研究论文

MagDot公司：低成本无漂移、耐磨接头角度跟踪

作者:

新兵王、和

澄湖周作者信息和声明

ACM互动、移动、穿戴和普及技术会议录,体积7,问题4

文章编号：150，页数1-25

https://doi.org/10.1145/3631423

出版:2024年1月12日出版历史

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摘要

跟踪人体关节的角度运动是各种应用的关键促成因素，例如虚拟现实和增强现实、运动监测和医疗康复。尽管对精确的关节跟踪有着强烈的需求，但现有的技术，如摄像机、IMU和柔性传感器，仍受到主要限制，包括遮挡、累积误差和高成本。这些问题共同破坏了联合跟踪的实用性。

我们引入了MagDot，这是一种新的基于磁的关节跟踪方法，能够实现高精度、无漂移和耐磨的关节角度跟踪。为了克服现有技术的局限性，MagDot采用了一种新颖的跟踪方案，可以补偿各种现实世界的影响，从而实现高跟踪精度。我们使用专业的运动捕捉系统在八名参与者身上测试了MagDot，即配备九台Arqus A12相机的Qualisys运动捕捉系统。结果表明，MagDot能够准确跟踪人体主要关节。例如，MagDot对肘部、膝盖和肩部的跟踪精度分别为2.72°、4.14°和4.61°。MagDot的功耗仅为98 mW，只需一个小电池组即可支持一天的使用。

工具书类

[1]

2018.LIS2MDL磁强计数据表-生产数据。https://www.st.com/resource/en/datasheet/lis2mdl.pdf。 (2018).

[2]

2018年，RAYTAC。MDBT42Q-512KV2。https://www.raytac.com/product/ins.php？index_id=31。 (2018).

[3]

2019.MTi 1系列产品介绍。https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/Manuals/MTi-1-series-datasheet.pdf。 (2019).

[4]

2020年，Xsens磁力校准手册。https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/Manuals/MT_Motheric_Calibration_Manual.pdf。 (2020).

[5]

2022.XSens Dot用户手册。https://www.xsens.com/hubfs/Downloads/Manuals/xsens%20DOT%20User%20Manual.pdf。 (2022).

[6]

2023a中。MLX90393数据表。https://media.melexis.com/-/media/files/documents/datasheets/mlx90393-datasheet-melexis.pdf。 (2023).

[7]

2023.KT胶带。https://www.kttape.com/products/kt-tape-original-cotton。 (2023).

[8]

2023.Microsoft Azure Kinect。https://azure.microsoft.com/en-us/products/kinect-dk。 (2023).

[9]

2023b年。MLX90393温度补偿。https://www.melexis.com/en/documents/documentation/application-notes/application-note-mlx90393-温度补偿。 (2023).

[10]

2023.NDFEB磁铁技术数据表。https://www.eclipsemagnetics.com/site/assets/files/22177/eclipsemagnetrics_ndfeb_datasheet.pdf。 (2023).

[11]

2023年Qualisys。https://www.qualisys.com/。 (2023).

[12]

2023.Qualisys Arqus A12摄像头技术规范。https://www.qualisys.com/cameras/arqus/#!#技术规范。(2023).

[13]

2023.QualiSys标记集。https://docs.qualisys.com/getting-started/content/10_how_to_prepare_your_subject/marker_sets.htm。 (2023).

[14]

2023.维康。https://www.vicon.com/。 (2023).

[15]

2023.Visual 3D，生物力学研究工具。https://c-motion.com/。 (2023).

[16]

2023.XSens运动捕捉系统。https://www.movella.com/products/motion-capture。 (2023).

