二維運動圖像解析(SIMI)

1、平面運動圖象解析步驟打開程序：雙擊simi motion/creat a new project/create and save選擇你要保存的位置-save平面圖像解析的步驟：一、建模（creating a sepcification）二、坐標(biāo)換算（calibrating the camera）三、打點（獲取象坐標(biāo),capturing the image coordinates）四、數(shù)值計算（calculating the scaled 2-D coordinates）五、數(shù)據(jù)輸出（presenting the data）一、 建模（creating a sepcification）建模的目的

2、就是把人體簡化為多剛體模型，通過選擇相應(yīng)的關(guān)節(jié)點并對關(guān)節(jié)點進行連線，從而形成人體棍圖模型。建模塊包括2項內(nèi)容：A編輯坐標(biāo)點(edit points)；B連接坐標(biāo)點(connections)A編輯坐標(biāo)點：操作：Specification-points-(左鍵按住拖拽至右邊黑色區(qū)域，或者在上單擊右鍵-edit)a. 把左側(cè)的predefined欄中已設(shè)置的點拖拽到右邊的uesed points欄中b. 對選擇后的坐標(biāo)點的名稱和顏色進行編輯：在所選坐標(biāo)點上右擊-property,進行編輯c. 編輯軟件中未設(shè)置的關(guān)節(jié)點：在uesed points欄里的空隙處點擊右鍵，選擇add添加新的關(guān)節(jié)點，并編輯坐

3、標(biāo)點B 連接坐標(biāo)點： 兩個坐標(biāo)點連接就會形成一個人體的環(huán)節(jié)，程序有默認的常規(guī)的環(huán)節(jié)的連線，如大腿是髖關(guān)節(jié)點與膝關(guān)節(jié)點的連線。出于分析的需要，需要在某些關(guān)節(jié)點之間建立連線，此時需要我們添加新的連接，方法如下：操作：將左鍵按住拖拽到右邊的灰色區(qū)域（或者在其上右擊后選擇edit）New connections編輯連接名(例如頭-腳跟)選擇起始點（starting point）-line to 結(jié)束點/apply如果需要在單個點的周圍劃圈，則只需要選circle with radius，確定圓圈大小即可。二、坐標(biāo)換算（calibrating the camera）在影片中，我們?nèi)绾尾拍苤烙捌械娜嗽?/p>

4、實際的空間中運動了多長的實際距離？坐標(biāo)換算就是實現(xiàn)這個功能的。通過一個比例尺，把實際的空間距離與影片內(nèi)的象坐標(biāo)統(tǒng)一起來。把影片中的人運動的實際距離還原出來。就好比中國地圖一樣，在地圖上走了1厘米就可能相當(dāng)于走了1公里。因此做進行坐標(biāo)換算非常重要。在進行坐標(biāo)換算時需要注意：1) 坐標(biāo)換算必須在圖片解析之前。2) 被標(biāo)定的物體必須是預(yù)先在運動現(xiàn)場設(shè)置的有既定高度和長度的比例尺。3) 運動個體的運動范圍都必須在校準(zhǔn)后的平面內(nèi)運動，即比例尺所在的平面必須與運動員的運動平面重合4) 校準(zhǔn)系統(tǒng)是根據(jù)比例尺的形狀進行設(shè)置的，最簡單的就是確定距離法。5) 校準(zhǔn)出現(xiàn)錯誤會影響到所有影片解析的精確度。6) 比例尺

5、的拍攝一般是在運動前后進行的，二維分析的比例尺拍攝只需要一幅圖片即可。在上右擊add camera, 在新添加的camera,在左側(cè)的模塊欄中出現(xiàn)兩個文件夾，原始數(shù)據(jù)（aw data）和Filtered data(平滑后數(shù)據(jù))，第一個文件夾包含了所有坐標(biāo)點的原始數(shù)據(jù)，第二個文件夾包含了所有坐標(biāo)點的平滑后的數(shù)據(jù)。操作：在上右擊add camera在 2d calibration 模塊中select file/open existing file/apply/2d calibration/edit選擇相應(yīng)形狀的比例尺-填寫比例尺的長度或高度等-在比例尺上打點-apply打開一個預(yù)先拍攝好的比例尺圖

6、象/選擇后點擊apply注意:Mirror-鏡像Swap field order-（改變場序）PAL的有可能會移動一場畫面,會造成畫面交錯，這個功能可以還原回?zé)o交錯的畫面，避免出現(xiàn)鋸齒狀的數(shù)據(jù)。Offset correction-偏差校正編輯比例尺形狀有四種不同形狀的比例尺的設(shè)置1、Calibration with horizontal/vertical distance:通過一個水平長度和一個垂直長度來定義比例尺這個需要輸入水平比例尺和垂直比例尺的長度。2、Calibration with free distance: 通過空間中任意兩點的長度來確定比例尺（需要輸入兩點之間的長度）3、Cal

