scarica - Università degli Studi di Camerino

Prof. Alessandro Stranieri
Lezione n. 4
ANALISI DEL
MOVIMENTO
LA DINAMICA
LA DINAMICA
La dinamica è quella parte della meccanica che studia le
relazioni tra il moto di un corpo e le cause che lo hanno prodotto.
Il moto di un corpo è il risultato delle sue interazioni con i corpi
che lo circondano, le quali sono matematicamente
rappresentate dalle forze.
La dinamica è dunque lo studio della
analisi delle relazioni tra le forze e le variazioni nello
stato di moto dei corpi da esse prodotte.
LA CINEMATICA
LA CINEMATICA
La CINEMATICA è quel ramo della fisica che si occupa di
descrivere il moto degli oggetti, senza porsi il problema di
trovare le cause che lo determinano.
In ciò differisce dalla DINAMICA la quale
studia le forze che provocano il movimento
LA CINEMATICA
È significativa la definizione di cinematica come geometria del
movimento: in effetti la cinematica del punto si può interamente
collocare nello spazio quadridimensionale delle 3 coordinate
spaziali (X, Y, Z) e della coordinata tempo.
Il movimento in una prima approssimazione è uno spostamento
che avviene più o meno rapidamente nello spazio e nel tempo,
seguendo una certa traiettoria.
LA CINEMATICA
Si chiama “Bio-cinematica” la parte della Bio-meccanica che studia
le proprietà del movimento umano senza tener conto delle cause che
lo determinano.
Definire cinematicamente un moto o una legge del moto di un corpo
(punto) vuol dire definire, ad ogni istante, la posizione di questo
corpo (punto) rispetto al sistema di riferimento scelto
LA CINEMATICA
Origini Storiche
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Iniziò la carriera come
libraio ed editore, poi si
interessò alla fotografia
realizzando delle bellissime
immagini naturalistiche.
Le
immagini
vennero
pubblicate con lo pseudonimo
di “Helios”.
Edward James
Muybridge
(1830 - 1904)
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Nel 1872 l'uomo d'affari e
governatore della California
Leland Stanford chiese a
Muybridge di confermare
una sua ipotesi, ovvero che
durante il galoppo di un
cavallo esiste un istante in
cui tutte le zampe sono
sollevate da terra.
Edward James
Muybridge
(1830 - 1904)
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Nel 1878, Muybridge fotografò con successo un cavallo in corsa
utilizzando 50 fotocamere, sistemate parallelamente lungo il tracciato.
Ogni macchina era azionata da un filo colpito dagli zoccoli del cavallo.
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Eadweard Muybridge
Striking a blow with right hand
1884-85
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Eadweard Muybridge
Walking and throwing a handkerchief over shoulders
1884-85
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Pur non essendo medico,
fisiologo o biomeccanico,
Muybridge ha contribuito
allo studio del movimento
e della cinematica con
fotografie rivoluzionarie
per l’epoca, sia per la
tecnica utilizzata che per i
tempi di esposizione
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Edward James
Muybridge
(1830 - 1904)
La vita di Muybridge fu segnata da
un drammatico evento che lo fece
allontanare dall'attività fotografica.
Nel 1874, Muybridge scoprì che la
moglie aveva un amante, il sindaco
Harry Larkyns.
Il 17 ottobre dello stesso anno gli
sparò uccidendolo e per questo
venne processato, ma fu assolto
perché ritenuto un "omicidio
giustificato".
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Eadweard Muybridge tornò
nella nativa Inghilterra nel 1894
e morì nel 1904 a Kingston sul
Tamigi, nella casa della cugina
Catherine Smith.
Edward James
Muybridge
(1830 - 1904)
Nel 1993 gli U2 tributarono al
lavoro di Muybridge il video di
Lemon.
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Fisiologo francese che lavorò
sulla fotografia ad alta velocità
nel periodo in cui Muybridge
effettuava la stessa tipologia di
studi.
Basandosi sul lavoro effettuato da
Muybridge, nel 1888 creò la
“Cronofotografia”
Etienne-Jules
Marey
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Non utilizzò un sistema di
camere multiple, ma un’unica
macchina fotografica con cui
otteneva immagini multiple.
Fu il primo ad utilizzare un sistema
di ‘marker’ per la determinazione
del movimento
I suoi soggetti indossavano una
tuta nera con strisce o bottoni
bianchi
all’altezza
delle
articolazioni
Etienne-Jules
Marey
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
IERI
OGGI
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Continuando i suoi lavori
fotografici, nel 1894 inventò la
macchina
fotografica
a
“movimento lento” con circa
700 fotogrammi/sec.
Ideò anche
Etienne-Jules
Marey
un sistema (Sfigmografo) che
registrava i parametri della
pressione del sangue
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Etienne-Jules
Marey
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
L'invenzione della fotografia apriva il campo a una
possibilità del tutto nuova. Se era possibile riprodurre su
una lastra fotografica la realtà, si poteva pensare a
strumenti in grado di scattare una serie di foto così vicine
nel tempo da registrare il movimento. Si poteva utilizzare
poi la pellicola così ottenuta al posto delle strisce di carta
per proiettare quanto ripreso in precedenza.
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Quest'idea ispirò Etienne-Jules Marey che sfruttando il meccanismo
dei fucili riusciva a scattare 12 foto al secondo (il verbo scattare era usato
a quel tempo dai cacciatori). Ma il vero problema di Marey non
consisteva tanto nel riuscire a scattare foto in rapida sequenza, quanto
nel trovare il meccanismo per proiettare il movimento ottenuto
κίνημα - kìnema in greco, da cui Cinematografo,
l'apparecchio in grado di riprodurre il movimento
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Wilhelm Braune e
Otto Fisher
Il cui importante lavoro è pubblicato in
“The Human Gait”
(Der gang des Menschen)
Ottennero una precisa analisi del movimento utilizzando
4 camere che riprendevano un soggetto con marker particolari
(Tubi Geissler) i quali emettono una corrente
visibile durante la registrazione filmata.
