课程：

• 1、动作捕捉技术原理
• 2、高精度定位怎么实现
• 3、动作捕捉的介绍
• 4、高精度定位系统功能是如何实现的？

动作捕捉技术原理

截止到今天，常见的动作捕捉技术从原理上说可分为以下五种：光学式，惯性式，机械式，声学式，电磁式。

1）光学式动作捕捉，顾名思义，是通过光学原理来完场物体的捕捉和定位的。是通过光学镜头捕捉固定在人体或是物体上面的marker的位置信息来完成动作姿态捕捉。光学式动作捕捉依靠一整套精密而复杂的光学摄像头来实现，它通过计算机视觉原理，由多个高速摄像机从不同角度对目标特征点进行跟踪来完成全身的动作的捕捉。光学动作捕捉可分为被动式和主动式两种。这个分类是从marker来区别的。主动式是指marker是主动发光甚至可以自带ID编码的，这样镜头在视野中可以通过marker自身发光来观测它，并记录捕捉到其的运动轨迹。而被动式光学动作捕捉是通过镜头本身自带的灯板发出特定波长的红外光，照射到marker上，marker是通过特殊反光处理，可以反射镜头灯板发出的红外光，这样镜头就能在视野里捕捉记录该marker的运动轨迹。

四足仿生机器人的步态优化

2）惯性动作捕捉则是采用惯性导航传感器AHRS(航姿参考系统)、IMU(惯性测量单元)测量被捕捉者或物体的运动加速度、方位、倾斜角等特性。惯性动作捕捉需要各类无线控件，电池组，传感器等一些配件。类似一个整装衣服穿在身上，通过各个部位的传感器来捕捉人体或物体的数据。

3）机械式动作捕捉系统依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。典型的系统由多个关节和刚性连杆组成，在可转动的关节中装有角度传感器，可以测得关节转动角度的变化情况。装置运动时，根据角度传感器所测得的角度变化和连杆的长度，可以得出杆件末端点在空间中的位置和运动轨迹。

4）声学式动作捕捉系统一般由发送装置、接收系统和处理系统组成。发送装置一般是指超声波发生器，接收系统一般由三个以上的超声探头组成。通过测量声波从一个发送装置到传感器的时间或者相位差，确定到接受传感器的距离，由三个呈三角排列的接收传感器得到的距离信息解算出超声发生器到接收器的位置和方向。

5）电磁式动作捕捉系统一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场；接收传感器安置在表演者身体的关键位置，随着表演者的动作在电磁场中运动,接收传感器将接收到的信号通过电缆或无线方式传送给处理单元，根据这些信号可以解算出每个传感器的空间位置和方向。

高精度定位怎么实现

从市场需求来说，定位的精度是越高越好，所以，所有的定位技术也在精度方面不断地进行突破，而成本也在产业规模化之后逐渐地降低，“高精度、低成本”的定位方案无疑是未来市场的趋势。本篇SKYLAB君就来为大家简单介绍几款高精度、低成本的室内外定位方案。

基于GNSS定位模块的室外定位方案：

高精度定位的实现

基于GNSS定位模块的高精度室外定位方案

为满足物联网产业链中不断增长的高精度室外位置服务需求，SKYLAB GNSS软件、硬件研发团队创新推出了两款高性能、小尺寸的高精度定位模块SKG12UR和高精度G-Mouse SKM2101MR，内置RTK算法，配合全国北斗增强网的高精度定位服务，GPS/BDS/GLONASS多系统的联动模式，可以通过对观测值各项误差精密建模、估计及消除，可最终实现实时厘米级精度定位。

高精度定位模块SKG12UR和高精度G-Mouse SKM2101MR主要用于高精度位置信息服务，尤其是对精度要求比较高的特定行业，如：智能交通汽车无人驾驶、精准农业农机无人驾驶、无人机应用、机器人割草机应用、共享单车监管应用等产品。

基于UWB技术的高精度室内定位方案：

UWB的定位原理和卫星导航定位原理很相似。如下图，天上的卫星坐标为已知，地上的接收设备同时接收到四个卫星信号就能确定自己的位置坐标（平面和高程坐标）。UWB的定位原理就是通过在室内布置4个已知坐标的定位基站，需要定位的人员或者设备携带定位标签，标签按照一定的频率发射脉冲，不断和四个已知位置的基站进行测距，通过一定的算法精确的计算定位标签的位置。

UWB定位原理

相比WiFi、蓝牙、红外线等室内定位技术，UWB室内定位具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。基于UWB的室内定位方案正在逐步渗透机场、展厅、 写字楼、仓库、地下停车、监狱、军事训练基地等需要使用准确的室内定位信息的应用。

