二維運(yùn)動(dòng)圖像解析(SIMI)

1、平面運(yùn)動(dòng)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(diǎn)（獲取象坐標(biāo),capturing the image coordinates）四、數(shù)值計(jì)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(jiǎn)化為多剛體模型，通過選擇相應(yīng)的關(guān)節(jié)點(diǎn)并對(duì)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連線，從而形成人體棍圖模型。建模塊包括2項(xiàng)內(nèi)容：A編輯坐標(biāo)點(diǎn)(edit points)；B連接坐標(biāo)點(diǎn)(connections)A編輯坐標(biāo)點(diǎn)：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(diǎn)拖拽到右邊的uesed points欄中b. 對(duì)選擇后的坐標(biāo)點(diǎn)的名稱和顏色進(jìn)行編輯：在所選坐標(biāo)點(diǎn)上右擊-property,進(jìn)行編輯c. 編輯軟件中未設(shè)置的關(guān)節(jié)點(diǎn)：在uesed points欄里的空隙處點(diǎn)擊右鍵，選擇add添加新的關(guān)節(jié)點(diǎn)，并編輯坐

3、標(biāo)點(diǎn)B 連接坐標(biāo)點(diǎn)： 兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)連接就會(huì)形成一個(gè)人體的環(huán)節(jié)，程序有默認(rèn)的常規(guī)的環(huán)節(jié)的連線，如大腿是髖關(guān)節(jié)點(diǎn)與膝關(guān)節(jié)點(diǎn)的連線。出于分析的需要，需要在某些關(guān)節(jié)點(diǎn)之間建立連線，此時(shí)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(diǎn)（starting point）-line to 結(jié)束點(diǎn)/apply如果需要在單個(gè)點(diǎn)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(shí)際的空間中運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)的實(shí)際距離？坐標(biāo)換算就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的。通過一個(gè)比例尺，把實(shí)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(yùn)動(dòng)的實(shí)際距離還原出來。就好比中國(guó)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(jìn)行坐標(biāo)換算非常重要。在進(jìn)行坐標(biāo)換算時(shí)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(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的有既定高度和長(zhǎng)度的比例尺。3) 運(yùn)動(dòng)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)范圍都必須在校準(zhǔn)后的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，即比例尺所在的平面必須與運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)平面重合4) 校準(zhǔn)系統(tǒng)是根據(jù)比例尺的形狀進(jìn)行設(shè)置的，最簡(jiǎn)單的就是確定距離法。5) 校準(zhǔn)出現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)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(yùn)動(dòng)前后進(jìn)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(gè)文件夾，原始數(shù)據(jù)（aw data）和Filtered data(平滑后數(shù)據(jù))，第一個(gè)文件夾包含了所有坐標(biāo)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)，第二個(gè)文件夾包含了所有坐標(biāo)點(diǎn)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(zhǎng)度或高度等-在比例尺上打點(diǎn)-apply打開一個(gè)預(yù)先拍攝好的比例尺圖

6、象/選擇后點(diǎn)擊apply注意:Mirror-鏡像Swap field order-（改變場(chǎng)序）PAL的有可能會(huì)移動(dòng)一場(chǎng)畫面,會(huì)造成畫面交錯(cuò)，這個(gè)功能可以還原回?zé)o交錯(cuò)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(gè)水平長(zhǎng)度和一個(gè)垂直長(zhǎng)度來定義比例尺這個(gè)需要輸入水平比例尺和垂直比例尺的長(zhǎng)度。2、Calibration with free distance: 通過空間中任意兩點(diǎn)的長(zhǎng)度來確定比例尺（需要輸入兩點(diǎn)之間的長(zhǎng)度）3、Cal

7、ibration with four points:通過圖象上的四個(gè)點(diǎn)來確定比例尺，任意三個(gè)點(diǎn)的連線要成一個(gè)角度，最好的就是用一個(gè)矩形來作比例尺。此時(shí)要確定這四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，以及把四個(gè)點(diǎn)用線連接起來。如：連成一個(gè)回環(huán)。4、Calibration with grid of points : 用一些點(diǎn)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(gè)數(shù)值，使校準(zhǔn)結(jié)果更加精確，否則不要改動(dòng)這個(gè)數(shù)值。Save as default：將這個(gè)設(shè)置設(shè)為默認(rèn)的設(shè)置。、 Calibration with horizontal/vertical distance:把當(dāng)前

