[发明专利]一种基于电阻抗的多部位肢体动作捕捉方法

说明书

本发明公开了一种基于电阻抗的多部位肢体动作捕捉方法，属于动作捕捉领域，具体为：首先连接肢体动作捕捉装置，用户贴附电极环带并连接通道控制模块；加电后单片机控制引脚的电平高低变化依次选择通道，阻抗测量模块形成数据流发送到上位机；人工对GUI界面进行初始化操控，调节校准参数和设置待识别的动作标签；数据处理模块录入并实时读取待识别动作的电阻抗数据流，分割成组存入excel中；数据建模模块将存储的数据作为训练集生成训练模型；用户的待测部位重新作出已经录入过数据的各种动作，下位机采集经数据处理模块分割提取后输入训练模型中，直接输出动作识别结果。本发明采用了多通道生物电阻抗信号作为动作识别的信息来源，识别率较高。

技术领域

本发明属于动作捕捉领域，涉及多身体部位动作捕捉，具体是一种基于电阻抗的多部位肢体动作捕捉方法。

背景技术

随着信息技术的发展，肢体动作作为人机交互方式的一种理想选择而备受关注。众多企业研究投入以及大量成熟技术在动作捕捉领域的使用，使得肢体动作应用在生产生活中的诸多方面：如，诺亦腾公司推出了基于精密光学传感器和惯性传感器的高精度全体态动作捕捉技术，可应用于电影游戏制作与VR游戏；又如，大疆公司推出的Spark系列无人机，通过机载摄像机与机器视觉技术，可以实现手势控制无人机飞行、手势控制拍照录像；还有很多研究团队使用肌电信号(EMG)识别人体动作，来完成智能家居、办公辅助以及游戏娱乐等生活辅助功能。可以说动作捕捉技术有着光明前景，为人类生活水平的提高与社会发展提供了很大的推动力。

动作捕捉技术往往是通过某种信号检测人体的动作，得到相应的动作信息后，将动作信息简化为参数，再通过API接口建立动作-功能的映射，实现动作捕捉技术的具体应用。

综合下来，当前比较成熟的肢体动作捕捉的实现方式主要包括机器视觉和传感器技术两大类：

机器视觉是一种利用摄像机捕捉人体运动图像，并利用图像处理技术解算肢体位置和姿势的技术。这种技术不需要被测者佩戴传感装置，从一定角度看更加便捷(但摄像头和处理设备是必不可少的)；技术发展早，现已趋近成熟，识别率高；采集的数据具有通用性，在数据集充足条件下，可以同时适用于多个个体，即个体迁移性好，并且由于其不需要在特定身体部位安装传感器，可以预置多种身体部位的数据模型，很容易通过一套设备实现多种身体部位的动作捕捉，即部位迁移性好。

然而机器视觉目前面临着复杂手势和遮挡问题的挑战，它易受外界环境(如光线、颜色等)的影响，在运动过程中肢体会被遮挡而丢失信息；而且因为需要对图像甚至视频进行高速处理，计算量较大，其对于计算机性能也有一定要求，使得成本很难控制。这说明在某些应用背景下，动作捕捉任务还是需要传感器技术来完成。

传感器技术又分为惯性传感器和表面肌电传感器。惯性传感器通过捕捉人体运动过程中的加速度和角速度信息来重建运动轨迹；表面肌电传感器利用放置在皮肤表面的电极收集人体运动时产生的生物电信号，对相应的动作进行预测。

惯性传感器测量速率快，适合于动态手势识别，但对低速运动的敏感度较低。并且惯性传感器技术属于外源性信号测量，需要贴附或依附于待测部位才能实现，即无法实现空间间接测量。如果测量手指等细小部位的动作，必须在手指上贴附惯性传感器或佩戴惯性传感器手套，可能会影响手指的正常动作，带来了一些不便利因素。

表面肌电传感器属于内源性信号测量，可以实现空间间接测量，并且肌电信号往往会在动作做出之前产生，即在信息链中位置更加靠前，这在某些医学应用中具有很重要的意义。但是表面肌电传感器采集到的生物电信号相对不稳定，为了实现准确分析，往往会在人体大肌肉群处测量，这就限制了肌电动作识别技术的应用范围。