In questo modo realizzarono il primo resoconto dei
movimenti delle articolazioni durante le fasi del cammino
Le origini della
CINEMATICA
Da Muybridge al sistema VICON
Il gruppo della Berkely
(1940)
Il gruppo era composto da
Sanders - Inmann - Sutherland
Lavorarono ai Laboratori Biomeccanici della UC Berkely
utilizzando un processo di misura cinematica che
prevedeva l’utilizzo di 3 camere rispetto al soggetto:
Laterale - Frontale - Trasversale
Nonostante il loro sistema sia stato criticato,
giunsero ad importanti conclusioni sul movimento
LA MODERNA ANALISI
DEL MOVIMENTO
SISTEMI DI VALUTAZIONE
DEL MOVIMENTO
ANALISI
QUALITATIVA
ANALISI
VISIVA
ANALISI
VIDEOREGISTRATA
ANALISI
QUANTITATIVA
ANALISI
STRUMENTALE
SISTEMI DI VALUTAZIONE
DEL MOVIMENTO
IL SISTEMA DI VALUTAZIONE DA UTILIZZARE
SI SCEGLIE IN BASE A:
Natura del moto che si deve analizzare
Ambiente in cui il moto si svolge
Caratteristiche dello strumento di misura
Risorse economiche e umane disponibili
SISTEMI DI VALUTAZIONE
DEL MOVIMENTO
ANALISI VISIVA
Si valuta il movimento per mezzo dell’osservazione
diretta; richiede la conoscenza delle corrette
dinamiche del movimento che si sta analizzando, in
modo da riuscire a valutare gli eventuali
cambiamenti di moto rispetto alla normalità
Ogni movimento deve essere valutato sui tre piani:
sagittale - frontale - trasversale per ciascuna
articolazione coinvolta.
SISTEMI DI VALUTAZIONE
DEL MOVIMENTO
ANALISI VISIVA
VANTAGGI: E’ un approccio semplice ed
economico, perchè non richiede attrezzature
particolarmente complicate e costose.
SVANTAGGI:
L’analisi
del
movimento
è
condizionata dall’esperienza e dall’interpretazione
dell’osservatore e limitata ad un unico piano alla volta.
Inoltre la valutazione è molto generica e limitata ai
movimenti più evidenti, tralasciando quelli minimi.
Difficili i confronti tra osservazioni diverse.
SISTEMI DI VALUTAZIONE
DEL MOVIMENTO
ANALISI VIDEOREGISTRATA
Si registra un filmato del movimento, che in seguito
viene analizzato fotogramma per fotogramma.
Ogni movimento deve essere valutato sui tre piani:
sagittale - frontale - trasversale per ciascuna
articolazione coinvolta.
SISTEMI DI VALUTAZIONE
DEL MOVIMENTO
ANALISI VIDEOREGISTRATA
VANTAGGI:
A)
particolarmente
semplice
e
relativamente economico. B) I dati possono essere
analizzati anche dopo molto tempo dalla registrazione,
in modo da poter essere confrontati con dati più recenti
per valutare, ad esempio, i progressi effettuati durante
un allenamento.
SVANTAGGI:
A) La valutazione qualitativa è
condizionata anche questa volta dal soggetto che osserva.
B) La valutazione rimane generica e limitata ai
movimenti più evidenti, tralasciando quelli minimi.
SISTEMI DI VALUTAZIONE
DEL MOVIMENTO
ANALISI STRUMENTALE
ANALISI DEL MOVIMENTO
CINEMATICA
DINAMICA
accelerazioni
velocità
spostamenti
forze
momenti
potenze
ATTIVITA’ MUSCOLARE
elettromiografia
ALTRI DATI
-Equlibrio
- Pressione
ANALISI STRUMENTALE
SISTEMI DI ANALISI
OTTICI
Con
markers
NON OTTICI
Senza
markers
magnetici
inerziali
elettromeccanici
CINEMATICA
CINEMATICA
DINAMICA
PIATTAFORME
DINAMOMETRICHE
ANALISI STRUMENTALE
SISTEMI DI ANALISI
Inside-Out
Inside-In
a sorgente Il sensore è sul corpo e reagisce
corpo
ad una sorgente esterna.
Sia il sensore che la sorgente
sono applicati sul corpo.
Accelerometri
Outside-In
Elettrogoniometri
Magneti
Sensori esterni che reagiscono
a fonti applicate sul corpo.
Guanti Data Glow
Giroscopi
Stereofotogrammetria
La moderna analisi
PERFORMANCE
VICON MX-F40
VICON MX-F20
CAMERA MAXIMUM FRAME RATE
AT FULL RESOLUTION
370fps
500fps
Note these are not just sensor speeds, they are the TRUE FULL FRAME SPEEDS of the cameras.
CAMERA MAXIMUM FRAME RATE
AT PARTIAL SCAN
2,000fps
Sistema integrato di analisi
2,000fps
CAMERA FRAME RATE
30-2,000fps
MAX PIXELS PER SECOND
1,503,774,720
1,024,000,000
MAX MARKERS PER SECOND
136,000 markers/s
136,000 markers/s
SUB-PIXEL SCALE RANGE
SENSOR
600,000 x 440,000
PERFORMANCE
30-2,000fps
VICON MX-F20
CAMERA MAXIMUM FRAME RATE
370fps
500fps
AT FULL RESOLUTION
Note these are not just sensor speeds, they are the TRUE FULL FRAME SPEEDS of the cameras.