[17]

Akhtaruzzaman医学博士、Amir Akramin Shafie和Raisuddin Khan医学博士。2016.步态分析：系统、技术和重要性。《医学和生物学力学杂志》16，07（2016），1630003。

[18]

Robert S Behnke和Jennifer Plant。2021.动力学解剖学。人体动力学。

[19]

安东尼奥·帕迪尔哈·拉纳里·博（Antonio Padilha Lanari Bo）、宫崎骏（Mitsuhiro Hayashibe）和菲利普·波瓦涅（Philippe Poignet）。2011.惯性传感器康复中的联合角度估计及其与Kinect的集成。2011年医学和生物学会IEEE工程国际年会。IEEE，3479--3483。

[20]

朱利安·查普劳（Julien Chapleau）、范妮·卡内（Fanny Canet）、伊万·佩蒂特（Yvan Petit）、G-Yves Laflamme和多米尼克·M·鲁洛（Dominique M Rouleau）。2011.肘关节测角测量的有效性：与放射学方法的比较研究。临床。骨科。相关。第469、11号决议（2011年11月），3134-3140。

[21]

陈东耀、王明科、何晨曦、罗青、雅沙·伊拉文奇、阿兰森样本、康国欣和王新兵。2021.MagX：可穿戴、无束缚的双手通过无源磁铁进行追踪。第27届移动计算和网络国际年会论文集。269--282.

数字图书馆

[22]

Ke-Yu Chen、Shwetak N.Patel和Sean Keller。2016年，Finexus：使用磁感应跟踪多个指尖的精确运动。在2016年CHI计算机系统人为因素会议记录中。美国纽约州纽约市计算机协会，1504-1514年。https://doi.org/10.1145/2858036.2858125

数字图书馆

[23]

陈晓伟、蒋晓、方嘉伟、郭世辉、林俊聪、廖明红、罗国良、傅洪波。2023.DisPad：用于强健关节运动跟踪的织物传感器的柔性体上位移。程序。ACM互动。暴徒。可穿戴的无所不在技术。第7、1条，第5条（2023年3月），共27页。

数字图书馆

[24]

Glen Cooper、Ian Sheret、Louise McMillian、Konstantinos Siliverdis、Ning Sha、Diana Hodgins、Laurence Kenney和David Howard。2009.基于惯性传感器的膝关节屈曲/伸展角度估计。生物力学杂志42，16（2009），2678-2685。

[25]

崔建军（Jianjun Cui）、叶世清（Shih-Ching Yeh）和李思慧（Si-Huei Lee）。2019.与虚拟现实集成的可穿戴传感器：一个测量冻结肩关节活动度的自我引导医疗系统。《医疗工程杂志2019》（2019）。

[26]

Andrea Giovanni Cutti、Andrea Giovanardi、Laura Rocchi、Angelo Davalli和Rinaldo Sachetti。2008.通过惯性和磁性传感器动态测量肩部和肘部运动学。医疗生物工程与计算46（2008），169--178。

[27]

Mahmoud El-Gohary和James McNames。2012.使用惯性传感器跟踪肩关节和肘关节角度。IEEE生物医学工程学报59，9（2012），2635--2641。

[28]

朱利安·法夫尔（Julien Favre）、BM Jolles、拉希德·艾萨维（Rachid Aissaoui）和K Aminian。2008.膝关节三维角度的动态测量。生物力学杂志41，5（2008），1029--1035。

[29]

黄波（Bo Huang）、李明宇（Mingyu Li）、陶美（Tao Mei）、大卫·麦考尔（David McCoul）、秦世浩（Shihao Qin）、赵占峰（Zhanfeng Zhao）和赵建文（Jianwen Z。2017.基于介电弹性体的腕部关节运动测量用耐磨拉伸传感器。传感器17，12（2017），2708。

[30]

黄英浩（Yinghao Huang）、曼努埃尔·考夫曼（Manuel Kaufmann）、埃姆雷·阿克森（Emre Aksan）、迈克尔·J·布莱克（Michael J Black）、奥特玛·希利格斯（Otmar Hilliges）和杰拉德·蓬斯·莫尔。2018.深惯性姿态仪：学习从稀疏惯性测量实时重建人体姿态。ACM图形交易（TOG）37，6（2018），1-15。

数字图书馆

[31]

萨达夫·哈希姆·侯赛因（Sadaf Hashim Hussain）、Boonyapat Limthongkul和Tatyana R Humphreys。2013.皮肤的生物力学特性。皮肤外科39，2（2013），193--203。

[32]

蒋文军、薛鸿飞、苗成林、王世阳、林森、田冲、斯里尼瓦桑·穆拉利、胡浩晨、孙智和鲁苏。2020。使用WiFi构建3D人体姿势。第26届移动计算与网络国际年会论文集。1--14.