动作捕捉的介绍

动作捕捉字面意思可以直观地理解为通过各种技术手段记录被观察对象（人或物，或是动物）的动作，并做有效的处理。从专业角度来看，动作捕捉是一项能够实时地准确测量、记录运动物体在实际三维空间中的各类运动轨迹和姿态，并在虚拟三维空间中重构这个物体每个时刻运动状态的高新技术。

既然是一项技术，那么总是有各类不同方式实现这项技术的。动作捕捉技术现阶段可以分为以下几种：光学式，惯性式，机械式，声学式，电磁式。

光学式动作捕捉，顾名思义，是通过光学原理来完场物体的捕捉和定位的。是通过光学镜头捕捉固定在人体或是物体上面的marker的位置信息来完成动作姿态捕捉。光学式动作捕捉依靠一整套精密而复杂的光学摄像头来实现，它通过计算机视觉原理，由多个高速摄像机从不同角度对目标特征点进行跟踪来完成全身的动作的捕捉。光学动作捕捉可分为被动式和主动式两种。这个分类是从marker来区别的。主动式是指marker是主动发光甚至可以自带ID编码的，这样镜头在视野中可以通过marker自身发光来观测它，并记录捕捉到其的运动轨迹。而被动式光学动作捕捉是通过镜头本身自带的灯板发出特定波长的红外光，照射到marker上，marker是通过特殊反光处理，可以反射镜头灯板发出的红外光，这样镜头就能在视野里捕捉记录该marker的运动轨迹。

惯性动作捕捉则是采用惯性导航传感器AHRS(航姿参考系统)、IMU(惯性测量单元)测量被捕捉者或物体的运动加速度、方位、倾斜角等特性。惯性动作捕捉需要各类无线控件，电池组，传感器等一些配件。类似一个整装衣服穿在身上，通过各个部位的传感器来捕捉人体或物体的数据。

目前主流的动作捕捉技术是惯性动作捕捉与光学动作捕捉。光学动作捕捉中，由于主动式marker需要供电，在固定marker时需要的配件和线路会影响使用，所以现在主流使用的光学动作捕捉几乎为被动式光学动捕。与被动式光学动作捕捉亚毫米级的精度相比，惯性动作捕捉的误差随着时间而累积，精度上不如被动式光学动作捕捉；在使用环境上，由于惯性动作捕捉的传感器长时间暴露在磁场中可能会造成传感器磁化，所以在使用时要远离磁场（包括但不限于电脑、键盘、电视等）。在自动化控制、运动分析、步态分析、虚拟现实、人机工效、影视动画等领域，被动式光学动作捕捉往往更具优势。考虑到惯性动作捕捉相对被动式光学动作捕捉具有的价格优势，在一些对精度要求不那么高的领域（如部分电影电视中的人群的动作捕捉），往往会选用惯性动作捕捉。

高精度定位系统功能是如何实现的？

从市场需求来说，定位的精度是越高越好，所以，所有的定位技术也在精度方面不断地进行突破，而成本也在产业规模化之后逐渐地降低，“高精度、低成本”的定位方案无疑是未来市场的趋势。本篇SKYLAB君就来为大家简单介绍几款高精度、低成本的室内外定位方案。

基于GNSS定位模块的室外定位方案：

GPS定位，目前市场中GPS定位是最常见的，它信号好、定位精度高、使用范围广，几乎所有需要定位的设备都会优先使用GPS定位。像SKYLAB的GPS模块，在有AGPS或EPO辅助定位的情况下，冷启动速度已经能控制在23s左右了，温启动在2-3s，热启动更是小于1s。北斗定位，北斗定位原理跟GPS是一样的，都是根据天上的卫星来确定当前的位置的。北斗三号性能在北斗二号的基础上，提升了1至2倍的定位精度，建成后的北斗全球导航系统将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务。目前，SKYLAB的北斗模块(多模)的独立定位精度为3M，基于星基增强系统的情况下，定位精度能达到2.5M。

基于UWB技术的高精度室内定位方案：

UWB的定位原理和卫星导航定位原理很相似。如下图，天上的卫星坐标为已知，地上的接收设备同时接收到四个卫星信号就能确定自己的位置坐标（平面和高程坐标）。UWB的定位原理就是通过在室内布置4个已知坐标的定位基站，需要定位的人员或者设备携带定位标签，标签按照一定的频率发射脉冲，不断和四个已知位置的基站进行测距，通过一定的算法精确的计算定位标签的位置。

相比WiFi、蓝牙、红外线等室内定位技术，UWB室内定位具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。基于UWB的室内定位方案正在逐步渗透机场、展厅、 写字楼、仓库、地下停车、监狱、军事训练基地等需要使用准确的室内定位信息的应用。

目前，天工测控的室内定位解决方案多以定制开发为主，毕竟各个行业领域的客户应用需求各有不同。如