VICON VEGAS-4 CMOS (Custom Sensor)
VICON VEGAS-2 CMOS (Custom Sensor)
SENSOR RESOLUTION
CAMERA MAXIMUM FRAME RATE
2352 x 1728
AT PARTIAL SCAN
2,000fps
SENSOR GRAYSCALE DEPTH
10 BIT
CAMERA FRAME
RATE
30-2,000fps
SHUTTER TYPE
ELECTRONIC
The custom-designed VICON Vegas CMOS sensor provides a full frame 1,024,000,000
MAX PIXELS PER
SECOND FREEZE FRAME SHUTTER.
1,503,774,720
"true" shutter which records the entire sensor image at an exact point in time, eliminating motion blur. This is
unlike an Electronic Rolling Shutter, commonly found on other CMOS sensors, which cannot be used for motion
MAX MARKERS
PER SECOND
136,000
capture
as it does not provide a snapshot
of the markers/s
markers; rather the shutter is rolled over the sensor recording 136,000 markers/s
different areas of the sensor at different times.
SUB-PIXEL SCALE RANGE
600,000 x 440,000
410,000 x 325,000
>10,000Hz. Note at 10,000Hz, only 34 lines of the sensor can be used (vs. 1728 lines at full resolution) so these sensor
SENSOR speeds are of no practical use in the camera. This speed is included here for comparison with other sensors.
MAXIMUM SENSOR SPEED
PERFORMANCE
VICON MX-F40
ON CAMERA PROCESSING 370fps
SENSOR DETAILS
CAMERA MAXIMUM FRAME RATE
AT FULL RESOLUTION
ON-BOARD PROCESSORS
CAMERA MAXIMUM FRAME RATE
AT PARTIAL SCAN
CAMERA FRAME RATE
GRAYSCALE PROCESSING
MAX PIXELS PER SECOND
MAX MARKERS PERON-CAMERA
SECOND MASKING
SUB-PIXEL SCALE RANGE
ON-CAMERA THRESHOLDING
SENSOR
SENSOR DETAILS DYNAMIC GARBAGE REMOVAL
SENSOR RESOLUTION
CAMERA OUTPUT MODES
SENSOR GRAYSCALE DEPTH
SHUTTER TYPE
410,000 x 325,000
VICON MX-F40
SENSOR DETAILS
STROBE
STROBE TYPES AVAILABLE
2,000fps
1600 x 1280
10 BIT
VICON MX-F20
Elettromiografia
di superficie
30-2,000fps
VICON VEGAS-4500fps
CMOS (Custom Sensor)
VICON VEGAS-2 CMOS (Custom Sensor)
Note these are not just sensor speeds, they are the TRUE FULL FRAME SPEEDS of the cameras.
3 PHYSICAL HARDWARE PROCESSORS.2352
1. Configurable
and scalable multi-processor extracts grayscale markers1600 x 1280
SENSOR RESOLUTION
x 1728
from sensor image. Although one physical device, it provides parallel processing of datastream. 2. Digital Signal
2,000fps
2,000fpsand radii. 3. High performance generic processor
Processor (DSP) locates markers in 2D and calculates centers
SENSOR GRAYSCALE DEPTH
10 BIT
10 BIT
streams grayscale and marker center data over Ethernet to host PC. Also handles housekeeping and configuration tasks.
Riprese video
normali
SHUTTER TYPE
ELECTRONIC FREEZE
FRAME SHUTTER. The custom-designed VICON Vegas CMOS sensor provides a full frame
30-2,000fps
30-2,000fps
FULL MARKER GRAYSCALE. Marker centers
are
calculated
based
on every
pixel sensor
of grayscale
available
for the
marker,
"true"
shutter
which
records
the entire
image
at an exact
point
in time, eliminating motion blur. This is
not just the detected marker edges. An on-camera
circularityRolling
test ensures
merged
or partially
which which cannot be used for motion
unlike an Electronic
Shutter,
commonly
foundoccluded
on other markers
CMOS sensors,
1,503,774,720
1,024,000,000
need high-level processing are sent in full
grayscale
the
PC.provide a snapshot of the markers; rather the shutter is rolled over the sensor recording
capture
as itto
does
not
different areas of the sensor at different times.
136,000 markers/s On-camera masking masks out areas of the sensor where
136,000
markers/s
undesirable
static light sources are recorded, for example
MAXIMUM SENSOR
SPEED
>10,000Hz. Note at 10,000Hz, only 34 lines of the sensor can be used (vs. 1728 lines at full resolution) so these sensor
strobes
from other cameras.
speeds are of no410,000
practical
use in the camera. This speed is included here for comparison with other sensors.
600,000 x 440,000
x 325,000
On-camera thresholding enables varying thresholds in different parts of the image. Individual threshold levels can be
ON CAMERA
setPROCESSING
for each 32x32 pixel tile of the sensor.
3 PHYSICAL
HARDWARE
PROCESSORS.
1.large
Configurable
and
scalable
multi-processor extracts grayscale markers
ON-BOARD
PROCESSORS
VICON
VEGAS-4 CMOS
(Custom
Sensor)
VICONdata
VEGAS-2
CMOS
(Custom
Sensor)
Camera
firmware
automatically removes
undesirable
image
including
both
blobs
(e.g.
sunlight
reflections)
from sensor image. Although one physical device, it provides parallel processing of datastream. 2. Digital Signal
and/or an unusally large number of blobs.