数字图书馆

[33]

Wooyoung Kim、Jihoon Song和Frank C.Park，2018年。三轴电磁跟踪系统的闭式位置和方向估计。IEEE工业电子学报65，5（2018），4331--4337。

[34]

北崎直夫、阿达奇、Masuda和水泽俊一。2013年，KINECT应用于物理康复。2013年IEEE医学测量与应用国际研讨会（MeMeA）。IEEE，294--299。

[35]

刘淼淼、杨思凯、怀萨妮·乔姆森和万都。2023.通过多任务学习实时跟踪智能手表方向和位置。第20届ACM嵌入式网络传感器系统会议论文集（SenSys’22）。美国纽约州纽约市计算机协会，780-781。

数字图书馆

[36]

刘瑞波（Ruibo Liu）、邵奇佳（Qijia Shao）、王思琪（Siqi Wang）、茹克莉丝汀娜（Christina Ru）、德文·巴尔科姆（Devin Balkcom）和夏周（Xia Zhou）。2019.使用计算织物重建人体关节运动。ACM互动、移动、可穿戴和普适技术会议录3，1（2019），1-26。

数字图书馆

[37]

刘一林、蒋凤阳和马汉斯·戈达。2020年，交互式应用中的手指手势跟踪：手语初步研究。程序。ACM互动。暴徒。可穿戴无处不在的科技。4、3，第112条（2020年9月），21页。

数字图书馆

[38]

Sebastian OH Maggwick、Andrew JL Harrison和Ravi Vaidyanathan。2011.使用梯度下降算法估计IMU和MARG方向。2011年IEEE康复机器人国际会议。IEEE，1--7。

[39]

Robert Mahony、Tarek Hamel和Jean-Michel Pflimlin。2008.特殊正交群上的非线性互补滤波器。IEEE自动控制汇刊53，5（2008），1203--1218。

[40]

亚当·莫拉威克（Adam Morawiec）。2003.方向和旋转。斯普林格。

[41]

豪尔赫·莫雷。2006.Levenberg-Marquardt算法：实现与理论。数值分析：1977年6月28日至7月1日在邓迪举行的两年期会议记录。斯普林格，105-116。

[42]

昆汀·穆尔库、安东尼·弗勒里、布鲁诺·迪奥、塞琳·佛朗哥和尼古拉斯·维勒姆。2015.基于手机的关节角度测量，用于本体感觉的功能评估和康复。国际生物医学研究2015（2015）。

[43]

Y Nishio、F Tohyama和N Onishi。2007年，通过汞探测卫星的宽范围温度测试，获得磁通门磁强计的传感器温度特性。测量科学与技术18，8（2007），2721。

[44]

Eshed Ohn-Bar和Mohan M.Trivedi。2013年，联合角度相似性和行动识别HOG2。IEEE计算机视觉和模式识别（CVPR）研讨会论文集。

[45]

彭洪峰、陈迪祥、潘梦春、罗石图、张琦和罗飞璐。2012.使用最小二乘支持向量机对磁通门磁力仪进行非线性温度补偿。《计量科学与技术》23，2（2012），025008。

[46]

Farshid Salemi Parizi、Eric Whitmire和Shwetak Patel。2020年。AuraRing：精确的电磁手指跟踪。程序。ACM互动。暴徒。可穿戴的无所不在技术。3、4，第150条（2020年9月），28页。

