Vicon运动捕捉分析系统

    Vicon系统简介

      Vicon系统是一组网络连接的Vicon运动捕捉摄像机和其它设备以提供实时光学数据，这些数据可以被应用于实时在线或者离线的运动捕捉、分析，应用领域涉及生命科学、工程学以及娱乐媒体制作等方面。

Vicon构架要素

Vicon构架主要组成要素包含：

• 摄像机
• Vicon Bonita、V两款摄像机以进行实时专有图像处理。

组件 :

       Giganet，及模数采集卡模块组成Vicon系统的分布式构架以适应系统所含不同个数的摄像机以及来自第三方的硬件设备。

软件 :

• Vicon系统支持Nexus，Polygon以及BodyBuilder软件以应用于生命科学，工程学以及娱乐媒体制作业。现有的Vicon客户会发现熟悉的原有工作流程以及Vicon系统所独特开发的新特性。
• PC主机
• Vicon系统需要一台含有以太网络端口的PC主机已实现系统内数据交流（这一端口须是该PC主机其它网络端口以外的端口），所有应用于Vicon系统的Vicon软件都将安装于该PC主机。

外围套件 :

• Vicon系统包含了一套用于精确校正系统的校准套件和一套用于系统使用初始化的标准配件。以及贴在被测物体表面的反光球。
• Vicon系统构架
• 最基本的Vicon系统构架包含1-10个摄像机，一台Giganet和一台PC主机，如下图1所示

图1：基本Vicon系统构架

      Vicon系统的分布式构架使得客户能够自己决定系统组件的数量以及第三方设备来适合客户自身的应用需要。

 Vicon 产品参数及比较 :

       Vicon摄像机有统一的硬件设计，摄像机包括捕捉特殊波长区域光波的摄像机、发光器以及镜头、光学过滤器以及连线，如下图2所示。

图2： Vicon摄像机

• 摄像机
• 摄像机提供高速以及低延迟运动的捕捉，是应用中需要大捕捉范围和高分辨率的客户首选。
•   Giganet

       Giganet是Vicon系统的必备组件，它提供电源供给以及数据交流给1-10个与之相连接的摄像机（或者其它设备），然后将数据传回PC主机。Giganet与PC主机之间路由所有数据，与摄像机之间交换同步信息。          

      Giganet同时提供Vicon系统与第三方设备之间的接口，这些第三方设备包括测力板、肌电设备、音频、数据手套、眼球跟踪器或者其它数字设备。Giganet可以包含其它附加的模数转换板卡以增强Vicon系统的功能。

图3： Vicon Giganet

Nexus数据采集操作软件特点 :

• 窗口目录

      提供各个使用者起动窗口目录及数据库，储存所有测试档案及笔记；可与其它软件连接整合。

软件仿真影像监视器

      实时显示2D影像于个人计算机上，或显示已储存各个影像于个人计算机上，并可显示线性校正范围、被侦测之反光球、及放大缩小分析模式。

• 动态系统校正

       运用最新系统校正方式，适用于大区域、小区域、分段区域

•  影像数据撷取

      实时以100兆位网络传输上载数据至撷取系统软件，无反光球数量限制，确保数据存入撷取系统硬盘。

• 模拟数据撷取

      模拟数据同上以快速上载至撷取系统。

• 影像重建数学运算

      自动影像重建数学运算，自我几何辨识，无须任何手动操作直接进入三维重建；重建参数可依各种实验状况适定之。

•   窗口工作空间

1. 完全三唯窗口工作空间，以鼠标滑动360度旋转，万倍放大缩小；
2. 定格地板显示含轴心校正轴，测力板及反作用力距显示，或使用者自行设定之工作设施；
3. 动作反复显示可以实时、特定速度或特定格执行；
4. 显示或隐藏反光点、轨迹；选择反光点显示大小， 显示重建空间范围；
5. 察看轨迹标示含鼠标求救，安插对象于特定位置；观看多窗口动作显示。

• 运动学编辑

1. 立体式插入法修补间隙
2. 平滑过滤
3. 分离、重组轨迹
4. 去除、填补点或轨迹
5. 复制、交换轨迹

• 自动标示

1. 经使用者初创，可自动执行轨迹自动标示。
2. 集合式人体模块软件语言设定
3. 人体工学模块使用软件语言设定，使用者自行程序或引用通用之人体工学模块。
4. 一次完成流程 (含Plug-in Gait)
5. 一次完成流程如三维重建、自动标示及人体工学模块可离手一次完成整个执行流程至完毕, 其中包含反动力学分析功能

