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专利名称：一种可携式运动捕捉装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种捕捉装置及其使用方法，特别是涉及一种能将运动体的三维运动状态记录下来，可用于步态分析及运动捕捉的可携式运动捕捉装置及其使用方法。
背景技术：
运动捕捉系统是一种用于准确测量、跟踪、记录运动物体在三维空间中的运动状况的设备。它基于计算机图形学原理，通过计算机来分析处理运动数据，得到不同时间计量单位上物体的空间坐标(X，Y，Z)。这些坐标数据可以在计算机上生成三维动画图像，可以广泛应用于3D游戏制作、电影特效、动漫制作、体育训练等各个领域。在公知的运动捕捉系统中，在对象上设置一个或者多个测量点，通过这些测量点的空间三维坐标数据捕捉对象的运动状态。目前大都采用光学式运动捕捉系统和高速拍照摄像机阵列组成的运动捕捉系统。光学式运动捕捉需对光进行反射标记，借助多个不同位置的相机拍摄记录对象运动，借助软件识别拍摄视频中的标记，然后根据拍摄相机的位置确定标记对应的空间位置。现存方法的缺点是成本高昂，需要多台摄像机于不同位置拍摄视频；得到标记点空间坐标过程繁杂，需标记测量点，多方位拍摄视频录像，结合软件分析录像确定出各标记点的空间坐标，且不易识别各个标记；在标记点数据采集时需做到时间的一致，该方法难解决多摄像机同步采集的难题。SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数码卡,是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。

发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种能将运动体的三维运动状态记录下来，可用于步态分析及运动捕捉的可携式运动捕捉装置及其使用方法。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种可携式运动捕捉装置，所述装置包括有射频接收装置、单片机、陀螺仪、加速度计和安全数码卡，整个装置采用电源供电，所述射频接收装置、陀螺仪、加速度计和安全数码卡均与所述单片机电连接。在本发明的具体实施例中，所述可携式运动捕捉装置安装在人身体上需要测试人体运动的点上，人身体上的部位包括但不限于头部、肩部、胸部、腹部、四肢。在本发明的具体实施例中，所述可携式运动捕捉装置安装在人身体上的安装方式包括但不限于绑扎和装在人体衣服口袋的安装方式。在本发明的具体实施例中，所述陀螺仪及加速度计分别为三轴的陀螺仪和加速度计。、
一种可携式运动捕捉装置的使用方法，所述方法包括如下步骤(I).将装置安装在人身体上需要测试人体运动的点上；(2).当开启该装置时，该装置处于待机状态，射频接收装置一个无线信号接收装置，射频接收装置收到信号经处理电路传至单片机处，单片机收到信号，判断若接收到的信号为启动信号，则设备开始工作，此时陀螺仪和加速度计便开始采集标记点的运动参数，此处使用的陀螺仪及加速度计都为三轴的，所记录的数据可直接计算出标记点的空间位置坐标，陀螺仪和加速度计将采集到的数据经处理，传给单片机，单片机再将数据存储在安全数码卡中；(3).在测试者完成运动过程时，用一外设的射频发射器将人体上的所有装置关闭，此时取出装置中的安全数码卡，将数据用于后续分析处理。本发明的积极进步效果在于本发明提供的可携式运动捕捉装置及其使用方法具 有以下优点与现有技术相比，本发明采用陀螺仪及加速度计来捕捉运动体的运动参数，可直接获得空间运动参数，省去繁琐的计算过程；无需多台不同方位的摄像机录像。从而大幅降低运动捕捉成本；使用光学运动捕捉其标记分辨需人工进行。


图I是本发明提供的装置安装在人体上的示意图。图2是本发明的数据采集设备的原理框图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。图I是本发明提供的装置安装在人体上的示意图。如图I所示本发明提供的可携式运动捕捉装置100安装在人身体上需要测试人体运动的点上，人身体上的部位包括但不限于头部、肩部、胸部、腹部、四肢。图2是本发明的数据采集设备的原理框图，本发明包括一种可携式运动捕捉装置，所述装置包括有射频接收装置I、单片机2、陀螺仪3、加速度计6和安全数码卡5，整个装置采用电源4供电，所述射频接收装置I、陀螺仪3、加速度计6和安全数码卡5均与所述单片机2电连接。