力臺(tái)
- Bertec儀表式樓梯
- AMTI 儀表式樓梯
-bertec儀表式跑步機(jī)(提供跑步機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制)
-ATI微型稱重傳感器
-AMTI微型稱重傳感器
-Bertec 微型稱重傳感器
為什么選擇該系統(tǒng)?
-集各家之長(zhǎng)為我所用,,系統(tǒng)化全面的數(shù)據(jù)及分析,、整合
●一套交鑰匙3D動(dòng)作與運(yùn)動(dòng)捕捉、分析系統(tǒng),,平臺(tái)旨在分析各種動(dòng)作與運(yùn)動(dòng)的所有方面
●集各家之長(zhǎng)為我所用:支持并提供廣泛市面上幾乎所有動(dòng)作,、運(yùn)動(dòng)硬件
●能夠?qū)⒛难芯哭D(zhuǎn)化為您自己的臨床、教學(xué),、人體工程學(xué)或運(yùn)動(dòng)應(yīng)用
●全套,、完整的多多尺度的生物力學(xué)研究和康復(fù)軟件
●根據(jù)需求一站式靈活選配,滿足各種運(yùn)動(dòng)與動(dòng)作捕捉,、監(jiān)測(cè),、分析
●提供更加全面化、系統(tǒng)化的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作捕獲分析數(shù)據(jù)(包括骨骼,、肌肉,、血管、神經(jīng)以及外部刺激等)
●完整的一站式交鑰匙3D動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng):集成所有市面主流動(dòng)作,、運(yùn)動(dòng)硬件之長(zhǎng),全面系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)深挖,、分析,、整合。
●支持從廣泛的硬件(所有市面主流動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)硬件)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,。
●使用測(cè)力臺(tái),、手傳感器、EMG,、眼動(dòng)追蹤,、視頻、EEG,、虛擬現(xiàn)實(shí),、觸覺(jué)和模擬數(shù)據(jù)同步采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),簡(jiǎn)化采集和分析,。
●通過(guò)原始或處理數(shù)據(jù)的圖形顯示提供即時(shí)回放,。
●無(wú)需編程工作——從設(shè)置到數(shù)據(jù)收集再到分析,操作可以通過(guò)單選按鈕和下拉菜單完成,。
●提供跨各種硬件系統(tǒng)的通用軟件平臺(tái),,可取各家之長(zhǎng)、更高性價(jià)比,。
●廣泛的功能和能力的多樣性,,支持各種應(yīng)用程序。
●市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)采集,、分析和可視化系統(tǒng)可測(cè)量人體運(yùn)動(dòng),、動(dòng)作的所有方面。
基礎(chǔ)硬件:motionmonitor可集成各種捕捉硬件的系統(tǒng)裝置及*同步采集分析多源數(shù)據(jù)的軟件
據(jù)您的需求量身定制的方案幫助您確定合適的motionmonitor系統(tǒng)配置(臺(tái)式機(jī)或各種便攜式筆記本配置中選擇)
支持各種捕捉技術(shù):確保技術(shù)性價(jià)比
我們幫助您應(yīng)用選擇,、配置和測(cè)試佳運(yùn)動(dòng)學(xué)技術(shù)或技術(shù)混合,、組合。
包括電磁跟蹤器,、莫爾相位跟蹤器,、慣性測(cè)量單元、無(wú)標(biāo)記光學(xué)相機(jī),、主動(dòng)光學(xué)相機(jī),、被動(dòng)光學(xué)捕捉相機(jī)、無(wú)源光學(xué)相機(jī)等等
支持各種外圍設(shè)備:實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)作捕捉分析所有方面
我們幫助您選擇并集成外圍系統(tǒng),,確保實(shí)現(xiàn)您*的目標(biāo),。
各種捕捉相機(jī)、位置跟蹤器,、EMG(),、測(cè)力臺(tái)、儀器式跑步機(jī),、儀器式樓梯,、手傳感器,、EEG腦電圖、定量腦電圖(quantitative EEG,qEEG)系統(tǒng),、數(shù)字視頻,、事件標(biāo)記和其他模擬設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺(jué)設(shè)備等等,。