Processor (DSP) locates markers in 2D and calculates centers and radii. 3. High performance generic processor
1600 x 1280
streams grayscale and marker center data over Ethernet to host PC. Also handles housekeeping and configuration tasks.
5 modes: Automatic (centers for circular markers, grayscale for overlapping/partially occluded markers), Centers
Only, Grayscale Only, Centers/Grayscale, and Preview (the
entire sensor image).
10 BIT
10 BIT
GRAYSCALE PROCESSING
FULL MARKER GRAYSCALE. Marker centers are calculated based on every pixel of grayscale available for the marker,
not just the detected marker edges. An on-camera circularity test ensures merged or partially occluded markers which
ELECTRONIC FREEZE FRAME SHUTTER. The custom-designed
Vegas
CMOS sensor
provides
full frame
need VICON
high-level
processing
are sent
in full a
grayscale
to the PC.
"true" shutter which records the entire sensor image at an exact point in time, eliminating motion blur. This is
unlike an ElectronicInfrared
Rolling (850nm),
Shutter, commonly
found
on other
sensors,
which surface
cannot be
usedLED
for motion
Near Infrared
(780nm)
andCMOS
Visible
Red (623nm)
mount
strobes. No requirement for
ON-CAMERA
MASKING
On-camera
masking
masksover
out the
areas
of therecording
sensor where undesirable static light sources are recorded, for example
capture
as it does not
provide optics
a snapshot
of thecovers.
markers; rather
the shutter
is rolled
sensor
secondary
or strobe
strobes from other cameras.
different areas of the sensor at different times.
2352 x 1728
ADJUSTABLE ILLUMINATION LEVELS
1,000 in software.
MAXIMUM SENSOR SPEED
>10,000Hz.
Note atTHRESHOLDING
10,000Hz, only 34 lines of the sensor can
be used (vs.
1728 lines enables
at full resolution)
so these sensor
ON-CAMERA
On-camera
thresholding
varying thresholds
in different parts of the image. Individual threshold levels can be
speeds are of no practical use in the camera. This speed isset
included
here
for comparison
withsensor.
other sensors.
for each
32x32
pixel tile of the
PHYSICAL
ON CAMERA PROCESSING
CAMERA HOUSING
ON-BOARD PROCESSORS
CAMERA BODY DIMENSIONS
WEIGHT
GRAYSCALE PROCESSING
OPERATIONAL
DYNAMIC GARBAGE REMOVAL
Camera firmware automatically removes undesirable image data including both large blobs (e.g. sunlight reflections)
Complex mould custom die-cast aluminium.
and/or an unusally large number of blobs.
3 PHYSICAL HARDWARE PROCESSORS. 1. Configurable and scalable multi-processor extracts grayscale markers
215mm
(H)one
x 137mm
(W)device,
x 83mm
(D) (excluding
strobe
and lens).
from CAMERA
sensor image.
Although
physical
it provides
parallel
processing
of datastream.
2. Digital
Signal
OUTPUT
MODES
5 modes:
Automatic
(centers
for circular
markers,
grayscale for overlapping/partially occluded markers), Centers
Processor (DSP) locates markers in 2D and calculates centers
radii. 3.Only,
High Centers/Grayscale,
performance generic
processor
Only,and
Grayscale
and
Preview (the entire sensor image).
streams grayscale and
marker
centerstrobe,
data over
Ethernet
to host PC. Also handles housekeeping and configuration tasks.
1.51kg
(including
excluding
lens).
STROBE
FULL MARKER GRAYSCALE. Marker centers are calculated based on every pixel of grayscale available for the marker,
not just the detected marker edges. An on-camera circularity test ensures merged or partially occluded markers which
STROBE TYPES AVAILABLE
Infrared (850nm), Near Infrared (780nm) and Visible Red (623nm) surface mount LED strobes. No requirement for
need high-level processing
are sent
in full grayscale
to the
PC. FTP, email, CD, DVD, USB stick etc.
CAMERA FIRMWARE UPGRADE METHODS
Any standard
transmission
method
including
secondary optics or strobe covers.
MX-F40 Technical Data
MX-F20 Technical Data
4 MEGAPIXEL
2 MEGAPIXEL
370 FPS FULL FRAME TOP SPEED
500 FPS FULL FRAME TOP SPEED
ELECTRONIC FREEZE FRAME SHUTTER
ELECTRONIC FREEZE FRAME SHUTTER
NEW CUSTOM VICON VEGAS SENSOR
NEW CUSTOM VICON VEGAS SENSOR
PROVEN VICON MX PLATFORM
PROVEN VICON MX PLATFORM
MX-F40 Technical Data
MX-F20 Technical Data
4 MEGAPIXEL
2 MEGAPIXEL
370 FPS FULL FRAME TOP SPEED
500 FPS FULL FRAME TOP SPEED
ELECTRONIC FREEZE FRAME SHUTTER
ELECTRONIC FREEZE FRAME SHUTTER
NEW CUSTOM VICON VEGAS SENSOR
NEW CUSTOM VICON VEGAS SENSOR
PROVEN VICON MX PLATFORM
PROVEN VICON MX PLATFORM
ON-CAMERA MASKING
CABLING
On-camera
masking
masks ethernet,
out areas
of the sensor
where
undesirable
static
light sources are recorded, for example
Custom:
power
and sync
carried
in a
cable.
ADJUSTABLE
ILLUMINATION
LEVELS
1,000
insingle
software.
strobes from other cameras.
CONNECTORS
ON-CAMERA THRESHOLDING
PHYSICAL Cable has a single connector which plugs into the MX Camera.
On-camera thresholding enables varying thresholds in different parts of the image. Individual threshold levels can be
set for each 32x32 pixel tile of the sensor.
