SpaceMocap在轨人体运动捕捉系统.docx

【SpaceMocap在轨人体运动捕捉系统】是中国首个针对航天员在微重力环境下的运动捕捉技术，它采用多台RGB-D相机为基础的计算机视觉系统。这套系统由LI You, WANG Chun-hui, YAN Qu, ZHANG Xiao-hu, 和 XIE Liang共同研发，旨在实现对人体姿态、运动学特性的准确测量，为航天人因工程提供关键数据。 在系统的工作流程中，首先在地面阶段，通过对航天员模型的扫描和相机内参数的标定来准备。在轨道上，3到4台相机被布置在航天器的角落，同步录制航天员执行任务的视频。地面处理阶段，运用相机外参数标定和ICP（迭代最近点）算法融合点云，接着利用深度神经网络检测人体关节点，初始化姿态参数，然后通过改进的ICP算法优化姿态，实现关节角度在连续图像中的精确追踪。 该系统已搭载TG-2升空，并对SZ-11航天员的任务视频进行了采集和处理，成功获取了在轨航天员的中性体位、占用空间及运动参数等重要数据。实验结果显示，运动捕捉的模型与点云有良好的重合度，关节点位置和关节角度的跟踪精度较高。 SpaceMocap系统的特点包括小型化、轻量化设计，无需在人体上粘贴标志点，具有非接触式测量、直观、高精度等优点，同时具备良好的抗遮挡能力，适应微重力和狭小空间的在轨应用。这一创新技术突破了传统光学和惯性运动捕捉的局限，例如标志点遮挡和系统庞大的问题，为长期在轨飞行的人因研究提供了新的工具和支持。 在太空环境中，人体姿态和运动学特性会发生显著变化，因此需要精准的测量方法来理解这些变化，以优化航天员的工作效率和健康。传统的测量方法如依赖照片分析或依赖于安装在人体上的传感器，都存在一定的局限性。而SpaceMocap则结合了计算机视觉技术，通过无标志点运动捕捉方法，实现了更高效、精确的人体姿态和运动追踪，有助于进一步研究失重对人体的影响，比如中性体位的变化。 随着技术的进步，如NASA的光电测试技术和ELITE/ELITE-S2系统，已经能够更深入地研究微重力下的人体姿态和运动。然而，SpaceMocap的出现，标志着中国在这一领域的技术创新，为未来太空探索和人机交互提供了强大的技术支持。通过“模型-数据”配准的位姿估计和跟踪，SpaceMocap有望持续推动航天员在轨活动研究的精确性和效率。