眼球追蹤和3D凝視,人體運(yùn)動(dòng)合成系統(tǒng),動(dòng)作運(yùn)動(dòng)數(shù)字視頻,運(yùn)動(dòng)動(dòng)作獲取系統(tǒng),脊椎按摩療動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)動(dòng)作數(shù)據(jù)處理軟件,綜合人體運(yùn)動(dòng)捕捉分析系統(tǒng),人身動(dòng)作運(yùn)動(dòng)抓捕分析系統(tǒng),三維動(dòng)作運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng),動(dòng)作捕捉綜合協(xié)同系統(tǒng)
一站交鑰匙式服務(wù):避免處理多個(gè)供應(yīng)商的麻煩,,MotionMmonitor支持團(tuán)隊(duì)一鍵式呼叫將解決硬件和軟件相關(guān)問(wèn)題:
我們進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝和培訓(xùn),旨在專注于您的特定應(yīng)用,,目標(biāo)是收集有意義的數(shù)據(jù),。
自行車動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng),不同動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng)互聯(lián)互通整合,人體運(yùn)動(dòng)多數(shù)據(jù)源整合分析,騎行動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng),位置跟蹤EMG EEG整合系統(tǒng),人身動(dòng)作運(yùn)動(dòng)抓取分析系統(tǒng),三維運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng),肌電儀電腦儀整合系統(tǒng),肌肉建模系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實(shí)測(cè)試分析系統(tǒng)
典型應(yīng)用簡(jiǎn)介:
MotionMonitor在涉及人體運(yùn)動(dòng)研究的廣泛應(yīng)用中提供實(shí)時(shí)解決方案。旨在分析人體運(yùn)動(dòng)的所有方面,,從可能影響人體運(yùn)動(dòng)的外部刺激開始,;響應(yīng)該模擬的大腦活動(dòng)的測(cè)量和可視化;然后測(cè)量和分析影響運(yùn)動(dòng)所需的肌肉募集,;報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng) 學(xué)和由此產(chǎn)生的聯(lián)合力,。刺激以各種格式進(jìn)行監(jiān)控,從一維目標(biāo)到在WorldViz和Unity中創(chuàng)建的3D沉浸式虛擬,。視覺(jué)刺激呈現(xiàn)在簡(jiǎn)單的平面屏幕,、頭戴式顯示器、立體投影屏幕和的Bertec沉浸式穹頂上,。大腦活動(dòng)從 3 個(gè)不同的 EEG 系 統(tǒng)同步捕獲,,提供輕松識(shí)別事件和關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的能力。所有的 EMG 系統(tǒng)都對(duì)肌肉募集進(jìn)行了物理測(cè)量,。此外,,可以使用具有用戶定義的優(yōu)化程序的集成肌肉模型對(duì)單個(gè)肌肉活動(dòng)進(jìn)行建模。反向動(dòng)力學(xué)來(lái)自 10 個(gè)不同的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)和所有的測(cè)力臺(tái)生產(chǎn)商收集的數(shù)據(jù),。 軟件在用于捕獲數(shù)據(jù)的技術(shù)的廣度和它所包含的分析深度方面,。
1、生物力學(xué)與生命科學(xué)
我們的方案裝置支持從骨科到運(yùn)動(dòng)機(jī)能學(xué),、運(yùn)動(dòng)科學(xué),、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、力量與調(diào)節(jié)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的生命科學(xué)研究,。功能包括:
