光学三维运动捕捉系统用于生物力学测试的精准度分析

摘要

背景:光学三维运动捕捉系统无论在生理还是病理、体外或体内实验以及医疗或生活方面均应用广泛,但尚无研究客观分析该系统精准度及其影响因素.目的:建立光学三维运动捕捉系统,分析其应用于生物力学测试的精准度及影响因素.方法:首先,安装光学三维运动捕捉系统摄像机为半弧形高低交替位置,捕捉静止标记点18组坐标数据,每组400个坐标值,计算出系统精密度.应用机械臂完成沿坐标轴X、Y和Z轴方向运动,所得的坐标数据经MATLAB处理计算出运动距离(测量值).然后,以电子千分尺为实际值基准,计算运动捕捉系统的准确度.最后,根据前述精准度测试方法分别在不同运动方向、各个坐标轴、有无室内照明、不同相机数目、不同Marker尺寸材质和不同相机位置变量下,应用单因素方差分析系统的精准度是否有差异.结果 与结论:①光学式三维运动捕捉系统摄像机为半弧形交替摆放时,X、Y和Z轴坐标精密度分别为5.00,10.26,5.50μm,沿X、Y和Z轴运动的准确度分别为15.58,20.69,12.24μm;②随着摄像头从单面形到环状,精密度逐渐增加,呈环形摆放时精密度最优;③室内有无开始照明灯对系统的精准度无明显影响;④随着摄像机的数目增加,捕捉系统的精密度随之上升,但数量达到一定时精密度会渐近极限;⑤该系统中塑料硬质12.7,14.0,15.9 mm和橡胶材料直径为14.0 mm的Marker点精密度无差异;⑥结果说明,光学三维运动捕捉系统的摄像机数量及摆放位置对系统精准度均有影响,Marker尺寸材质、运动方向、室内照明对系统的精准度无明显影响.该系统精准度满足生物力学测试的需求.