CAMERA HOUSING
Complex
mould
custom
die-cast
All power to the MX Cameras provided by
the power
supply
within
the MXaluminium.
Ultranet.
POWER SUPPLY
DYNAMIC GARBAGE REMOVAL
ON-CAMERA INDICATOR LEDS
Camera firmware automatically removes undesirable image data including both large blobs (e.g. sunlight reflections)
CAMERA BODY DIMENSIONS
215mm (H) x 137mm (W) x 83mm (D) (excluding strobe and lens).
per camera:
master
and/or an unusally 3large
number of
blobs.camera, status and calibration progress.
INTEROPERABLE CAMERAS
CAMERA OUTPUT MODES
WEIGHT
1.51kg
(including
strobe,
excluding
MX-40+,
MX-40,
MX-20+,
MX-13+,
MX-13,
MX-3+,
MX-3. lens).
5 modes:
AutomaticMX-F40,
(centersMX-F20,
for circular
markers,
grayscale
for
overlapping/partially
occluded
markers), Centers
Only, Grayscale Only, Centers/Grayscale, and Preview (the entire sensor image).
OPERATIONAL
STROBE
PHYSICAL
MX-F20 Technical Data
4 MEGAPIXEL
2 MEGAPIXEL
370 FPS FULL FRAME TOP SPEED
500 FPS FULL FRAME TOP SPEED
ELECTRONIC FREEZE FRAME SHUTTER
ELECTRONIC FREEZE FRAME SHUTTER
NEW CUSTOM VICON VEGAS SENSOR
PROVEN VICON MX PLATFORM
Sistema
optolettronico
NEW CUSTOM VICON VEGAS SENSOR
Any standard transmission method including FTP, email, CD, DVD, USB stick etc.
POWER SUPPLY
All power to the MX Cameras provided by the power supply within the MX Ultranet.
CAMERA HOUSING
Complex
mould custom
die-cast
aluminium.
ON-CAMERA
INDICATOR
LEDS
CAMERA BODY DIMENSIONS
215mm
(H) x 137mm (W)
x 83mm (D) (excluding strobe andMX-F40,
lens). MX-F20, MX-40+, MX-40, MX-20+, MX-13+, MX-13, MX-3+, MX-3.
INTEROPERABLE
CAMERAS
WEIGHT
1.51kg (including strobe, excluding lens).
3 per camera: master camera, status and calibration progress.
OPERATIONAL
CAMERA FIRMWARE UPGRADE METHODS
MX-F40 Technical Data
CAMERA FIRMWARE UPGRADE METHODS
STROBE TYPES AVAILABLE
Infrared (850nm), Near Infrared (780nm) and Visible Red (623nm) surface mount LED strobes. No requirement for
SPECIFICATIONS
TO CHANGE
WITHOUT
COMMUNICATE
LOS ANGELES
CABLING
Custom: ethernet,
power andSUBJECT
sync carried
in a single
cable. NOTICE.
secondary
optics orOXFORD
strobe covers.
VICON ACKNOWLEDGES ALL TRADEMARKS.
FOR FURTHER INFORMATION PLEASE
T: +44 (0) 1865 261800
T: +1 310 306 6131
VICON MOTION SYSTEMS LTD. UK REGISTERED NO. 1801446
CONTACT YOUR NEAREST OFFICE OR
DENVER
LAKE FOREST
ADJUSTABLE ILLUMINATION LEVELS
1,000CONNECTORS
in software.
Cable has a single connector which plugs into the MX Camera.
ALL IMAGES COPYRIGHT VICON MOTION SYSTEMS 2007
EMAIL [email protected]
T: +1 303 799 8686
T: +1 949 472 9140
CABLING
COMMUNICATE
OXFORD
Any standard
transmission method including FTP, email, CD,
DVD, USB stick etc.
FOR FURTHER INFORMATION PLEASE
T: +44 (0) 1865 261800
CONTACT YOUR NEAREST OFFICE OR
DENVER
Custom:
ethernet, power and sync carried in a single cable.
EMAIL [email protected]
T: +1 303 799 8686
CONNECTORS
Cable has a single connector which plugs into the MX Camera.
POWER SUPPLY
All power to the MX Cameras provided by the power supply within the MX Ultranet.
ON-CAMERA INDICATOR LEDS
3 per camera: master camera, status and calibration progress.
INTEROPERABLE CAMERAS
MX-F40, MX-F20, MX-40+, MX-40, MX-20+, MX-13+, MX-13, MX-3+, MX-3.
COMMUNICATE
FOR FURTHER INFORMATION PLEASE
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EMAIL [email protected]
OXFORD
T: +44 (0) 1865 261800
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T: +1 303 799 8686
LOS ANGELES
T: +1 310 306 6131
LAKE FOREST
T: +1 949 472 9140
SPECIFICATIONS SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE.
VICON ACKNOWLEDGES ALL TRADEMARKS.
VICON MOTION SYSTEMS LTD. UK REGISTERED NO. 1801446
ALL IMAGES COPYRIGHT VICON MOTION SYSTEMS 2007
Pedana di
forza
PROVEN VICON MX PLATFORM
di videocamere
LOS ANGELES
T: +1 310 306 6131
LAKE FOREST
T: +1 949 472 9140
SPECIFICATIONS SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE.
VICON ACKNOWLEDGES ALL TRADEMARKS.