多種可視化方法,,以有效的方式顯示您需要的數(shù)據(jù),包括文本,;條形圖或時(shí)間序列圖,;動(dòng)畫;或 3D 可視化,。
無(wú)需編程即可從下拉菜單中獲取原始和處理過(guò)的數(shù)據(jù),,例如運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué),。用戶定義的公式和腳本允許對(duì)步態(tài)分析、平衡,、伸手和抓握等進(jìn)行特定于應(yīng)用程序的分析。
各種生物力學(xué)建模功能,,包括自定義關(guān)節(jié)中心定義和局部坐標(biāo)系的能力,。支持標(biāo)準(zhǔn)方法,例如國(guó)際生物力學(xué)協(xié)會(huì) (ISB) 的建議和用戶定義的模型,??梢愿櫋⒎治龊涂梢暬?、足和脊柱的各個(gè)骨骼,。
CT-MRI 配準(zhǔn),用于創(chuàng)建具有特定主題骨骼幾何形狀的 3D 渲染,。解剖標(biāo)志可以從掃描中自動(dòng)提取并用于定義生物力學(xué)模型,。
集成肌肉建模,使用用戶定義或?qū)氲?OpenSim 模型,,直接從運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)中可視化和分析肌肉力和力矩,。
支持多種運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù),包括相機(jī),、慣性和電磁傳感器,。多種運(yùn)動(dòng)學(xué)技術(shù)可以組合成一個(gè)實(shí)時(shí)混合運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng),以同時(shí)利用每種技術(shù)的優(yōu)勢(shì),。
二,、神經(jīng)科學(xué)與運(yùn)動(dòng)控制
幫助科學(xué)家解決神經(jīng)系統(tǒng)、感覺(jué)和肌肉骨骼系統(tǒng)以及身體在物理中的運(yùn)動(dòng)之間的功能聯(lián)系問(wèn)題
人體運(yùn)動(dòng)源于神經(jīng),、肌肉和骨骼系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)互動(dòng),。盡管了解運(yùn)動(dòng)神經(jīng)肌肉和肌肉骨骼功能的潛在機(jī)制,但目前還沒(méi)有對(duì)復(fù)合神經(jīng)肌肉骨骼系統(tǒng)中神經(jīng)機(jī)械相互作用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)理解,。這是理解人類運(yùn)動(dòng)的主要挑戰(zhàn),。
為了解決這個(gè)問(wèn)題,MotionMonitor開發(fā)了綜合多尺度建模平臺(tái),,包括肌肉,、骨骼和神經(jīng)模型等等。我們使用的高密度 (HD-EMG) 與盲源分離相結(jié)合,,將干擾 HD-EMG 信號(hào)識(shí)別到由同時(shí)控制許多肌肉纖維的脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元放電的尖峰列車集合中,。我們開發(fā)了由體內(nèi)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元放電驅(qū)動(dòng)的多尺度肌肉骨骼建模公式,用于計(jì)算所得肌肉骨骼力的高保真估計(jì),。這將使神經(jīng)控制的肌肉組織如何與骨骼組織相互作用的分析能力,,因此將為了解神經(jīng)肌肉/骨科疾病的病因,、診斷和治療開辟新的途徑。
人身動(dòng)作運(yùn)動(dòng)捕捉跟蹤分析系統(tǒng),人體動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng),人體動(dòng)作捕捉系統(tǒng),動(dòng)作運(yùn)動(dòng)數(shù)字視頻,人體動(dòng)作測(cè)量分析系統(tǒng),人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)綜合分析系統(tǒng),三維運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng),動(dòng)作捕捉多數(shù)據(jù)源整合分析,整體運(yùn)動(dòng)動(dòng)作捕捉分析系統(tǒng),全身體動(dòng)作運(yùn)動(dòng)收集分析系統(tǒng)
