人体重量一维分布测量系统的精度保障与实用化研究

摘要

针对国家体育总局“人体重量一维分布识别系统研制及在我国运动员选材与训练中的应用”项目（2011B045）资助开发的“人体重量一维分布识别系统”的精度保障和实用化，本文重点研究了人体各环节定位的自动测量方法和测量姿态的优化以及实验方法的改进。
　　将双目立体视觉技术运用于系统人体环节点识别，解决了手动测量人体环节点空间几何位置工作量大、精度不高、重复性差、与力测量无法同步的问题。以系统的实用化为目标，运用VC++和OPENCV开源代码进行了系统软硬件的集成，并编写了人体特征信息录入、姿态测量、姿态矩阵计算、求解器、结果显示等模块，研究了步进电机、力传感器、双目相机平衡算法；使系统软件能够运用于实验测试；实现人体重量一维分布识别系统平衡自动控制、环节点高精度定位、自动求解功能。
　　人体姿态设计对人体重量一维分布识别十分重要。为了验证和优化各种识别算法，制作了人体钢板当量模型和模型支架；利用这套人体钢板铰接模型，对多种人体姿态组合及识别方法的识别精度进行了实验对比分析，并从理论上对其误差产生的原因进行了初步讨论。实验和理论分析表明，人体重量一维分布识别精度对人体姿态设计十分敏感。优化姿态设计对于保障测量精度非常重要：在综合考虑人体重量一维分布识别方法、力传感器精度保障、支点布局、滑块-步进电机控制、人体动作可行的基础上，选出了一组相对优化的测量姿态。用新的实验方法进行了人体当量模型验证。实验表明这套识别方法精度能够保障实验精度，使人体重量一维分布测量系统向实用性更进一步。

目录

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目录

1 绪论

1.1 背景和意义

1.2 人体惯性参数测量的研究方法

1.3 研究成果

1.4 本文工作

2 人体重量一维分布测量方法

2.1 徐铭陶理论模型简介

2.2 系统实用性改进

2.3 改进系统框架

3 环节点测量

3.1 相机单目标定

3.2 相机双目标定

3.3 图像畸变矫正

3.4 环节点特征识别

3.5 三维坐标计算

3.6 称重床系统坐标计算

3.7 测量实用性验证

4 系统集成

4.1 步进电机标定

4.2 力传感器标定

4.3 力传感器信号波动的抑制

4.4 系统平衡算法

4.5 系统集成

4.6 系统平衡误差验证

5 实验验证及问题分析

5.1 人体钢板模型

5.2 全参量整体识别实验

5.3 实验问题分析

5.4 修改模型分析

5.5 问题总结

6 渐进局部识别方案

6.1 实验对比分析

6.2 渐进局部识别方法

6.3 渐进局部识别法测量

6.4 误差及摄动量分析

6.5 本章小结

7 总结和展望

7.1 本文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果