VICON MOTION SYSTEMS LTD. UK REGISTERED NO. 1801446
ALL IMAGES COPYRIGHT VICON MOTION SYSTEMS 2007
Computer
centrale
RipreseRiprese
video video
normalinormali
Sistemi non ottici
Elettrogoniometri
La moderna analisi
Sistemi Elettromeccanici
goniometri
L’analisi del movimento, può essere effettuata anche con mezzi
alquanto rudimentali, come metri, goniometri etc. Negli ultimi
anni, però, vi sono apparecchiature elettroniche sofisticate che
rendono le misure valutative sempre più affidabili.
Sistema USB
I Goniometri moderni misurano l’escursione delle articolazioni maggiori
durante il movimento e la statica e possono interfacciarsi ai computer.
La moderna analisi
Sistemi Elettromeccanici
Elettro-goniometri
!!!!!!!!!!!!!"#$%&!'&()*!*+,!
!!!!!!!!!!!!!'-**#%./!0(.,1!
elettrogoniometri
prevedevano
I primi
d’interfaccia per mezzo di scomodi fili.
collegamenti
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Attualmente esistono
tipologie di elettrogoniometri con
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La moderna analisi
Sistemi Elettromeccanici
Elettro-goniometri
La moderna analisi
Sistemi Elettromeccanici
Elettrogoniometri
Sistema di elettrogoniometri (Biometrics)
con
software
di
visualizazione
monoassiali (bianchi) e biassiali (verdi)
Il sistema e’ in grado di rilevare l’angolo
tra i piani inferiori delle estremità
(monoassiale) e tra i piani mediani
delle estremità (biassiali)
E’ necessaria una calibrazione iniziale
Utilizzati in ergonomia, in riabilitazione
ortopedica e neurologica e in
reumatologia.
Sistemi non ottici
goniometri indossabili
Analisi del Movimento
Sistemi di Analisi del Movimento
!!!!
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Il data-glove è un vero e proprio guanto, dotato
però di sensori in grado
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di registrare il movimento della mano e delle dita e di inviare al
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computer le relative informazioni. Accompagnato da un software in
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di interpretare
questi
dati, il4+!data-glove
trasforma
una
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4;'&'.<4A!
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interfaccia naturale e potente.
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e nella stoffa
.
no
no
Analisi del Movimento
i componentiSistemi
elettromeccanici
interattivi,
sono
di Analisi
del Movimento
eriali polimerici, che
possono essere:
Goniometri
indossabili
e nella stoffa
i.
Tessuti nei quali, tutti i componenti elettromeccanici interattivi, sono realizzati
tramite materiali polimerici, che possono essere:
•tessuti direttamente nella stoffa
•stampati sui tessuti.
GUANTO
SENSORIZZATO
Analisi
del
Movimento
Hardware: sensori piezoresistivi
Sistemiintegrati
di Analisi
del
Movimento
nel
tessuto
GUANTO
SENSORIZZATO
Goniometri
indossabili
Una volta vulcanizzata la miscela, si ottiene una
Hardware: sensori piezoresistivi integrati n
I sensori
utilizzati
sono
gomma che presenta
caratteristiche
piezoresistive
tessuto
da:meccaniche
miscela
didel
e che non alteraSensori:
le composti
caratteristiche
silicone conduttivo
(miscela
silicone presenta
arricchito
di
effetti piezoresistivi
tessuto stesso. silicone/grafite),
carbone e diluito con
Substrato
tessile: lycra®
trifluorocloroetilene.
I 2
Utilizzando il processo descritto sia i sensori
componenti,
miscelati
Processo
realizzativo
:
che le connessionii all’elettronica
n s i e m e , di
fino
al
• preparazione
della utilizzando
miscela
acquisizione vengono
realizzati
raggiungimento
di una
consistenza
lo stesso materiale.
• maschera
adesivagommosa.
e deposizione
• vulcanizzazione
Vantaggi in termini
indossabilità
del sono
I disensori
ottenuti
dispositivo. Non sono
necessari cavi
piezoresistivi
La linea
nera piùpotrebbero
larga rappresenta i sensori colle
metallici i quali, essendo
rigidi,
serie e ricopre le più importanti articolazioni della
Maschera utilizzata per la
ostacolare
movimenti.
Le linee nere più sottili servono per connettere i s
realizzazione
del certi
dispositivo
all’elettronica di acquisizione.
Analisi del Movimento
Sistemi IL
diPROTOTIPO:
Analisiladel
Movimento
ginocchiera
sensorizzata
Goniometri indossabili
Modulodati
“on-body” (elettronica + unità bluetooth)
Modulo
IL PROTOTIPO: la ginocchiera
sensorizzata
Bluetooth
Modulo “on-body”Calza
(elettronica
+ unità bluetooth
)
in Lycra®
(elasticità,
leggerezza, aderenza)
Calza in Lycra
Calza in Lycra® (elasticità, leggerezza, aderenza)
sensore
sensore
pista di connessione
dello stesso materiale
pista di connessione
dello stesso materiale
Scarpino sensorizzato “segnapasso”
Scarpa con sensori
Scarpino sensorizzato “segnapasso”
La moderna analisi
Sistemi Elettromeccanici
Elettrogoniometri
VANTAGGI:
A)
particolarmente
semplice
e
relativamente economico. B) possibilità di disporre
immediatamente dei dati ottenuti dalla valutazione
SVANTAGGI: A) in alcuni casi presentano errori di
valutazione superiori ai 10°, ad esempio nel “Cross talk”,
il movimento che si avvera su un piano viene B)
possibilità di errore di posizionamento nella zona
addominale nei soggetti in forte sovrappeso.
C) analisi di singole porzioni di corpo sul piano sagittale
Sistemi non ottici
Accelerometri
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici Inerziali
Accelerometri
Gli accelerometri sono sensori che misurano le
accelerazioni lineari dei vari segmenti corporei su cui
gli stessi vengono posizionati.