7、ibration with four points:通過圖象上的四個點來確定比例尺，任意三個點的連線要成一個角度，最好的就是用一個矩形來作比例尺。此時要確定這四個點的坐標(biāo)，以及把四個點用線連接起來。如：連成一個回環(huán)。4、Calibration with grid of points : 用一些點來確定比例尺。Pixel aspect ratio h/v 像素高寬比。如果知道的話可以輸入這個數(shù)值，使校準(zhǔn)結(jié)果更加精確，否則不要改動這個數(shù)值。Save as default：將這個設(shè)置設(shè)為默認的設(shè)置。、 Calibration with horizontal/vertical distance:把當(dāng)前

8、設(shè)置作為默認模板保存導(dǎo)入其他比例尺模板把當(dāng)前設(shè)定作為模板輸出建立點間連線上面兩個是垂直線的上下點，下面兩個是水平線的上下點輸入水平距離和垂直距離平面比例尺的二維坐標(biāo)兩點之間距離三、打點（獲取象坐標(biāo),capturing the image coordinates）打點的目的就是在運動圖象上確定人體的關(guān)節(jié)點并標(biāo)記出來，從而把運動的圖象數(shù)字化，為下面的數(shù)值計算打下基礎(chǔ)。打點有兩種方式，手動打點和自動打點，一般來說，自動打點要事先在運動員的身上設(shè)置反光球。在Tracking 模塊中選擇：select file-open existing file-apply-tracking-apply-tracki

9、ng-開始打點同步點的設(shè)置，在三維持圖象分析或圖象與動力學(xué)信號同步分析中具有非常重要的作用通過聲音信號同步通過光學(xué)信號同步手動設(shè)置分析起始點或信號同步點選擇開始打點的畫面：目的：選擇興趣部分解析（用于二維圖象解析）。目的：用于多角度立體拍攝時幾個圖象文件的同步分析?？梢酝ㄟ^拖拉時間條、或者通過預(yù)設(shè)的光信號或聲音信號來同步。打點：根據(jù)人體關(guān)節(jié)點定位的規(guī)則進行打點四、數(shù)值計算（calculating the scaled 2-D coordinates）A計算人體重心操作：project/center of gravity-選擇center of gravity(hanavan)-assign-是

10、-assign-okB.角度計算操作：project-add angle-選擇坐標(biāo)點-ok注意：程序按逆時針方向計算角度，因此在設(shè)置角度的時候要小心設(shè)置起始的環(huán)節(jié)與結(jié)束的環(huán)節(jié)的順序。例如，對膝關(guān)節(jié)角度進行定義的時候，第1-3個點應(yīng)分別是 踝關(guān)節(jié)點-膝關(guān)節(jié)點-髖關(guān)節(jié)點。填寫關(guān)節(jié)角度名稱第1-3個關(guān)節(jié)點Project/ add angle從上向下分別為：角度角速度角加速度數(shù)據(jù)處理與顯示：數(shù)據(jù)的顯示方式由三種：、 棍圖（line drawing）、 曲線圖（graph）、 其他方式（TXT文本方式等）一、 棍圖顯示：可以形象的表示運動。A 復(fù)制棍圖，在棍圖上右擊可以復(fù)制棍圖到其他的例如OFFICE等

11、程序中。B定點軌跡跟蹤（point tracing）有一些特別的點可以用特殊的方式來表示，這種方式就是定點軌跡跟蹤。通過定點軌跡跟蹤可以很容易的發(fā)現(xiàn)該坐標(biāo)點在運動中的異常數(shù)據(jù)。操作：在棍圖或運動圖象上右擊，選擇trace of points選擇跟蹤的區(qū)域（from which frame to which frame兩個框都選擇后，除了操作者感興趣的區(qū)域內(nèi)會有連續(xù)的點出現(xiàn)，在該區(qū)域前后的部分圖片該點的坐標(biāo)也受到跟蹤）、要跟蹤的點，以及對所跟蹤的坐標(biāo)點的顏色進行編輯（modify default color）-automatic/default color/apply/close這樣就可以在一副

12、圖片中顯示該點在整個運動過程中的坐標(biāo)的變化。C 跟蹤連接線（tracing of connecting lines） 基本上對連接線的跟蹤與定點的軌跡跟蹤一致。操作：棍圖上又擊trace of connection-選擇要跟蹤的線段點擊右邊的按紐再次點擊要跟蹤的線段-在線段名稱的左邊會出現(xiàn) A或C的字符，可以嘗試改變默認顏色apply-close如果是高速攝像的話，兩幅跟蹤圖片之間間隔的圖片要適當(dāng)增多（frame rate）。注：圖片與上邊的類似棍圖屬性設(shè)置（properties）操作：在棍圖上右擊properties調(diào)整棍圖顯示方式特征畫面的選擇-Static clip多幅連續(xù)靜態(tài)圖片演示操