神經(jīng)科學(xué)和運(yùn)動(dòng)控制的研究受益于內(nèi)置于我們方案的各種硬件和分析,。
使用任何 Tobii 頭戴式眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)來(lái)捕捉與其他數(shù)據(jù)同步的實(shí)時(shí) 3D 眼動(dòng)數(shù)據(jù),。分析視線交叉點(diǎn)。
使用 Biosemi 或 AntNeuro 硬件捕獲 EEG 數(shù)據(jù),。適用于坐姿,、站立和活躍的任務(wù)。根據(jù)其他運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)在 EEG 數(shù)據(jù)中創(chuàng)建用戶定義的興趣點(diǎn),。
實(shí)時(shí)呈現(xiàn)視覺(jué),、聽覺(jué)和觸覺(jué)提示??梢允褂煤?jiǎn)單的幾何形狀,、條形圖或時(shí)間序列圖或特定于應(yīng)用程序的視覺(jué)效果(如紅綠燈)以多種方式呈現(xiàn)用戶定義的視覺(jué)提示。
使用 監(jiān)視器r 與 Unity 和 World Viz 的雙向通信將視覺(jué)反饋擴(kuò)展到虛擬現(xiàn)實(shí),。 3D 可視化可以以多種方式呈現(xiàn),。一些例子包括:
手部實(shí)驗(yàn)室:專為上肢研究設(shè)計(jì)的立體屏幕和桁架系統(tǒng)。為主體提供與屏幕上或屏幕前呈現(xiàn)的 3D 虛擬對(duì)象進(jìn)行交互的能力,。
沉浸式顯示器:一個(gè)完整的硬件和軟件解決方案,,當(dāng)手臂的可視化被隱藏或擾動(dòng)時(shí),,使用同位半鏡屏幕進(jìn)行研究。
綜合研究環(huán)境系統(tǒng) (IRES):與 Bertec 合作創(chuàng)建的研究質(zhì)量環(huán)境。配備帶 3D 動(dòng)作捕捉系統(tǒng)和儀表跑步機(jī)的沉浸式 VR 圓頂,。
三,、康復(fù)與人體工程學(xué):
我們的方案裝置可以協(xié)助師,、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練師和人體工程學(xué)專家進(jìn)行評(píng)估,、篩查和再培訓(xùn):
實(shí)時(shí)信息提供了評(píng)估績(jī)效并向工作人員或患者提供即時(shí)反饋的能力。
同步的外圍數(shù)據(jù),,例如 EMG 和測(cè)力臺(tái),,允許對(duì)可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)的其他因素進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)之外的研究。
用戶定義的,、圖標(biāo)驅(qū)動(dòng)的界面為您*的協(xié)議提供定制,,以確保可靠和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)收集和分析,。
實(shí)時(shí)生物反饋和虛擬現(xiàn)實(shí),,使用多種方式顯示數(shù)據(jù),將評(píng)估擴(kuò)展到訓(xùn)練和行為改變,。
原始的,、處理過(guò)的或用戶定義的數(shù)據(jù)允許評(píng)估康復(fù)技術(shù)或工作場(chǎng)所環(huán)境的有效性。可以立即生成自定義報(bào)告以與臨床醫(yī)生,、風(fēng)險(xiǎn)管理人員和其他人共享此數(shù)據(jù),。
在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中,可以跟蹤,、動(dòng)畫和分析真實(shí)的物體,,例如工具或茶杯,以監(jiān)控工人或患者與周圍環(huán)境的互動(dòng),。
定制的交鑰匙解決方案,,包括便攜式系統(tǒng),使用各種動(dòng)作捕捉技術(shù),,允許在任何環(huán)境下收集數(shù)據(jù)。
四,、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)
我們的方案裝置通過(guò)許多*的功能提供監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員和提高表現(xiàn)的能力,,包括:
