基于惯性传感器的动作捕捉系统工作原理

基于惯性传感器的人体动作分析与识别是模式识别的一个新兴领域，克服了传统基于视频的动作识别的诸多缺点和限制，具有更高的可操作性和实用性。通过固定在人体特定部位的惯性传感器采集人体的动作信息，通过无线传输模块传到PC 机，进而对数据进行预处理、特征提取和选择、动作分类。这些惯性传感器内部包括一个三轴加速度计、一个三轴磁力计、一个三轴陀螺仪，将三者集成在一起作为单个传感器节点，各节点之间通过无线通信组成无线传感网络，形成运动捕捉系统，捕获人体运动信息。

人体模型：根据人的生理结构将肢体看成刚体，每段刚体直接由关节相连，从而将人体抽象化为一个连接型刚体系统，本系统模型将人体分为14个环节。

关节和姿态角的人体运动分析：

要想采集人体运动数据并对运动展开相关研究，需了解人体结构，人体运动系统是由骨骼和附着其上的肌肉组成，其实质是肢体绕关节运动。人体关节在人体运动中起着枢纽作用，可分为不动关节、动关节和半动关节，在人体运动中所涉及的关节是指动关节。人体中绝大多数关节是动关节，如腕、肘、肩、颈、背、臀、膝和踝关节；

传感器姿态角是通过传感器自身坐标系和相对于东北天坐标系的转动角度来表示的：

航向角Yaw：定义为传感器芯片绕Z 轴转动的角度，在空间上是指芯片纵轴方向在水平面上的投影与地球子午线（即经度线）之间的夹角，即载体坐标系Y(b)轴在东北天坐标系水平面的投影与东北天坐标系中的Y(n)的夹角。从地理北极方向为开始顺时针转动方向为正，范围是[0°-360°]。

俯仰角Pitch：定义为传感器芯片绕X 轴转动的角度，在空间上是指芯片的纵轴Y(b)

轴与地理水平面之间的夹角，即载体纵轴Y(b)与其在东北天坐标系水平面上的投影之间的夹角。芯片抬头向上为正，向下为负，范围[-90°-90°]。

滚转角Roll：定义为传感器芯片绕Y 轴转动的角度，在空间上是指芯片的横轴X(b)与水平面之间的夹角，即芯片横轴X(b)与其在东北天坐标系水平面上的投影的夹角。芯片右面抬起为正，左面抬起为负，定义范围为[-180°-180°]。