13、作：該功能與shadow 功能混合使用，在棍圖上右擊，選擇static clip, 調(diào)整圖象之間的寬度，在圖象上按F12， 打開第二個棍圖，按向右的箭頭選擇特征圖片，在static clip 棍圖上點擊F12， 每選擇一幅圖片都要點一次F12。 曲線圖顯示方式： 計算后的數(shù)據(jù)列可以以曲線圖的方式進行計算或分析。通過拖拽的方式添加或者減少數(shù)據(jù)列、 通過拖拽左邊的數(shù)據(jù)模塊到右邊的灰色區(qū)域就可以顯示相應(yīng)的曲線圖，該曲線圖可以拷貝到其他程序例如OFFICE文件中。、 設(shè)置時間點（set time position）選擇開始點，time=0(從該點開始計算時間)，在特征點（最大值、最小值、交點）附近按就

14、可以得到該處的時間點。、 屬性設(shè)置（properties） 所有的重要的關(guān)于曲線圖的設(shè)置都在這個窗口完成。設(shè)置背景顏色，以百分比的方式顯示（ display percentage）Dynamic plotting 同步曲線與運動。 Text-legend 顯示圖例及其位置的設(shè)定曲線圖單位更改：操作：在曲線圖上右鍵/property/text/ text of Y axis(更改)/ok單位不正確從這里改數(shù)據(jù)輸出：edit/export/windows clipboard/ 添加數(shù)據(jù)/export-打開excel 拷入數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)按ctrl+v 粘貼數(shù)據(jù)，然后把時間添上，如果拍攝速度為50幅/秒

15、，那么兩幅圖片的時間間隔就是0.02秒。根據(jù)數(shù)據(jù)作成表格，實現(xiàn)數(shù)據(jù)再現(xiàn)。用這種方法可以輸出所有的數(shù)據(jù)制作avi影片，首先把棍圖、運動圖象和曲線圖拖出來，然后在運動圖象上右鍵-write to clip選擇templete 640*480在圖里面的四個區(qū)域的空白區(qū)域中左鍵單擊assign view出現(xiàn)一個帶問號的箭頭，在棍圖或曲線圖上單擊-選擇影片的開始和結(jié)束點-選擇影片的播放速度ok選擇影片播放速度，一般25選擇影片開始和結(jié)束點在圖象上顯示棍圖:在圖上點右鍵/show stick diagram其他功能4 動畫播放（animation）- project animation(或者A start

16、, + - 調(diào)整速度) 6 創(chuàng)造連續(xù)圖象Create sequence of imagesView new sequence of images- -select timetable-選擇一個時間點或者選擇一系列時間點，interval-兩幅圖片之間間隔的時間，count-圖片的數(shù)量-select view-出現(xiàn)問號點擊曲線圖或者圖象或者棍圖出現(xiàn)連續(xù)圖象。如果是影片文件選擇的圖片上右鍵選擇stroboscope-在同一幅圖片上制造連續(xù)圖象。顯示影片圖象文件按住拖拽或者右鍵三維圖像解析部分資料進行三維圖像分析需要三種設(shè)備、 至少有2臺攝像機，并且兩臺攝像機之間的角度在60-120度之間。、 這兩

17、臺攝像機能夠同時開始拍攝（有相應(yīng)同步信號的能力）。、 三維空間坐標(biāo)校準(zhǔn)系統(tǒng)（三維空間框架）。運動圖像解析過程中三個造成誤差的主要原因、 關(guān)節(jié)點不清晰。、 關(guān)節(jié)點與背景顏色太相近。、 關(guān)節(jié)點被遮擋。解決方法：、 扎實的人體解剖學(xué)基礎(chǔ)可以把誤差最小化、 事先用與周圍環(huán)境區(qū)分明顯的顏色或反光球在關(guān)節(jié)點上做標(biāo)記、 正確估計關(guān)節(jié)中心的位置。3D 圖象分析包括以下幾步：1 建模（creating a sepcification）3 坐標(biāo)換算（calibrating the camera）4 打點（獲取象坐標(biāo),capturing the image coordinates）5 標(biāo)定后的三維坐標(biāo)的計算（cal

18、culating the scaled 3-D coordinates）6 數(shù)據(jù)輸出（presenting the data）一、 坐標(biāo)換算：基本原則：許多運動需要進行空間分析，因為景深也是一個重要的因素。有兩個方面是空間分析所必須的。1必須是兩臺或更多的攝象機從不同的角度拍攝，2 必須要一個三維空間參考體（三維框架）。離標(biāo)定的空間距離越遠的關(guān)節(jié)點其坐標(biāo)的精確度就越差。三維空間框架要盡可能的占滿整個空間（或者說讓物體的運動一直處于標(biāo)定的空間之內(nèi)）攝象機的位置可以自由選擇，特別的是，攝象機的高度不需要一樣高，如果只有兩臺攝象機的話，那這兩臺攝象機形成的夾角處于60-120度范圍內(nèi)。使用的攝象機越多，可以降低誤差，使數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。例如，拍攝推鉛球的三維圖象，一般是1個在左，一個在右，也可以在運動物體的上方加