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici Inerziali
accelerometri
Il principio che permette il funzionamento degli
accelerometri, si basa sul fatto che una massa
accelerata presenta una propria inerzia che può
essere misurata.
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici Inerziali
Accelerometri
All’interno dell’accelerometro un corpo è fissato ad un
elemento elastico, che a sua volta è legato ad una
struttura fissa.
Quando vi è un’accelerazione la massa si sposta dalla
posizione originale e un sensore rileva il movimento e
lo trasforma in un segnale elettrico che in seguito
viene elaborato e interpretato.
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici Inerziali
Accelerometri
Sistemi non ottici
Giroscopi
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici e Inerziali
Giroscopi
Il
giroscopio
è
uno
strumento
rotante
che
tende a mantenere il suo
asse di rotazione orientato
in una direzione fissa.
Servono a misurare le
accelerazioni angolari dei
segmenti corporei su cui si
posizionano
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici e Inerziali
Giroscopi
In pratica è costituito da una
ruota che gira intorno al
proprio asse. Quando la
ruota è in movimento il suo
asse tende a mantenersi
parallelo a sè stesso e ad
opporsi al cambiamento di
orientamento. Il meccanismo
fu inventato nel 1852 dal
fisico Jean Bernard Leon
Focault.
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici e Inerziali
Giroscopi
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici Inerziali
Giroscopi e Accelerometri
L’uso degli accelerometri e dei giroscopi è ormai
diffusissimo: sono ampiamente utilizzati nel campo
scientifico e aerospaziale. I giroscopi sono spesso
utilizzati in campo militare o nei telescopi
e anche in alcuni oggetti a cui forse non avreste pensato:
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici Inerziali
Giroscopi e Accelerometri
Accelerometro
La moderna analisi
Sistemi elettromeccanici Inerziali
Giroscopi e Accelerometri
Giroscopio
Sistemi non ottici
Pedane Dinamometriche
Analisi del Movimento
Sistemi di Analisi del Movimento
Pedana Dinamometrica
Fvert
Pressione
del piede
Fant-post
Fmed-lat
Forza registrata
dalla pedana
Forza che
Riceve l’arto
rizzato disponibile in varie lunghezze e
le di larghezza pari a 61 cm e lunghezza
ere disposto su qualsiasi tipo di superficie.
otolato e riposto nella sua confezione o
oce. GAITRite è pronto per l’uso in pochi
ra e verifica, e non impone alcun tipo di
ammina sul tappeto e il sistema effettua la
deo le mappe pressorie corrispondenti ad
ntifica !"#$%&'()#)*)'
automaticamente
la geometria di
+,*)'-./01201---'
I dati vengono archiviati in una struttura a database per una gestione efficace in ambito clinico e per comparazioni intra
e inter paziente immediate.
La verifica su paziente può essere condotta senza alcuna restrizione, le valutazioni possono essere effettuate con
pazienti che adottino ausili quali deambulatori, stampelle o bastoni. Anche in tali casi è consentita l’identificazione dei
parametri spazio-temporali associati.
Funzioni di editing consentono di eliminare le sequenze indesiderate.
GAITRite è costituito da un camminamento sensorizzato disponibile in varie lunghezze e
connesso tramite USB ad un normale PC.
Il camminamento è equipaggiato con un’area sensibile di larghezza pari a 61 cm e lunghezza
variabile in accordo al modello (dai 3.6 ai 7.6 m).
Il sistema assume l’aspetto di un tappeto che può essere disposto su qualsiasi tipo di superficie.
Flessibile e facilmente trasportabile, può essere arrotolato e riposto nella sua confezione o
spostato nell’area di interesse in modo pratico e veloce. GAITRite è pronto per l’uso in pochi
secondi, non richiede particolari procedure di taratura e verifica, e non impone alcun tipo di
dispositivo da far indossare al paziente. Il paziente cammina sul tappeto e il sistema effettua la
registrazione del segnale rilevato riproponendo a video le mappe pressorie corrispondenti ad
ogni singolo contatto piede-terreno. Il sistema identifica automaticamente la geometria di
progressione del centro di pressione. In differita sono rapidamente disponibili tutti i parametri
spazio-temporali connessi alla deambulazione in formato grafico di immediata comprensione e
gestito secondo modalità di report personalizzabili dall’utente.
Il sistema GAITRite:
GAITRite è un sistema dedicato alla rilevazione e alla determinazione dei
parametri spazio-temporali connessi alla deambulazione. Consente di
effettuare in modo rapido, automatico ed affidabile una valutazione generale
ed oggettiva sulle performance motorie del paziente.
Il sistema portatile per l’analisi
della deambulazione
alla rilevazione e alla determinazione dei
del Movimento
essi allaAnalisi
deambulazione.
Consente di
ico ed affidabile una valutazione generale
Sistemi di Analisi del Movimento
orie del paziente.
Pedana Dinamometrica
o con AFO
metria ridotta
à aumentata del 12%
appoggio del tallone
o sforzo per ginocchio,
tratto lombare
Analisi del Movimento
Sistemi di Analisi del Movimento
Pedana Dinamometrica
Analisi del Movimento
Sistemi di Analisi del Movimento
Pedana Dinamometrica
Analisi del Movimento
Sistemi di Analisi del Movimento
Pedana Dinamometrica
Analisi del Movimento
ate Stairway
For Floor Embedded Force Platforms
Sistemi di Analisi del Movimento
Pedana Dinamometrica
designed in response
ng stair ambulation in
ns. The force plathe use of a pair of
s to which the special
alkway can be easily
s expanding the abilissess mobility in difThis is of paramount
on is performed in
intervention. The
n fact take into
n level walking, but
h is an essential
iduals.
