运动捕获是人机交互、可穿戴计算、普适计算和计算机视觉领域的一个重要研究方向。基于惯性传感器的运动捕获则是其中一个重要而活跃的研究课题,在自然用户界面、普适计算、虚拟现实、三维动画、游戏、机器人控制等诸多方面都有着直接的应用。本文围绕着惯性运动捕获作了如下的一些研究:　　 提出了一种新的低成本、低功耗的惯性传感器硬件系统。相比光学运动捕获等其他系统,惯性运动捕获的优势之一就在于低成本。为了降低成本,本文选取了常用的加速度计、陀螺仪传感器以及蓝牙芯片。而主控芯片也选择了常用的ATMEGA168P单片机。考虑到设备的易穿戴性,硬件电路板的长和宽只有30mm×30mm。本文在该硬件上进行了固件编程,实现了通过I2C总线的陀螺仪、温度传感器、加速度计数据采集,并通过蓝牙模块发送给上位PC机。　　 提出并实现了基于多个惯性传感器的运动捕获系统Ⅰ-Motion。本文从传感器的扩展性、易替换、应用可扩展等角度出发,设计了多层次、相对独立的软件架构。系统分为数据采集层、平台层以及应用层。数据采集层负责蓝牙通讯管理,TCP/IP网络通讯,各个传感器数据的接收和发送；平台层包括数据预处理模块、数字信号处理模板、数据融合模块和机器学习等模块。平台层同时提供相关的支撑算法,包括数字滤波、传感器标定、传感器数据补偿、数据融合、机器学习等算法；应用层负责与应用相关的操作,包括传感器的连接和配置,人体骨架模型的渲染,图形绘制等。　　 提出了支持十个以上的蓝牙传感器的通讯架构。标准的蓝牙通讯协议只能支持七个蓝牙设备同时工作。虽然一个蓝牙适配器能同时连接多个设备,但是系统的可靠性会随着数量的增加而降低。为了解决该问题,本文采用Client/Server模式构建蓝牙通讯网络。在该架构下,每个蓝牙适配器是一个独立的客户端,服务端则只负责数据的处理,不管理蓝牙连接。在这种方式下,蓝牙连接与数据处理相互独立,这样数据处理能达到实时,而且即使某个蓝牙设备出现故障,也不会影响服务端的数据处理。　　 提出了一种新的基于最小二乘法的陀螺仪温度漂移补偿算法。陀螺仪的一个主要问题在于传感器零点会随着温度的变化而漂移,从而带来误差,而由于误差的累积效应,误差会随着时间增加进一步放大。为此,本文设计了加速度标定算法,并创新性的提出了陀螺仪温度漂移补偿算法。本文针对陀螺仪的数据随着温度的变化进行了分析,并进行线性建模。实验证明,该方法能十分有效的减少陀螺仪零点温度漂移误差。　　 实现了低速和高速两种状态基于卡尔曼滤波的陀螺仪和加速度数据合成算法。在低速状态下,三轴加速度能较好的计算物体的姿态角；在高速状态下,加速度计无法准确估计物体的姿态角,只能融合加速度计和陀螺仪两种传感器。针对该问题,为了在各种状态下都能准确求解物体的姿态,本文在两种状态下使用了不同的评估方法。　　 最后,通过“儿童皮影戏”和“日常行为监控”两个项目举例说明了运动捕获系统如何得到具体的应用。