8、設(shè)置作為默認(rèn)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(diǎn)間連線上面兩個(gè)是垂直線的上下點(diǎn)，下面兩個(gè)是水平線的上下點(diǎn)輸入水平距離和垂直距離平面比例尺的二維坐標(biāo)兩點(diǎn)之間距離三、打點(diǎn)（獲取象坐標(biāo),capturing the image coordinates）打點(diǎn)的目的就是在運(yùn)動(dòng)圖象上確定人體的關(guān)節(jié)點(diǎn)并標(biāo)記出來，從而把運(yùn)動(dòng)的圖象數(shù)字化，為下面的數(shù)值計(jì)算打下基礎(chǔ)。打點(diǎn)有兩種方式，手動(dòng)打點(diǎn)和自動(dòng)打點(diǎn)，一般來說，自動(dòng)打點(diǎn)要事先在運(yùn)動(dòng)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(diǎn)同步點(diǎn)的設(shè)置，在三維持圖象分析或圖象與動(dòng)力學(xué)信號(hào)同步分析中具有非常重要的作用通過聲音信號(hào)同步通過光學(xué)信號(hào)同步手動(dòng)設(shè)置分析起始點(diǎn)或信號(hào)同步點(diǎn)選擇開始打點(diǎn)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(shí)幾個(gè)圖象文件的同步分析?？梢酝ㄟ^拖拉時(shí)間條、或者通過預(yù)設(shè)的光信號(hào)或聲音信號(hào)來同步。打點(diǎn)：根據(jù)人體關(guān)節(jié)點(diǎn)定位的規(guī)則進(jìn)行打點(diǎn)四、數(shù)值計(jì)算（calculating the scaled 2-D coordinates）A計(jì)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(jì)算操作：project-add angle-選擇坐標(biāo)點(diǎn)-ok注意：程序按逆時(shí)針方向計(jì)算角度，因此在設(shè)置角度的時(shí)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(duì)膝關(guān)節(jié)角度進(jìn)行定義的時(shí)候，第1-3個(gè)點(diǎn)應(yīng)分別是 踝關(guān)節(jié)點(diǎn)-膝關(guān)節(jié)點(diǎn)-髖關(guān)節(jié)點(diǎn)。填寫關(guān)節(jié)角度名稱第1-3個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(yùn)動(dòng)。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(diǎn)軌跡跟蹤（point tracing）有一些特別的點(diǎn)可以用特殊的方式來表示，這種方式就是定點(diǎn)軌跡跟蹤。通過定點(diǎn)軌跡跟蹤可以很容易的發(fā)現(xiàn)該坐標(biāo)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中的異常數(shù)據(jù)。操作：在棍圖或運(yùn)動(dòng)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(gè)框都選擇后，除了操作者感興趣的區(qū)域內(nèi)會(huì)有連續(xù)的點(diǎn)出現(xiàn)，在該區(qū)域前后的部分圖片該點(diǎn)的坐標(biāo)也受到跟蹤）、要跟蹤的點(diǎn)，以及對(duì)所跟蹤的坐標(biāo)點(diǎn)的顏色進(jìn)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(diǎn)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的坐標(biāo)的變化。C 跟蹤連接線（tracing of connecting lines） 基本上對(duì)連接線的跟蹤與定點(diǎn)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(diǎn)擊右邊的按紐再次點(diǎn)擊要跟蹤的線段-在線段名稱的左邊會(huì)出現(xiàn) A或C的字符，可以嘗試改變默認(rèn)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(gè)棍圖，按向右的箭頭選擇特征圖片，在static clip 棍圖上點(diǎn)擊F12， 每選擇一幅圖片都要點(diǎn)一次F12。 曲線圖顯示方式： 計(jì)算后的數(shù)據(jù)列可以以曲線圖的方式進(jìn)行計(jì)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(shí)間點(diǎn)（set time position）選擇開始點(diǎn)，time=0(從該點(diǎn)開始計(jì)算時(shí)間)，在特征點(diǎn)（最大值、最小值、交點(diǎn)）附近按就

14、可以得到該處的時(shí)間點(diǎn)。、 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(gè)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(yùn)動(dòng)。 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(shí)間添上，如果拍攝速度為50幅/秒

15、，那么兩幅圖片的時(shí)間間隔就是0.02秒。根據(jù)數(shù)據(jù)作成表格，實(shí)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(yùn)動(dòng)圖象和曲線圖拖出來，然后在運(yùn)動(dòng)圖象上右鍵-write to clip選擇templete 640*480在圖里面的四個(gè)區(qū)域的空白區(qū)域中左鍵單擊assign view出現(xiàn)一個(gè)帶問號(hào)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(diǎn)-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(diǎn)在圖象上顯示棍圖:在圖上點(diǎn)右鍵/show stick diagram其他功能4 動(dòng)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(gè)時(shí)間點(diǎn)或者選擇一系列時(shí)間點(diǎn)，interval-兩幅圖片之間間隔的時(shí)間，count-圖片的數(shù)量-select view-出現(xiàn)問號(hào)點(diǎn)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(jìn)行三維圖像分析需要三種設(shè)備、 至少有2臺(tái)攝像機(jī)，并且兩臺(tái)攝像機(jī)之間的角度在60-120度之間。、 這兩

17、臺(tái)攝像機(jī)能夠同時(shí)開始拍攝（有相應(yīng)同步信號(hào)的能力）。、 三維空間坐標(biāo)校準(zhǔn)系統(tǒng)（三維空間框架）。運(yùn)動(dòng)圖像解析過程中三個(gè)造成誤差的主要原因、 關(guān)節(jié)點(diǎn)不清晰。、 關(guān)節(jié)點(diǎn)與背景顏色太相近。、 關(guān)節(jié)點(diǎn)被遮擋。解決方法：、 扎實(shí)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(diǎn)上做標(biāo)記、 正確估計(jì)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(diǎn)（獲取象坐標(biāo),capturing the image coordinates）5 標(biāo)定后的三維坐標(biāo)的計(jì)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(yùn)動(dòng)需要進(jìn)行空間分析，因?yàn)榫吧钜彩且粋€(gè)重要的因素。有兩個(gè)方面是空間分析所必須的。1必須是兩臺(tái)或更多的攝象機(jī)從不同的角度拍攝，2 必須要一個(gè)三維空間參考體（三維框架）。離標(biāo)定的空間距離越遠(yuǎn)的關(guān)節(jié)點(diǎn)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(gè)空間（或者說讓物體的運(yùn)動(dòng)一直處于標(biāo)定的空間之內(nèi)）攝象機(jī)的位置可以自由選擇，特別的是，攝象機(jī)的高度不需要一樣高，如果只有兩臺(tái)攝象機(jī)的話，那這兩臺(tái)攝象機(jī)形成的夾角處于60-120度范圍內(nèi)。使用的攝象機(jī)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(gè)在左，一個(gè)在右，也可以在運(yùn)動(dòng)物體的上方加