基于视频采集系统的肢体运动模型

张 军 ，邓周虎，党丹珩，贠三妮，冯晓海

(西北大学信息科学与技术学院，陕西西安 710127)

肢体运动过程的研究是运动学、生命科学、自动控制等学科的重要研究对象，最典型的应用是机器人研究[1]，其成果可应用于人体假肢的设计等多个方面。而目前的假肢设计技术，使得产品价格昂贵、控制复杂[2]，无法满足广大残障人士的需求。要改善肢体残障人士的生存状况，促进假肢设计与制作技术的发展，研究出结构简单、步态逼真、成本低廉的假肢，具有重要的现实意义，肢体运动模型的建立是假肢设计中关键的研究内容[3]。

传统肢体运动过程的研究一直沿用各种机械模拟和数字转换装置做模型采集系统，这种系统因大量数据采集和处理任务所带来的系统误差导致了模型失真较大。随着信息技术的发展，视频采集和数字图像处理技术因其采集方便、处理速度快、精度高而被应用到各种测控领域[4]。在众多的视频采集处理方案中，美国国家仪器公司的视频采集卡PCI-1411及LabVIEW处理平台，具有强大视频采集和数据处理能力。应用该开发平台设计的视频采集系统建立肢体运动模型研究，是以人类下肢运动过程为对象，在脚尖末梢、踝关节、膝关节及大腿末端关节处安装LED点光源，可以精确采集到各肢节的运动轨迹，从而建立完整的肢体运动过程模型。其基本原理为通过摄像头实时采集固定在肢体关节处的点光源运动序列，使用数字图像处理技术和视频连接技术，描绘出肢体的运动轨迹棍状图。……