使用佳的運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)來(lái)跟蹤、動(dòng)畫和分析運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)對(duì)象,,如高爾夫,、擊球、投球,、網(wǎng)球,、保齡球、騎自行車等,。
執(zhí)行運(yùn)動(dòng)特定分析以進(jìn)行評(píng)估,、篩選和重返賽場(chǎng)。
以各種方法訪問(wèn)和可視化數(shù)據(jù),,包括報(bào)告摘要,、條形圖和時(shí)間序列圖、自定義動(dòng)畫和跟蹤,。
使用音頻反饋為培訓(xùn)和性能增強(qiáng)提供實(shí)時(shí)反饋,。使用虛擬現(xiàn)實(shí)擴(kuò)展實(shí)時(shí)反饋,為運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造身臨其境的體驗(yàn),。
使用我們的運(yùn)動(dòng)監(jiān)視器特殊用途應(yīng)用程序?qū)μ囟ㄟ\(yùn)動(dòng)或與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)收集和分析,,例如:
運(yùn)動(dòng)監(jiān)視器跳躍版: PT、AT 和教練的理想工具,,可使用反向運(yùn)動(dòng),、深蹲或俯沖快速評(píng)估生物力學(xué)和神經(jīng)肌肉性能。
棒球運(yùn)動(dòng)監(jiān)視器:研究質(zhì)量的動(dòng)作捕捉解決方案,,具有用于跟蹤和分析球員投球和擊球動(dòng)作的簡(jiǎn)化流程,。
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動(dòng)作捕捉技術(shù)
1.2.1步態(tài)分析的技術(shù)分類
目前主流的步態(tài)分析技術(shù)主要有以下幾種:基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的人體步態(tài)捕捉與分析,、基于慣性傳感器的人體步態(tài)捕捉與分析,、基于無(wú)線信號(hào)的人體步態(tài)捕捉與分析?;谟?jì)算機(jī)視覺(jué)的人體步態(tài)捕捉又分為基于紅外攝像頭,、基于2D攝像頭、基于3D深度攝像頭等多種,。上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)路線還有基于機(jī)械式的步態(tài)捕捉,。其他的技術(shù)路線還有基于電磁式的步態(tài)捕捉。
1.2.1.1基于紅外攝像頭的光學(xué)步態(tài)捕捉
紅外光學(xué)動(dòng)作捕捉技術(shù)經(jīng)歷數(shù)十年的持續(xù)發(fā)展,,目前常用的紅外光學(xué)動(dòng)作捕捉技術(shù)都是基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理[4],。紅外攝像頭的光學(xué)步態(tài)捕捉主要分為被動(dòng)式和主動(dòng)式。被動(dòng)式是在人體關(guān)鍵部位粘貼反光標(biāo)記點(diǎn),,主動(dòng)式是在人體主要部位佩戴上可發(fā)射紅外線的主動(dòng)式攝像頭,。本節(jié)主要說(shuō)明被動(dòng)形式的光學(xué)步態(tài)捕捉。在人體的主要骨骼部位以及關(guān)節(jié)處粘貼反光標(biāo)記點(diǎn),,利用架設(shè)好的紅外攝像頭追蹤反光標(biāo)記點(diǎn)(Markers),,從而計(jì)算出反光標(biāo)記點(diǎn)在空間中的位置。反光標(biāo)記點(diǎn)和紅外攝像頭分別如圖1-1和圖1-2所示,。
反光標(biāo)記點(diǎn)既不會(huì)接收無(wú)線信號(hào)也不會(huì)向外發(fā)射任何無(wú)線信號(hào),,它的表面涂抹了一種特殊熒光材料,可以很好地讓紅外攝像頭識(shí)別到并反射回高質(zhì)量的圖像信號(hào),。
紅外攝像頭一般采用RJ45接口,,通過(guò)網(wǎng)線連接匯聚到交換機(jī),再由交換機(jī)統(tǒng)一將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī),。