• 连续性窗口

      显示轨迹连续图及各个摄影重建贡献点。

• 模拟窗口

      显示原始模拟数据，可滑动、增益调整、零值设定。

• 模拟设定

     选择各别频道按测力板参数设定幅度大小、零值设定

• 同步参考影像

    撷取数字影像至硬盘,可同步浏览,不需另一台计算机执行之

• 立即式图形输出

      立即显示或打印选择点之平均或标准误差值

Polygon多媒体软件

•  多媒体观察、报告、输出分析报告软件

1. 接受测力板, 肌电图, 影像及3D动画之数据,并展现同步显像及储存于单一档案
2. 运动学分析包括重心,关节点位移,速度,加速度, 角度¸角速度,角加速度
3. 动力学分析包括肌电,肢节与关节之力量,力矩与转矩
4. 本软件可由彩色打印机输出报告
5. 可直接传输报告至电子表格 (如 Excel), 文书处理 (如 Word).
6. 能提供完整多媒体报告,包括3D动画及表面图可视化仿真,同步影像, 运动学&动力学分析图表及超级链接文字图面
7. 可输出多媒体报告至压缩文件,电子邮寄或光盘给任一PC窗口使用者
8. 免费软件可观看此多媒体报告
9. 可输入其它可供参考数据
10. 可显示两笔不同时间测试或不同测试者之3D动画及分析报告(如与其它受测者之比较)
11. 可自行发展新模块,包括运动学与动力学,新发展模块可在此单一软件完成
12. 可于采样动作结束20秒内完成上述多媒体报告

•   BodyBuilder身躯生物力学建构软件

此软件建议由具计算器程序编程基础高级使用者采用

1. 运动学与动力学模块重建, 并可在上述工作平台软件批次成一次完成流程
2. 可以上述多媒体分析报告软件整合多媒体报告并输出
3. 模块重建以文字叙述完成, 不需其它程序语言资源完成之
4. 提供多种模块参考使用, 公开网站可下载多种此文字型模块

为什么选购Vicon系统

      越来越多真正了解运动捕捉系统的制作公司和工作室参与了Vicon的技术革新，他们切身地感受到Vicon所带来的技术以及服务的优势。促使他们选择甚至从另外系统转为使用Vicon的原因如下：

• 您的系统可以捕捉越来越远

      Vicon摄像机是国际市场的第一款采用四百万像素感应芯片之运动捕捉专用摄像机，更多的像素意味着您可以捕捉更大的动作空间，捕捉多角色的复杂相互动作，并且可以同时捕捉面部和身体的数据。Vicon摄像机只是Vicon构架系统的摄像机型号之一，针对非常高速的运动分析， Vicon摄像机可提供给您高至每秒一万帧的捕捉速度。另外Vicon摄像机具有超值性价比，同样拥有Vicon自主设计的摄像机内置之实时智能图像处理功能，将提供给客户更快和更精确的数据。

• 智能的系统

      从每个摄像机内置的强大数据处理器，到软件中所运用之确保高精确度处理所捕获数据的智能算法，每个系统组件都为实现更快和更精确地提供数据而设计。具有五百万像素感应度以及高级灰度处理方式独特技术组合的Vicon系统是目前国际市场上的首选。

• 系统以客户的应用为导向专门定制

      Vicon公司将根据客户的应用需要帮助您选择最佳配置的运动捕捉系统。无论客户应用范围如何，我们都将提供您所确切需要的系统配置。四种类型的捕捉专用摄像机，匹配于不同捕捉范围，速度，摄像机占地大小以及动作特性。MX系统的硬件构架提供给客户完全的兼容性和可升级性。一系列的Vicon iQ、Polygon以及Bodybuilder软件模块让客户自制工作流程，不论客户是来自于娱乐传媒制作业，生命科学或者科研工程学领域。

• 系统能非常便捷地整合到客户的工作环境里面

      是您的Vicon系统成为您日常运营的核心部分，不管是电影工作室，步态分析室还是科学研究单位。Vicon系统很便捷地于已有网络连接，您不再需要配置额外的电脑和复杂的路由设置。系统方便您自己制定任何捕捉环境下的整合方案，并且允许第三方的捕捉设备如测力台，time code,gen lock,音频，肌电，数据手套，眼球跟踪器以及其它数字设备。