数字图书馆

[47]

蒂莫·佩尔瓦恩·内恩（Timo Pylvänäinen）。2008年。3D现场传感器的自动和自适应校准。应用数学建模32，4（2008），575--587。

[48]

Feini Qu、Brendan D Stoeckl、Peter M Gebhard、Todd J Hullfish、Josh R Baxter和Robert L Mauck。2018年。基于可穿戴磁电机的系统，用于评估人类和大型动物的活动和关节屈曲。生物医学工程年鉴46（2018），2069--2078。

[49]

Farshid Salemi Parizi、Wolf Kienzle、Eric Whitmire、Aakar Gupta和Hrvoje Benko。2021.RotoWrist:使用腕带进行连续红外手腕角度跟踪。第27届ACM虚拟现实软件与技术研讨会论文集。1--11.

数字图书馆

[50]

托马斯·塞尔（Thomas Seel）、豪格·赖斯（Jorg Raisch）和托马斯·绍尔（Thomas-Schauer）。2014.基于IMU的关节角度测量，用于步态分析。传感器14，4（2014），6891--6909。

[51]

赛斯·J·塞德曼、约书亚·瓜格、布莱恩·比尔德和赞恩·阿普。2021.智能手机和手表的静态磁场测量，以及在植入式起搏器和植入式心脏复律除颤器中触发磁铁模式的适用性。心率18，10（2021），1741-1744。

[52]

Arindam Sengupta、Feng Jin、Renyuan Zhang和Siyang Cao。2020年。mm-Pose：使用mmWave雷达和CNN实时估计人类骨骼姿势。IEEE传感器期刊20，17（2020），10032-10044。

[53]

沈盛（Sheng Shen）、马汉斯·戈达（Mahanth Gowda）和罗米特·罗伊·乔杜里（Romit Roy Choudhury）。2018年，缩小惯性运动跟踪方面的差距。第24届移动计算和网络国际年会会议记录。429--444.

数字图书馆

[54]

沃尔夫冈·特夫（Wolfgang Teuf）、马库斯·米萨尔（Markus Miezal）、伯特伦·塔茨（Bertram Taetz）、迈克尔·弗莱里奇（Michael Fröhlich）和加布里埃尔·布莱泽（Gabriele Bleser）。2019.基于惯性传感器的静态和动态运动和物理治疗特定运动的三维关节运动学的有效性。普洛斯一号14，2（2019），e0213064。

[55]

让·范·布莱德尔。2007.电磁场。第19卷。约翰·威利父子公司。

[56]

Serge van Sint 2007年1月。骨骼地标定义彩色地图集电子书：可复制的手动和虚拟触诊指南。爱思唯尔健康科学公司。

[57]

瑞秋·V·维塔利和诺埃尔·C·珀金斯。2020年。通过惯性运动捕捉确定解剖框架：方法综述。《生物力学杂志》106（2020），109832。

[58]

Timo Von Marcard、Bodo Rosenhahn、Michael J Black和Gerard Pons-Moll。2017.稀疏惯性定位仪：基于稀疏imus的自动三维人体姿态估计。在计算机图形论坛，第36卷。威利在线图书馆，349--360。

[59]

王飞、周三平、帕内夫、韩劲松和黄东。2019.WiFi中的个人：使用WiFi的精细个人感知。IEEE/CVF计算机视觉国际会议论文集。5452--5461.

[60]

王明科、罗清、亚沙·伊拉文奇、陈晓萌、阿兰森样本、康国欣、田晓华、王新兵和陈东耀。2022.磁跟踪自动校准。第28届移动计算与网络国际年会论文集。391--404.