計(jì)算機(jī)的上位機(jī)軟件經(jīng)過(guò)一系列的算法識(shí)別還原出人體的步態(tài),。
基于紅外攝像頭的光學(xué)步態(tài)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟度高,采樣頻率高,,加之目前的高性能計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理速度極快所以延遲很低,,且精度很高,使用范圍廣,,應(yīng)用領(lǐng)域眾多,。主要缺點(diǎn)是對(duì)光照特別敏感,不能在光變化較大的環(huán)境下使用,,周圍不能有和光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)相近的物體或光斑,,所以光學(xué)步態(tài)捕捉一般只在室內(nèi)使用。由于攝像頭的視場(chǎng)角有局限性,,且人在運(yùn)動(dòng)時(shí)有的標(biāo)記點(diǎn)很容易受到其他物體及自身的遮擋,,這就造成被遮擋部位數(shù)據(jù)的丟失。后期數(shù)據(jù)處理工作量很大,由于數(shù)據(jù)量大且需要處理丟失,、跳幀等問(wèn)題,,需要較長(zhǎng)的后期處理時(shí)間。缺點(diǎn)還在于需要架設(shè)相機(jī),,相機(jī)一般架設(shè)到鋼架結(jié)構(gòu)上,,這就造成使用場(chǎng)景一般比較固定,不能輕易的挪動(dòng),。一般的場(chǎng)景至少需要6個(gè)攝像頭,,如果需要追蹤更大的場(chǎng)景,需要的攝像頭數(shù)量高達(dá)幾十個(gè),,且單個(gè)攝像頭價(jià)格十分價(jià)貴,,比如Vicon公司生產(chǎn)的單個(gè)攝像頭價(jià)格高達(dá)十萬(wàn)元,這就造成紅外光學(xué)式步態(tài)捕捉還是應(yīng)用到科學(xué)研究方面,,無(wú)法走進(jìn)大眾,。
目前市面上生產(chǎn)紅外攝像頭的光學(xué)步態(tài)捕捉的公司有英國(guó)的Vicon公司、美國(guó)NaturalPoint公司,、美國(guó)MotionAnalysis公司、中國(guó)的青瞳視覺(jué)公司等,。NaturalPoint公司生產(chǎn)的Optitrack系統(tǒng)如圖1-5所示,。
1.2.1.2基于3D深度攝像頭的動(dòng)作捕捉
隨著3D深度相機(jī)技術(shù)的成熟,有許多研究者開始研究基于深度相機(jī)的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)[5][6],。3D深度攝像頭與2D攝像頭的區(qū)別在于,,除了能夠獲取平面圖像外還可以獲得深度信息。3D深度技術(shù)目前廣泛應(yīng)用在人體步態(tài)識(shí)別,、三維重建,、SLAM等領(lǐng)域。目前主流的3D深度攝像頭的技術(shù)路線有:(1)雙目立體視覺(jué),;(2)飛行時(shí)間(Timeoffly,,TOF);(3)結(jié)構(gòu)光技術(shù)等,。
雙目立體視覺(jué)即使用兩個(gè)2D平面攝像頭,。兩個(gè)平面攝像頭獲得兩幅圖像,通過(guò)兩幅圖像算出深度信息,。飛行時(shí)間即由雷達(dá)芯片發(fā)射出紅外激光散點(diǎn),,照射到物體后反射回雷達(dá)芯片的時(shí)間,由于光速已知,,發(fā)射返回時(shí)間已知即可測(cè)量出攝像頭距物體的距離,, 。結(jié)構(gòu)光是攝像頭發(fā)出特定的圖案,當(dāng)被攝物體反射回這一圖案時(shí),,深度攝像頭再次接收這一圖案,,通過(guò)比較發(fā)射出的圖案和接收的圖案從而測(cè)量出攝像頭距離被攝物體的深度信息。3D深度攝像頭方案對(duì)比如表1-1所示,。
表1-1 3D深度攝像頭方案對(duì)比
利用結(jié)構(gòu)光方案的產(chǎn)品有微軟公司推出的Kinect,,其廣泛的應(yīng)用在體感交互、人體骨架識(shí)別,、步態(tài)分析等領(lǐng)域,。
基本原理是先找到圖像中移動(dòng)的物體,然后會(huì)對(duì)移動(dòng)的物體進(jìn)行深度評(píng)估,,識(shí)別出人體的部位,,然后將其從背景環(huán)境中分割出來(lái)。分割之后要做的工作就是模式匹配,,將其匹配到骨骼系統(tǒng)上,。算法流程如圖1-7所示。
