用于动物的光学运动捕捉实验系统技术方案

本发明专利技术属于运动捕捉技术领域，具体涉及一种用于动物的光学运动捕捉实验系统。该光学动物运动捕捉实验系统包括高速运动摄像机、反光标记装置、以及用于处理所有运动数据的配套运动分析程序。旨在实现精确捕捉动物运动，并且进行多样化的运动参数分析。该实验系统可以根据CT扫描影像重建动物运动，可提供直观的动物运动影像，并提供多样的运动参数，使实验结果丰富多样，可满足不同的实验要求。光学的运动捕捉系统具有较高的实验精度，本实验系统在实用高效的基础上，也同时保证了实验的精度。

【技术实现步骤摘要】
用于动物的光学运动捕捉实验系统
本专利技术属于运动捕捉
，具体涉及一种光学动物运动捕捉实验系统。
技术介绍
动物实验指在实验室内，为了获得有关生物学、医学等方面的新知识或解决具体问题而使用动物进行的科学研究。主要实验对象为鼠、兔、犬等与人类疾病有共性的动物。随着科学技术的发展，动物实验在很多领域都取得了很多可观成果，其中对步态分析领域的贡献是十分显著的。正常的行走过程是神经对肌肉协调支配的综合结果。大脑功能的缺陷或神经损伤可最终反映为步态的改变。步态分析是研究步行规律的检查方法，旨在通过生物力学和运动学手段，揭示步态异常的关键环节及影响因素，从而指导康复评估和治疗，有助于临床诊断、疗效评估及机理研究等。动物步态分析可用于评价神经创伤、神经性萎缩、神经疾病、以及疼痛症状群的动物模型。目前比较流行的动物步态分析仪器多是利用高速摄像机以及脚印反光来记录动物行走数据，这样获得的数据相对来说利用率较低，只局限于步态分析的一些参数：步态周期、运动学参数、动力学参数、肌电活动参数和能量代谢参数等。我们无法利用这些数据来进一步地进行有限元模拟以及运动学分析，例如：模拟动物行走时相关关节内的应力分布情况以及统计相关关节的运动范围、速度和加速度等。因此，为了对动物运动进行更加全面的分析，并且最大化地提高实验数据的利用率，一种用于动物运动捕捉的实验装置是十分必要的。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种用于捕捉并且分析动物运动的光学运动捕捉实验装置，以解决现有的数据利用不全面的问题。本专利技术实施例提供一种用于捕捉且分析动物运动的光学运动捕捉实验装置，包括：高速运动摄像机，反光标记装置，以及用于处理所有运动数据的配套运动分析程序；所述的高速运动摄像机采用数量为5个，分别布置在运动区域的四周以及正上方，形成一个无死角拍摄区域，以完整记录整个运动过程；所述的反光标记装置由刚体和反光球组成，穿戴或贴附在被测体上，每个刚体上固定三个及以上的反光球，每一个反光标记装置的刚体几何形状都是唯一的，以确保在记录过程中其代表的不同部位的运动被清晰地识别；所述的用于处理所有运动数据的配套运动分析程序可以将高速运动摄像机记录的反光标记装置的运动状态换算成坐标的形式呈现，并且可以生成后续的模拟运动视频以及计算运动范围、速度以及加速度等相关参数。进一步地，所述的5台高速摄像机在实验场地中的布置方法不是任意的，而是按照所述配套运动分析程序中设定好的数值确定的，在所述配套运动分析程序中根据运动实验所需空间进行空间设定以及坐标系制定后，按照配套运动分析程序所给定的间距以及相互关系来将5台高速运动摄像机布置在运动实验空间的前后左右以及正上方。进一步地，所述的反光标记装置为一系列几何形状各异的刚体，针对不同体型的实验动物对象，有大、中、小三种系列的反光标记装置，每一个刚体上都安装有3颗及以上有反光涂层的球体，反光球体与刚体组成一个反光标记装置。进一步地，所述的被测体为实验动物，所述的反光标记装置可以贴附或穿戴在实验动物的四肢、上下颌骨以及脊柱上。进一步地，所述的用于处理所有运动数据的配套运动分析程序可利用实验动物的CT扫描影像将动物运动进行重建，不仅可满足步态分析需求，还可对实验动物的相关部分（如腿骨、关节等）进行有关运动速度、加速度以及运动范围等参数的局部分析，本分析程序可根据动物CT扫描影像建模，并生成动物运动视频以用于检查实验质量以及对相关参数的分析进行指导。