高频红外动作捕捉对于下肢追踪至关重要，因为它提供了精确映射快速解剖结构变化所需的高空间分辨率。通过使用多个高精度摄像头追踪反光标记点，研究人员可以以最小的误差捕捉身体节段和关节角度的确切坐标。
该系统的关键价值在于其将运动学坐标与力台数据同步的能力。这种集成允许构建 3D 数字模型，从而能够精确计算运动过程中的动态关节应力。
实现高保真运动学
要理解下肢的生物力学，仅靠视频观察是不够的；您需要可量化的、高分辨率的数据。
通过多摄像头三角测量实现精确测量
红外系统使用放置在捕捉区域周围的多个摄像头。通过从不同角度检测反光标记点，系统可以以高空间分辨率计算 3D 位置，从而创建被摄对象的运动的数字框架。
绘制解剖标志点
反光标记点放置在特定的解剖标志点上，例如脚跟或第一和第五跖骨关节。这使得系统能够定义特定身体节段的空间位置，而不仅仅是整体运动。
构建 3D 数字模型
使用标记点的坐标数据，软件可以重建下肢或鞋类的虚拟模型。这种重建提供了关于足部运动轨迹和步态特征的行业标准基线数据。
将运动与生物力学负荷联系起来
使用如此复杂的系统的主要原因不仅仅是观察肢体如何移动，而是要了解作用在其上的力。
追踪质心 (COM)
该系统能够精确绘制质心轨迹。准确的质心追踪是分析运动的平衡、稳定性和能量效率的基础。
与力台集成
高频红外系统设计用于与力台完美同步。摄像机捕捉运动（运动学），而力台捕捉地面反作用力（动力学）。
计算动态关节应力
通过结合肢体节段的 3D 位置和力数据，研究人员可以分析关节应力的动态变化。这对于伤病预防研究、康复监测和鞋类设计至关重要。
理解限制
虽然红外系统在实验室工作中提供了卓越的精度，但它们并非没有局限性。了解它们的优势和劣势至关重要。
环境敏感性
这些系统依赖于光反射，通常仅限于受控的实验室环境。与基于 IMU 的套装不同，红外摄像头可能会受到户外光照条件、阴影或树木等物理障碍物的负面影响。
视线要求
由于摄像头必须“看到”标记点才能对其进行追踪，因此存在遮挡的风险。如果肢体挡住了摄像头的视线，可能会出现数据缺失，而惯性测量单元 (IMU) 则不需要视线。
为您的实验做出正确的选择
您选择的技术应取决于特定的环境和所需的数据粒度。
- 如果您的主要重点是精确的关节应力分析：使用与力台同步的高频红外系统，以确保在受控的实验室环境中准确计算内部载荷。
- 如果您的主要重点是基于现场的人体工程学：使用带有 IMU 的高精度动作捕捉套装，在复杂的户外环境中捕捉全身轨迹，而没有遮挡问题。
最终，对于涉及关节载荷的下肢详细生物力学分析，高频红外捕捉仍然是决定性的工具。
总结表：
| 特征 | 高频红外系统 | 基于 IMU 的捕捉套装 |
|---|---|---|
| 最佳用例 | 基于实验室的关节应力分析 | 基于现场的人体工程学/户外 |
| 数据精度 | 高空间分辨率（3D 坐标） | 方向和加速度 |
| 同步能力 | 与力台直接集成 | 有限的动力学同步 |
| 要求 | 需要清晰的视线 | 无需视线 |
| 输出 | 精确的 3D 数字骨骼模型 | 全身运动轨迹 |
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参考文献
- Noor Arifah Azwani Abdul Yamin, Hiroshi Takemura. Correlation between Postural Stability and Lower Extremity Joint Reaction Forces in Young Adults during Incline and Decline Walking. DOI: 10.3390/app132413246
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