以上三種方案的3D深度攝像頭方案大部分用在娛樂(lè)級(jí)別方面,,比如臉部識(shí)別解鎖,、人機(jī)互動(dòng),且由于其探測(cè)距離較近,,很難用在大空間上,。目前基于3D深度攝像頭的芯片在不斷地研究改進(jìn)中。其硬件芯片仍是目前的難點(diǎn),,再其次是算法的復(fù)雜度,,大量的圖像計(jì)算對(duì)硬件的主控芯片的計(jì)算能力有較高的要求,在功耗上很難做到低功耗的工作,,受制于目前的電池技術(shù),,單個(gè)傳感器的工作時(shí)間比較短。其優(yōu)勢(shì)在于不需要用戶穿戴任何傳感器和粘貼標(biāo)記點(diǎn),。利用Kinect進(jìn)行人體下肢骨架識(shí)別如圖1-8所示,。
1.2.1.3基于2D攝像頭的動(dòng)作捕捉
利用2D攝像頭實(shí)現(xiàn)3D運(yùn)動(dòng)軌跡的捕捉是目前的技術(shù)研究。2D攝像頭即平面攝像頭,,沒(méi)有深度信息,。目前基于2D攝像頭的動(dòng)作捕捉主要采用卷積神經(jīng)網(wǎng)路(CNN)將稀疏的2D人體姿態(tài)凸顯檢測(cè)的原理。但是此種捕捉方案需要長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)算,,并不適合實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析,,且輸出精度低?;?D攝像頭的動(dòng)作捕捉目前可以捕捉人體局部的運(yùn)動(dòng)姿態(tài),,且捕捉之間需要采集大量的數(shù)據(jù)樣本作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集,。2D攝像頭在深度信息的預(yù)測(cè)上存在著偏差,任何一點(diǎn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)都會(huì)導(dǎo)致很大的偏差,,穩(wěn)定性極差,。的挑戰(zhàn)在于攝像頭的遮擋以及快速的運(yùn)動(dòng)都是2D攝像頭很難追蹤到的。其優(yōu)點(diǎn)在于不需要任何的穿戴,,且所需要的2D攝像頭觸手可得,,成本極低,這對(duì)大眾化的應(yīng)用是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,。利用2D平面攝像頭的姿態(tài)捕捉應(yīng)用如圖1-9所示,。
1.2.1.4基于MEMS慣性傳感器的慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)
基于MEMS慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用,包括虛擬現(xiàn)實(shí)[7],、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練[8],、生物醫(yī)學(xué)工程[9]和康復(fù)[10][11]。因?yàn)樗鼈凅w積小,、重量輕,、價(jià)格合理[12][13][14]。
慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)主要是將慣性傳感器綁定在人身體主要骨骼上,,如足,、小腿、大腿,,實(shí)時(shí)測(cè)量出每段骨骼的旋轉(zhuǎn),,利用正向運(yùn)動(dòng)學(xué)(Forward kinematics,F(xiàn)K)和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)(Inverse kinematics,,IK)實(shí)時(shí)推導(dǎo)計(jì)算出整個(gè)人身體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于他是一種無(wú)源的動(dòng)作捕捉系統(tǒng),,不需要借助任何外部信息,,即不受外界環(huán)境的干擾。缺點(diǎn)則是由于慣性傳感器普遍存在累計(jì)漂移會(huì)使慣性系統(tǒng)無(wú)法測(cè)量出運(yùn)動(dòng)的位移,。其全身穿戴效果如圖1-10所示,。
