一、视频流分析处理
视频流是实验鼠动作、行为分析最常用的手段。通过连续的一帧帧的视频流，可以观察出实验鼠的动作，分析出动物的运动时序、步骤，为更深入地研究实验鼠行为以及为机器鼠的控制提供理论基础与数据。
视频流的采集设备通常分为普通相机和高速摄像机（图2-13）。在记录实验鼠之间的交互或机器鼠与实验鼠之间的交互时，通常不需要相机具有较高的帧率，可以采用普通相机记录。但是，当研究实验鼠的运动时，由于实验鼠的动作通常比较迅速，采用低帧率的相机记录很容易造成拖影，不便于后续的分析。为了拍到它们快速运动的清晰图片，相机的帧率常常需要达到100帧/s以上，有时甚至需要1 000帧/s以上，因此必须采用高速相机。在使用高帧率相机时，必须注意要有足够的亮度，同时要避免外界的干扰，以便拍摄到足够光亮、清晰的运动图像。同时，应该注意到，实验鼠对新的环境、新的光线需要有一个适应过程，这样才不会因为亮光而表现出恐慌[33]。
图2-13 视频采集所用的相机
（a）普通帧率相机；（b）高帧率相机
在记录实验鼠运动时，采用两个以上的相机可以记录实验鼠多个方向上的运动。但是，在利用高速相机记录实验鼠运动时，相机的同步问题往往不好解决。因此，可以采用如图2-14所示的方式[34]，利用镜子实现拍摄实验鼠多个角度的运动，这样的拍摄方式可以有效解决相机同步问题，也便于实验鼠运动分析时的比较。
图2-14 高速相机拍摄装置：通过斜置反光镜，相机可同时记录实验鼠的侧视和底视图
在本书中，记录实验鼠运动的装置如图2-15所示[28，35]，其中包括相机、荧光灯、敞箱和控制计算机。实验区域的四周围有木墙，防止实验鼠逃离实验区，敞箱周围挂有遮光窗帘，防止周围环境光对实验的干扰。相机固定在敞箱顶部，距离实验鼠2 m处，可以为实验鼠和机器鼠的交互提供鸟瞰视角。控制计算机用于接收相机传回的图像，并负责图像处理，也可以为机器鼠发送指令，控制机器鼠与实验鼠进行交互。因此，实验可以在封闭室和操作室中自主进行，而无须人工干预。
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图2-15 封闭室和操作室的前视图
二、X射线透视分析处理
在机器鼠的设计和控制过程中，常常需要用到实验鼠的骨骼模型。此时，我们可以利用X射线透视机来观察实验鼠的运动，从而在实验鼠的每一帧运动中都能观察到其骨骼结构。将实验鼠放置在X射线透视机（图2-16）的视场内，拍摄单只或多只实验鼠的运动，然后通过人工剪辑、观察、标注，从而完成实验鼠运动的分析工作。
图2-17（a）所示为实验鼠几种典型动作的X射线照片[36，37]，从中可以清楚地看到实验鼠运动中的骨骼结构。经过后期处理分析后，可将实验鼠的关节与骨骼进行简化（图2-17（b）），便于后续的机器人设计和控制。在本书中，将多次使用实验鼠的X射线图，用于机器鼠的设计、运动控制以及交互过程中。
图2-16 佳能公司RaffineTM-i透视机
（图片源自佳能医疗系统株式会社jp.medical.canon）
图2-17 实验鼠X射线图（见彩插）
（a）原X射线图；（b）经简化、标记后的X射线图
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