• 永不过时的系统

      Vicon系统架构非常好的可扩展性，因此客户的投资不会流失。事实上，全世界所安装最大的200余个摄像机运动捕捉系统就是Vicon的系统。然而即使是三个摄像机的Vicon系统也享有同样的技术，输出同样高质量的数据，同样便捷操作。任何时候客户想捕捉更大的空间，或者更复杂的运动，您都可以毫不费力地对系统进行升级、再升级。

• 我们将更好地支持客户更多

       每一套出货的Vicon捕捉系统都伴随着长期的客户支持服务。这样的服务意味着一个礼拜的每一天，每天的二十四小时。不管客户位于世界何处，都有与之毗邻的系统支持工程师。Vicon公司已经习惯于客户们处于运动捕捉应用的前沿，我们同样提供前沿的技术支持以保持客户的领先状态。

• Vicon公司的企业实力和商誉保障

       作为运动捕捉业界的上市公众公司，Vicon公司具有一流的运营管理机制，雄厚的研发资本和创新能力。公司二十年的对业界客户的服务经验，骄人成长业绩和技术的不断创新对Vicon的员工而言仅仅是个开始。当客户选择了Vicon的系统，您知道您的投资很安全。

•  客户会一直保持业界的前沿

      Vicon的产品和技术一直处于业界的前沿。二十年的成长过程中，Vicon是世上首家基于标准化操作系统(standard operating system)设计并生产运动捕捉系统的公司；首家设计出针对步态分析应用的便携式系统；首家为娱乐传媒制作业专门定制捕捉系统；首家推出百万像素感应度的捕捉专用摄像机；首家研发出运动数据的自动智能处理软件；首家提供64个捕捉摄像机系统；首家研制出四百万像素感应芯片的捕捉专用摄像机……Vicon公司会一直保持创新。

• 系统稳定性历经考验

      如果小问题即可使系统崩溃，那么再领先的技术也会失去价值。因此Vicon非常关注产品质量细节，以确保客户群体可以全天安心使用系统。系统连接缆线的品质、连接器组件的牢固程度、度身定制的便携搬运箱，诸如此类的细节增加了Vicon系统的实用性以及可靠性。

•  与客户共同成长

      选购Vicon系统的客户是世界上各领域的业界领先企业。这些公司包括波音、索尼、任天堂、微软以及神会儿童医院。为什么？因为他们都致力于创建优秀的企业，他们选择工具时同样使用优秀的系统。Vicon公司广泛的产品系列以及独特运动技术优势协助以上类似的客户进行设计创新，影视制作和研究未来技术。Vicon的系统同样可以协助您的公司。

三维测力台

AMTI三维测力台

      AMTI三维测力台是美国AMTI公司生产的专业运动生物力学产品，该产品在国际上和Vicon系统有大量的共用用户。测力台的信号可以直接输入到Vicon系统中，由Vicon系统做标定及数据采集，进而进行数据处理及分析。

      在国际生物力学科研领域上，AMTI公司一直是行业的领导者。自1987年发成立后，全球各地的生物力学实验室已累积安装了超过2000台。AMTI测力平台经已成为生物力学实验室，步态分析实验室不可缺少的仪器。

* 用于步态分析、运动技术分析、矫形康复、神经康复、工业设计、工程测试等。

* 高精度、低干扰、优良的可重复性和高强度耐久性、简单易用等特点

* 每种型号都有1000, 2000或 4000磅(4450, 8900, 或17,8000 N)三种负载类型可选。

* 直接和Vicon等三维运动分析系统连接进行生物力学分析

适用范围：

适用于各医院、专业院校、科研机构、造船行业、汽车制造行业、矫形器具工厂等

原理：应变式，尺寸400*600（mm）

重量：32Kg

Fz轴最大承载：8900N

Fx,Fy轴最大承载：4450N

Mz最大力矩：1300Nm

Mx最大力矩：2700Nm

My最大力矩：1800Nm

Fz频率： 400Hz

Fx，Fy频率： 370Hz

Fz灵敏度：0.08μV[V*N]

Fx,Fy灵敏度：0.34μV[V*N]

Mz灵敏度：1.634μV[V*Nm]

Mx灵敏度：0.697μV[V*Nm]

My灵敏度：0.888μV[V*Nm]