慣性傳感器主要包括加速度計(jì)、陀螺儀,、磁力計(jì),。其中加速度計(jì)、陀螺儀,、磁力計(jì)多采用MEMS形式,,所以稱之為MEMS慣性傳感器。三軸加速度計(jì)可以測(cè)量載體的三個(gè)軸向上的加速度,,是一矢量,,通過(guò)加速度我們也可以計(jì)算出載體靜止時(shí)的傾角,。三軸陀螺儀可以測(cè)量出載體的三個(gè)軸向上角速度,通過(guò)對(duì)角速度積分我們可以得到角度,, ,。三軸磁力計(jì)可以測(cè)量出周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度及與地球磁場(chǎng)的夾角。通過(guò)融合加速度,、角速度,、磁力值的數(shù)據(jù)我們可以精準(zhǔn)的得到載體的旋轉(zhuǎn)。融合后的數(shù)據(jù)一般用四元數(shù)或歐拉角來(lái)表示,。其中四元數(shù)形式如 ,,歐拉角包含俯仰角(Pitch)、橫滾角(Roll),、偏航角(Yaw),。得到載體的旋轉(zhuǎn)后再擬合各個(gè)骨骼的運(yùn)動(dòng),從而計(jì)算出穿戴部位的運(yùn)動(dòng)姿態(tài),。通過(guò)對(duì)加速度,、角速度的積分可以測(cè)量出穿戴者的步速、步距,、步長(zhǎng)等參數(shù),。上的MEMS慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)公司國(guó)外有荷蘭Xsens、國(guó)內(nèi)的北京孚心科技公司等,。綜述其原理如圖1-11所示,。
基于MEMS慣性傳感器的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的步態(tài)分析有很大的優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在由于慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)采用的是MEMS芯片,,成本較低,,每個(gè)芯片只需要十元左右,整套系統(tǒng)的價(jià)格在幾萬(wàn)元級(jí)別,。由于慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)是一種無(wú)源的系統(tǒng),,整套系統(tǒng)的重量在幾千克的范圍內(nèi),所以便于攜帶,,且不需要架設(shè)繁雜的相機(jī),。慣性傳感器只需要開機(jī)后就可以使用,沒(méi)有繁雜的校準(zhǔn),、標(biāo)定等操作步驟,,所以使用十分便捷。慣性動(dòng)作捕捉系統(tǒng)不受使用環(huán)境的影響,,不管在室內(nèi),、還是室外都可以正常使用。 但是MEMS傳感器的精度相比于光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)來(lái)講,,精度較低,,但對(duì)于大眾人群已經(jīng)*其需求,。由于MEMS式陀螺儀存在零偏且在動(dòng)態(tài)情況下積分累計(jì)誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生較大的漂移。MEMS加速度計(jì)在不同的狀態(tài)下也存在誤差,,特別是在高動(dòng)態(tài)下,。磁力計(jì)很容易受到強(qiáng)磁環(huán)境的干擾。但是這一系列的誤差問(wèn)題都可以通過(guò)算法來(lái)補(bǔ)償,。MEMS式慣性傳感器補(bǔ)償后的靜態(tài)精度一般可達(dá)到:俯仰角/橫滾角≤0.2°,偏航角≤1°,;動(dòng)態(tài)精度:俯仰角/橫滾角≤0.5°, 偏航角≤2°,步態(tài)位移誤差可達(dá)5%,。已滿足步態(tài)參數(shù)計(jì)算的精度要求,。
1.2.1.5其他技術(shù)路線
機(jī)械式動(dòng)作捕捉依靠穿戴在人身體的機(jī)械裝置來(lái)測(cè)量關(guān)節(jié)角度以及位移。人體運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng),,從機(jī)械裝置上的角度傳感器可以知道運(yùn)動(dòng)角度,,根據(jù)角度和機(jī)械部位的長(zhǎng)度從而計(jì)算出移動(dòng)位移。這一技術(shù)早出現(xiàn)在20世紀(jì),,由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的笨重,,在步態(tài)分析方面機(jī)械動(dòng)作捕捉早已退出發(fā)展的主流。但利用機(jī)械外骨骼的搬運(yùn)發(fā)展成了主流,。其形狀如圖1-12所示,。
其他的技術(shù)路線還有基于聲學(xué)式的動(dòng)作捕捉,基于電磁式的動(dòng)作捕捉等,。
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