基于MEMS惯性传感器的人体运动感知技术研究(3)
画设计的参照帧，其工作原理为利用镜子将被测对象的人体姿态投影到电脑屏幕上，电脑再
利用相应的软件即可得到所需信息[2]
。 人体运动传感技术在近年来得到了高速的发展， 许多领
域也陆续开始使用人体传感技术以增强自己的市场竞争力， 如游戏、影视、高危作业等领域，
许多公司也研发出了民用的运动传感设备，如Xsens Technologies、任天堂、威康等。
1.2.1 人体运动检测的发展与成果
国外方面，美国在现今一直在研究处于世界科技前沿的外骨骼计划。该计划主要用于通
过机械的力量来帮助人类在不丧失灵活性的状态下大幅度提高人体的力量，使得人体可以举
起更重的物体，背起更重的物体而感觉不到负重，特别是用在士兵身上可以大幅度提高士兵
的作战能力[3]
。而实现该功能的一项关键技术就是人体运动的检测，所以，现在各国的许多科
研机构和单位都专门对此项技术进行了专门的研究。
从外骨骼方面发展方面看，国外在人体运动检测上已经有了比较成熟的研究，美国的“勇
士织衣”外骨骼装甲(图 1.3)，法国的“大力神”外骨骼装甲（图1.4）以及俄罗斯的“士兵-21”外
骨骼装甲，国内现在的人体运动检测的研究还处于初级阶段，还有着许多问题需要解决。 1.2.2 传感器分类
从工作原理上来看，人体运动传感器分为机械式、电磁式、超声波式、光学式和惯性式
这五种[4]
。机械式人体运动传感器的构成主要是刚性连接件和关节，此类传感器通过获取关节
角度和刚性连接件的长度数据，经过相应的计算即可得到刚性连接件末端所处的空间位置。
机械式价格合理、使用方便但精度不高、不灵活，所以应用并不广泛。电磁式人体运动传感
器的构成通常为数据处理模块、电磁发生设备和接收传感器,电磁发生设备会在空间中产生电
磁场，该电磁场是分布稳定的，被测对象需要在某一位置安装接收传感器，当被测对象运动
时，接收传感器会接收到磁场的变化，其位置会通过数据处理模块根据磁场变化来分析来计
算得出，但有一个限制条件，即周围环境不能存在强磁场和金属物质等干扰，否则将会影响
数据精度，所以存在比较大的使用限制。超声波式人体运动传感器的构成为超声波发射装置、
超声波接收装置和数据处理单元，超声波发射装置在固定位置发射超声波，不同接收装置在
接收时会有相应的相位差与时间差，数据处理单元通过所接收到的数据并进行相应的计算便
可得到超声波接收装置在空间中的位置，超声波式人体运动传感器能优秀的解决由遮挡造成
的死角问题，但其也对场地有较高的要求并且不能一次性检测多个对象。光学式人体运动传
感器的构成为计算机、特制的标记点以及摄像机，将由特殊反光材料制作的标记点固定在被
测对象相应的被测部位，特制的标记点会反射红外线，摄像机将会接收到这些红外线，之后
计算机会存储这些由摄像机接收到的反射信息，最后通过相应的处理软件将其转换为 3D 坐
标，但光学式人体运动传感器制造成本较高，对环境中光线的要求也较高，若目标间有遮挡
现象发生，则会影响精度。惯性式传感器的构成为加速度计、陀螺仪和数据处理模块，首先
加速度计与陀螺仪会采集到运动信息，数据处理模块利用采集到的信息通过惯性导航原理即可完成目标的姿态角度测量，惯性式传感器相较于其它类型传感器来说更加优秀，但因为噪
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