I sistemi MoCap
(Motion Capture)
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Cos’è il MoCap
Il Mocap (o Motion Capture) è un processo di registrazione
dei dati del movimento umano in modo che possa essere
utilizzato in 3D (3 dimensioni, ovvero xyz) su un computer. Il
Mocap può essere utilizzato per l’analisi del movimento
nello sport, nella riabilitazione e nella ricerca scientifica.
Viene anche usato per le animazioni 3D dei film, della TV e
per la costruzione dei videogame.
Il Motion capture è tipicamente realizzato utilizzando una
delle tre tecnologie: ottiche, magnetiche ed elettro
meccaniche. Ognuna di queste tre tecnologie ha i suoi punti
di forza, ma non c'è una singola tecnologia di motion
capture perfetta per ogni possibile uso.
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Sistemi Magnetici
Utilizzano sensori collocati sul
corpo per misurare un campo
magnetico a bassa frequenza
generato da un trasmettitore. I
sensori sono in comunicazione
con una centralina elettronica di
controllo che correla i segnalati
generati all’interno del campo.
Le unità di controllo elettroniche
sono in rete con un computer
che utilizza un software per
rappresentare queste posizioni e
le rotazioni nello spazio in 3D.
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Sistemi Elettromeccanici inerziali
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Sistemi inside-out
3D SPACE FASTRAK
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Sistemi inside-out
Il 3D SPACE FASTRAK calcola con accuratezza
la posizione e l'orientamento di un piccolo
ricevitore
durante
i
suoi
spostamenti
nell'ambiente. Questo dispositivo elimina
virtualmente il problema della latenza, poichè
fornisce una misurazione dinamica, real-time
con sei gradi di libertà per la misurazione della
posizione (le coordinate cartesiane X,Y,Z) e
orientamento (azimuth, elevazione, e rotazione)
ed è il più accurato sistema di tracciamento
elettromagnetico sul mercato.
3D SPACE FASTRAK
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Sistemi Ottici ad infrarossi
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Posizionamento delle videocamere
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Posizionamento delle videocamere
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Posizionamento delle videocamere
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Posizionamento delle videocamere
SE
SE
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
La videocamera ad infrarossi
Utilizza una luce stroboscopica
a diodi (LEDs) sincronizzata con
la velocità di acquisizione
dell’immagine permettendo un
effetto
“congelamento”
dei
fotogrammi.
SE
SE
SH
MA
ON
ON
GR
ON
ON
DY
CA
ST
ST
L’obiettivo prevede un sensore a
4 Mpixel e permette una cattura
dell’immagine ad alta velocità,
da 370 a 500 fps (le normali
videocamere arrivano a 50 fps)
AD
PH
CA
CA
WE
OP
CA
MX-F40 Technical Data
MX-F20 Technical Data
CA
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
La videocamera ad infrarossi
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
La tuta
280,00$ - 210,00€
Progettata appositamente
per essere utilizzata con i
sistemi di motion capture.
La tuta può essere indossata
facilmente anche senza luce
ed è composta da tessuto
traspirante elasticizzato.
Presenta delle superfici in
velcro per il posizionamento
personalizzato dei marker.
Analisi del Movimento
13/12/2006 09:30 PM
Sistemi di Motion Capture
Posizionamento dei marker
Vicon | Posture, Balance & Motor Control
WEDNESDAY, DECEMBER 13, 2006.
A unique range of motion measurement systems and technologies to meet
13/12/200
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Posizionamento dei marker
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Tipologie di Marker
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Tipologie di Marker
Marker Passivi
• Supporti di materiale plastico ricoperti da pellicola
catarifrangente
• Serve un dispositivo aggiuntivo di illuminazione con
lunghezze d’onda specifiche (780-820 nm).
• Telecamere con filtro ottico ⇒marcatori
immediatamente riconoscibili rispetto allo sfondo.
•Sfericità garantisce la miglior riflessione dei raggi
infrarossi (ampi angoli di riflessione)
•Serve pre-elaborazione per identificare e classificare i
marcatori
Marker Attivi
• LED (light-emitting diodes) che generano il segnale
luminoso
• Non serve dispositivo di illuminazione esterno
• Necessità di alimentare i dispositivi
• Necessità di sincronizzazione via cavo
• Non serve pre-elaborazione per identificare e
classificare i marcatori
• Angoli i emissione inferiori ⇒setup delle
telecamere critico•Angoli i emissione inferiori
⇒setup delle telecamere critico
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
La calibrazione
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Esempio di set per 6 videocamere
6.000$ - 4.500€
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Tipologie di Marker
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Tipologie di Marker
LA CINEMATICA
Attuale
Sistemi di Analisi del Movimento
Classificazione dei sensori
• in base al principio fisico utilizzato (ottico, piezoelettrico,...),
• in base alla grandezza misurata (forza, velocità,...),
• in base al loro comportamento energetico:
Sensori attivi: che convertono direttamente l’energia dell’ingresso
in energia di uscita, senza l’ausilio di sorgenti esterne
(celle fotovoltaiche – trasformano l’energia luminosa in energia elettrica);
Sensori passivi: richiedono energia dall’esterno per la conversione
(potenziometri, sensori angolari,...).
Analisi del Movimento
Sistemi di Motion Capture
Il software arena - (optitrack)
13/12/2006 09:31 PM
Analisi del Movimento
Il sistema VICON
Analisi del Movimento
Il sistema VICON
Analisi del Movimento
Il sistema VICON
Analisi del Movimento
Il sistema VICON
Analisi del Movimento
Il sistema VICON