所述可携式运动捕捉装置安装在人身体上的安装方式包括但不限于绑扎和装在人体衣服口袋的安装方式。陀螺仪3及加速度计6分别为三轴的陀螺仪和加速度计。一种可携式运动捕捉装置的使用方法，所述方法包括如下步骤(I).将装置安装在人身体上需要测试人体运动的点上；(2).当开启该装置时，该装置处于待机状态，射频接收装置I 一个无线信号接收装置，射频接收装置I收到信号经处理电路传至单片机2处，单片机2收到信号，判断若接收到的信号为启动信号，则设备开始工作，此时陀螺仪3和加速度计6便开始采集标记点的运动参数，此处使用的陀螺仪3及加速度计6都为三轴的，所记录的数据可直接计算出标记点的空间位置坐标，陀螺仪3和加速度计6将采集到的数据经处理，传给单片机2，单片机2再将数据存储在安全数码卡5中；(3).在测试者完成运动过程时，用一外设的射频发射器将人体上的所有装置关闭，此时取出装置中的安全数码卡5，将数据用于后续分析处理。本发明它是由惯性测量系统、系统电路、调理电路和单片机组成，其基本组成模块如图I。其中还包括陀螺仪电路、加速度计电路、SD卡电路、电源电路、系统电路等，另外还包含一个和主机通讯的部分。该系统可直接束缚在人体相应的测试点，即可完成对整个人体相关部位的运动捕捉。“惯性运动捕捉系统”就是像飞行器中采用惯性导航系统一样，在运动捕捉过程中引入陀螺仪和加速度计等惯性测量仪器为数据测量单元，可直接测得标记点的数据信息，通过这些信息即可得出该点在空间的运动参数，并配合相关软件，运用运动力学和生物力学的相关理论分析步态，了解人体的运动机理。本发明与现有技术相比，本发明采用陀螺仪及加速度计来捕捉运动体的运动参数，可直接获得空间运动参数，省去繁琐的计算过程；无需多台不同方位的摄像机录像。从而大幅降低运动捕捉成本；使用光学运动捕捉其标记分辨需人工进行。 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种可携式运动捕捉装置，其特征在于所述装置包括有射频接收装置(I)、单片机(2)、陀螺仪(3)、加速度计(6)和安全数码卡(5)，整个装置采用电源(4)供电，所述射频接收装置(I)、陀螺仪(3)、加速度计(6)和安全数码卡(5)均与所述单片机(2)电连接。
2.根据权利要求I所述的可携式运动捕捉装置，其特征在于所述可携式运动捕捉装置安装在人身体上需要测试人体运动的点上，人身体上的部位包括但不限于头部、肩部、胸部、腹部、四肢。
3.根据权利要求2所述的可携式运动捕捉装置，其特征在于所述可携式运动捕捉装置安装在人身体上的安装方式包括但不限于绑扎和装在人体衣服ロ袋的安装方式。
4.根据权利要求I所述的可携式运动捕捉装置，其特征在于所述陀螺仪(3)及加速度计(6)分别为三轴的陀螺仪和加速度计。
5.一种权利要求1-4所述装置的使用方法，其特征在于所述方法包括如下步骤 (O·将装置安装在人身体上需要测试人体运动的点上； (2).当开启该装置时，该装置处于待机状态，射频接收装置(I)一个无线信号接收装置，射频接收装置(I)收到信号经处理电路传至单片机(2)处，单片机(2)收到信号，判断若接收到的信号为启动信号，则设备开始工作，此时陀螺仪(3)和加速度计(6)便开始采集标记点的运动參数，此处使用的陀螺仪(3)及加速度计(6)都为三轴的，所记录的数据可直接计算出标记点的空间位置坐标，陀螺仪(3)和加速度计(6)将采集到的数据经处理，传给单片机(2 )，单片机(2 )再将数据存储在安全数码卡(5 )中； (3).在测试者完成运动过程时，用一外设的射频发射器将人体上的所有装置关闭，此时取出装置中的安全数码卡(5)，将数据用于后续分析处理。
全文摘要
本发明涉及一种可携式运动捕捉装置，用于运动捕捉。该设备为克服现有设备不能随身携带且测试过程复杂等不足，本发明公开了一种可以携带的运动捕捉设备，该发明包括陀螺仪、加速度计、SD卡、及射频发射装置、单片机和电源。通过将多个该设备束缚在测试者身上，通过射频发射装置控制设备的开启，做到多个检测装置启动时间是一致，陀螺仪及加速度计将运动瞬时的角度及运动加速度测量下来，通过单片机将产生的数据存入SD卡中，测试完成时可将数据取出，用于分析实验，本发明使得运动数据测试更为方便，方便随身携带。
文档编号G01C19/00GK102706336SQ20121014901
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者唐刚, 宓为建, 王冬梅, 王成焘, 石小平, 苌道方, 魏高峰 申请人:上海海事大学