[61]

渡边和次郎（Kajiro Watanabe）和北加里（Masaki Hokari），2006年。运动形式的运动学分析和测量。IEEE系统、人和控制论汇刊——A部分：系统和人36，3（2006），549-557。

数字图书馆

[62]

阿曼达·沃森（Amanda Watson）、安德鲁·柳博夫斯基（Andrew Lyubovsky）、肯尼思·科尔特曼（Kenneth Koltermann）和周刚（Gang Zhou）。2021.Magneto：使用基于电磁的传感方法进行关节角度分析。第20届传感器网络信息处理国际会议论文集（与CPS-IoT 2021周合办）。1--14.

数字图书馆

[63]

弗兰克·维切特、丹尼尔·巴赫曼、巴托洛姆·乌斯·鲁达克和丹尼斯·菲舍勒。2013.跳跃运动控制器的准确性和鲁棒性分析。传感器13，5（2013），6380--6393。

[64]

埃里克·惠特迈尔（Eric Whitmire）、法希德·萨利米·帕里齐（Farshid Salemi Parizi）和什威塔克·帕特尔（Shwetak Patel）。2019.Aura：由内而外的电磁控制器跟踪。《第17届移动系统、应用程序和服务年度国际会议论文集》（MobiSys’19）。ACM，美国纽约州纽约市，300-312。

数字图书馆

[65]

迈克尔·惠特尔（Michael W Whittle）。2014.步态分析：简介。巴特沃斯·海尼曼。

[66]

弗里德·维特曼（Frieder Wittmann）、奥利维尔·兰贝西（Olivier Lambercy）和罗杰·加斯特（Roger Gassert）。2019.IMU臂运动跟踪中基于磁强计的静止漂移校正。传感器（瑞士巴塞尔）19（2019）。https://api.semanticscholar.org/CorpusID:83460744

[67]

朝阳、王旭雨和毛时文。2020年。RFID-pose：通过射频识别进行视觉辅助三维人体姿势估计。IEEE可靠性事务70，3（2020），1218--1231。

[68]

Yi Xinyu Yi、Yuxiao Zhou和Feng Xu。2021.转置：使用六个惯性传感器进行实时三维人体平移和姿势估计。ACM图形学报（TOG）40，4（2021），1--13。

数字图书馆

[69]

Mingmin Zhao、Tianhong Li、Mohammad Abu Alsheikh、Yonglong Tian、Hang Zhao，Antonio Torralba和Dina Katabi，2018年。利用无线电信号进行全方位人体姿态估计。IEEE计算机视觉和模式识别会议论文集。7356--7365.

[70]

郝周、卢泰婷、刘依林、张世嘉和马汉斯·戈达。2022.戒指学习：使用可穿戴传感器进行自我监督的3D手指运动跟踪。程序。ACM互动。暴徒。可穿戴的无所不在技术。第6、2条，第90条（2022年7月），共31页。

数字图书馆

[71]

周鹏飞、莫莉和沈国斌。2014.免费使用：立即了解您的手机态度。第20届移动计算和网络国际年会论文集。605--616.

数字图书馆

引用人

陈Z王杰陈D(2024)演示：移动平台上磁跟踪的实施和基准测试2024年自适应AIoT系统研讨会会议记录10.1145/3662007.3663885(21-22)在线发布日期：2024年6月3日
https://dl.acm.org/doi/10.1145/3662007.3663885

索引术语

MagDot：低成本无漂移耐磨接头角度跟踪
1. 硬件
  1. 通信硬件、接口和存储
    1. 传感器设备和平台

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问询处

发布于

ACM关于交互式、移动、可穿戴和无处不在技术的封面图片会议录

ACM互动、移动、穿戴和普及技术会议录第7卷第4期

2023年12月

1613页

EISSN公司：2474-9567

内政部：10.1145/3640795

版权所有©2024 ACM。

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计算机协会

美国纽约州纽约市

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出版：2024年1月12日

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陈Z王杰陈D(2024)演示：移动平台上磁跟踪的实施和基准测试2024年自适应AIoT系统研讨会论文集10.1145/3662007.3663885(21-22)在线发布日期：2024年6月3日
https://dl.acm.org/doi/10.1145/3662007.3663885

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