基于慣性傳感器的動作捕捉系統工作原理

基于慣性傳感器的人體動作分析與識別是模式識別的一個新興領域，克服了傳統基于視頻的動作識別的諸多缺點和限制，具有更高的可操作性和實用性。通過固定在人體特定部位的慣性傳感器采集人體的動作信息，通過無線傳輸模塊傳到PC 機，進而對數據進行預處理、特征提取和選擇、動作分類。這些慣性傳感器內部包括一個三軸加速度計、一個三軸磁力計、一個三軸陀螺儀，將三者集成在一起作為單個傳感器節點，各節點之間通過無線通信組成無線傳感網絡，形成運動捕捉系統，捕獲人體運動信息。

人體模型：根據人的生理結構將肢體看成剛體，每段剛體直接由關節相連，從而將人體抽象化為一個連接型剛體系統，本系統模型將人體分為14個環節。

關節和姿態角的人體運動分析：

要想采集人體運動數據并對運動展開相關研究，需了解人體結構，人體運動系統是由骨骼和附著其上的肌肉組成，其實質是肢體繞關節運動。人體關節在人體運動中起著樞紐作用，可分為不動關節、動關節和半動關節，在人體運動中所涉及的關節是指動關節。人體中絕大多數關節是動關節，如腕、肘、肩、頸、背、臀、膝和踝關節；

傳感器姿態角是通過傳感器自身坐標系和相對于東北天坐標系的轉動角度來表示的：

航向角Yaw：定義為傳感器芯片繞Z 軸轉動的角度，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（即經度線）之間的夾角，即載體坐標系Y(b)軸在東北天坐標系水平面的投影與東北天坐標系中的Y(n)的夾角。從地理北極方向為開始順時針轉動方向為正，范圍是[0°-360°]。

俯仰角Pitch：定義為傳感器芯片繞X 軸轉動的角度，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，范圍[-90°-90°]。

滾轉角Roll：定義為傳感器芯片繞Y 軸轉動的角度，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，定義范圍為[-180°-180°]。