航天员需要在太空微重力环境下进行多种科学实验和设备维护任务,为保证任务万无一失,航天员需要在地面同等或类似条件下进行反复训练。因此,需要一套系统模拟太空的微重力环境,为航天员训练提供硬件支撑。为此,载人航天工程计划建立一套“航天员协同训练系统”,采用柔性绳索悬吊的方式抵消重力,达到模拟微低重力的目的。本文以“航天员协同训练系统”为选题依据和应用背景,针对项目需要选择了两个方向作为本文的主要研究点,一是实时测量悬吊式训练系统的绳索摆动角,二是实时测量航天员的身体姿态。为保证模拟的真实性,该系统需要实时控制绳索的摆动角度,使之与铅垂线的夹角保持在1度以内。本文提出采用视觉测量方法实时测量绳索摆动角,并设计了详细的实验方案。为实时监测航天员的运动,本文对人体运动测量问题进行了深入研究,设计人体姿态检测和跟踪算法,并实施了相关实验。本文主要包括以下几个方面的内容:1.阐述了目前常用的绳索摆动角测量方法,包括接触式与非接触式,对比了不同类型方法的优缺点,提出选用更符合项目实际的视觉测量方法,设计了绳索摆动角实验方案。2.介绍了人体姿态检测相关算法,着重分析了随机森林算法的原理和实现过程,并据此设计了本文的人体姿态检测程序。3.针对人体姿态跟踪问题介绍了相关算法,主要阐述了ICP算法的原理和实现流程,针对点云配准中的刚性点云变换进行了数学推导,最后基于ICP算法设计了本文的人体姿态跟踪程序,实现了多人实时人体姿态跟踪。4.搭建人体运动测量系统,介绍了从硬件选型到系统组建、调试的过程,设计了相关实验验证人体姿态检测和人体姿态跟踪算法的性能,实现了实时人体姿态检测和跟踪,能够实时获得人体的三维骨架运动信息。