有益效果本专利技术提供的用于动物的光学运动捕捉实验系统可以根据CT扫描影像重建动物运动，可提供直观的动物运动影像，并提供多样的运动参数，使实验结果丰富多样，可满足不同的实验要求。光学的运动捕捉系统的实验精度较高，本实验系统在实用高效的基础上，也同时保证了实验的精度。附图说明图1是运动捕捉实验系统示意图；图2是反光标记装置；图中1是高速摄像机，2是摄像机覆盖的试验区域，3是反光球，4是刚体，5是反光标记装置。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施中，提供一种用于动物的光学运动捕捉实验系统，如图1所示，所述的光学动物运动捕捉实验系统包括：高速摄像机（1），反光标记装置（5），以及用于处理所有运动数据的配套运动分析程序。根据在用于处理所有运动数据的配套运动分析程序中设定的空间坐标系，将5台高速运动摄像机（1）按照配套运动分析程序提供的空间参数分别布置在动物的四周以及正上方，形成一个无死角拍摄区域（2），以记录整个运动过程。反光标记装置（5）由一刚体（4）和四个反光球（3）组成，如图2所示，穿戴或贴附在被测体上，每一个反光标记装置的刚体几何形状都是唯一的，以确保在记录过程中其代表的不同部位的运动被清晰地识别。用于处理所有运动数据的配套运动分析程序可以将高速运动摄像机（1）记录的反光标记装置（5）的运动状态换算成坐标的形式呈现，利用实验动物的CT扫描数据可以生成后续的模拟运动视频，并可根据实验人员选择来计算实验动物相关骨骼或关节的运动范围、速度以及加速度等相关参数。其中，实验的开始与结束都是由用于处理所有运动数据的配套运动分析程序控制的，在实验结束前，实验人员无需进入试验区域（2）。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于动物的光学动物运动捕捉实验系统，其特征在于包括：/n高速摄像机，反光标记装置，以及用于处理所有运动数据的配套运动分析程序；/n所述的高速摄像机采用数量为5个，分别布置在运动区域的四周以及正上方，形成一个无死角拍摄区域，以记录整个运动过程；/n所述的反光标记装置由刚体和反光球组成，穿戴或贴附在被测体上，每个刚体上固定三个及以上的反光球，每一个反光标记装置的刚体几何形状都是唯一的，以确保在记录过程中其代表的不同部位的运动被清晰地识别；/n所述的用于处理所有运动数据的配套运动分析程序可以将高速摄像机记录的反光标记装置的运动状态换算成坐标的形式呈现，并且可以生成后续的模拟运动视频以及计算运动范围、速度以及加速度等相关参数。/n

【技术特征摘要】
1.用于动物的光学动物运动捕捉实验系统，其特征在于包括：
高速摄像机，反光标记装置，以及用于处理所有运动数据的配套运动分析程序；
所述的高速摄像机采用数量为5个，分别布置在运动区域的四周以及正上方，形成一个无死角拍摄区域，以记录整个运动过程；
所述的反光标记装置由刚体和反光球组成，穿戴或贴附在被测体上，每个刚体上固定三个及以上的反光球，每一个反光标记装置的刚体几何形状都是唯一的，以确保在记录过程中其代表的不同部位的运动被清晰地识别；
所述的用于处理所有运动数据的配套运动分析程序可以将高速摄像机记录的反光标记装置的运动状态换算成坐标的形式呈现，并且可以生成后续的模拟运动视频以及计算运动范围、速度以及加速度等相关参数。


2.根据权利要求1所述的5台高速摄像机在实验场地中的布置方法不是任意的，而是按照所述配套运动分析程序中设定好的数值确定的，在所述配套运动分析程序中根据运动实验所需空间进行空间设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘展，马赫迪，舒敬恒，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51