放大器有三种负载类型可调

六导信号调节放大

每导具有2.5V、5V或10V的电压输出选择

每导具有1000HZ截止频率的低通滤波

表面肌电采集分析

      在所有的表面肌电测量仪器里，均会发现具国际专利的信号处理技术。独有的信号处理技术能克服干扰或噪音（称为後生现象），另外仪器并没有采用陷波滤波器，使测试数据非常可靠、淮确和具重复性，此等纯正的表面机电数据让研究员和临床医生能对肌肉条件和表现作出准确的评估。巳被确认为环球卓越的标准。

应用包括:

• 
  运动医学
• 生物力学
• 步态分析
• 复康
• 肌肉疲劳研究
• 人体工学
  肌电/动作分析
• 运动训练
• 神经肌研究
• 工作危险评估
• 慢性痛症研究
• 人体运动学  

四、DTS系统

DTS表面肌电无线发射系统

· 电极端直接发射数据

· 去掉电极连接线使得测试更加简便

· 可以测量表面肌电以及其他生物力学传感器

· 有线测量作为可选参数

· 接收发射器更加小巧便于携带

· 有效测试距离100米

· 可以通过存储卡存储数据

· 肌电数据可选4-32导

· 可以很好的兼容以前的软件和硬件

产品总览

系统将肌电信号以及其他传感器信号直接从电极端发射到接收器。这种直接传输方式使得原有的通过有线进行放大的方式得以简化。对于测试儿童和小动物，DTS系统小巧轻便的优势得以突出。

接收器可以以三种模式工作：

• 通过USB数据线和计算机直接相连(传输距离10米)
• 无线实时传输 (传输距离最大至100米)
• 数据存储在存储卡中

      DTS系统和肌电接收系统有良好的兼容性。通过蓝牙进行数据的二次发射至接收系统，可以整合最多10导模拟数据的输入（等速、测力台数据等）并且可以输出（与3D运动学分析系统相连接）。

       DTS 系统可以连接2-20导（20导需要两个系统并连起来）。标配系统自带前置放大器并且还可以连接其它的生物力学传感器，像角度计、倾角仪、足底压力开关和加速度计等。通过无线同步装置可以准确的将DTS系统和其它的生物力学系统同步。

•  接收器操作模式

DTS系统有三种操作模式：

      通过USB连接线将接收器和计算机直接相连

       这种模式下DTS电极将信号直接传输给连接在计算机上的接收器。通过软件直接进行实时显示和信号处理。传输距离最大为10米。

•    无线传输至计算机

这种模式通过蓝牙将数据实时传输到Noraxon桌面接收器（PC表面接收器、迷你接收器、无线网卡或模拟数据输出接收器）。这种模式的直线传输距离可以达到100米。如果使用迷你接收器的话，还可以连接10导模拟数据输入，如等速装置以及测力台等。

•    通过数据存储卡存储数据

存储卡容量最大可以扩充为8G，存储卡和软件之间的数据传输、交换更为方便

•  桌面接收和WST系统

特点

• 较高的信号质量
• EMG完全兼容ISEK 以及 SENIAM标准
• 2-20导随意扩充 (通过两个DTS接收器并联可扩充至20导系统)
• 锂电池可以提供8小时以上的续航时间
• 完全使用无线传感器
• 带宽范围内可选择放大倍数
• 支持模拟信号输入输出（最大20导）功能
• 具有精确并且弹性化的同步触发功能
• 安装简便，无需网络设置

 信号发射源规格

• 供电

      可更换的锂电系统，提供8小时以上的续航时间

• 输出 & 发射频率 

1. 最大100mw
2. DSSS 2412-2464 MHz在11个可选的发射频段上
3. 最远100m发射距离

• EMG 传感器

1. 16-bit 分辨率
2. 采样频率1,500 (for 16-channels) or 3,000 (for 8 Channels)
3. 可选的低通滤波 500, 1000, 1500 Hz

• EMG 前置放大

1. 50/60 Hz) 可选滤波
2. 10 Hz +/- 10% 1st高通滤波
3. 基线噪声 < 1 uV RMS
4. Input 阻抗 > 100 Mohm
5. CMR > 100 dB 
6. 电压输入范围 +/- 10 mV
7. 基础增益 50

• 尺寸

1. 放大器尺寸 3.4 cm L x 2.4 cm W x 3.5 cm H
2. 放大器重量: 小于 14 g. 
3. DTS 接收器尺寸: 12.6 cm L x 6.75 cm W x 2.38 cmH 
4. DTS 接收器重量:小于 185 g

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