[發(fā)明專(zhuān)利]融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310164010.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103279186A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王永生;李帥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘭州交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F3/01
• 分類(lèi)號(hào): G06F3/01;G06F3/0346;G06T7/00;G06T7/20
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 姜萬(wàn)林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體地，涉及一種融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著數(shù)字處理速度的加快和傳感器的應(yīng)用，各種人機(jī)互動(dòng)系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)，目前，主流的人機(jī)互動(dòng)，有機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)和光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，兩者對(duì)于單目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)捕捉精度較高，但對(duì)于多目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，以上兩者均存在一定的缺點(diǎn)無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)捕捉，首先，多目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)如果基于機(jī)械式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)，則沒(méi)有辦法獲取各目標(biāo)在三維空間中的絕對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即無(wú)法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確定位，從而無(wú)法重現(xiàn)多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的真實(shí)的運(yùn)動(dòng)畫(huà)面，如各目標(biāo)的跳動(dòng)動(dòng)作系統(tǒng)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。其次，對(duì)于光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)可以精確獲取目標(biāo)的絕對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，它是通過(guò)高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)捕捉目標(biāo)體表面多個(gè)發(fā)光的標(biāo)記點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但多目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)如果基于光學(xué)式運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)情況就有所不同，多目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)被捕捉的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)不只一個(gè)，由于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中多目標(biāo)表面的多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)容易出現(xiàn)相互遮擋的情況，一旦某目標(biāo)表面某一個(gè)或幾個(gè)標(biāo)記點(diǎn)被遮擋，則高速攝像機(jī)就無(wú)法拍攝到該時(shí)刻的圖像，從而無(wú)法確定相應(yīng)位置在三維空間中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)目標(biāo)的精確定位和精確捕捉人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種融合光學(xué)定位與慣性傳感的多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，包括目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元、目標(biāo)定位單元、數(shù)據(jù)同步控制單元、數(shù)據(jù)接收與處理單元，所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元為多個(gè)；

所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元：在數(shù)據(jù)同步控制單元的控制下，獲取目標(biāo)對(duì)象各關(guān)節(jié)點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并對(duì)各關(guān)節(jié)點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)接收與處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

所述目標(biāo)定位單元：在數(shù)據(jù)同步控制單元的控制下，獲得各目標(biāo)對(duì)象的準(zhǔn)確位置數(shù)據(jù)，即目標(biāo)定位點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)數(shù)值，并將各個(gè)目標(biāo)對(duì)象的三維空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)接收與處理單元；

所述數(shù)據(jù)同步控制單元：保證上述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元之間數(shù)據(jù)采集的同步性；

所述數(shù)據(jù)接收與處理單元：接收上述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元傳輸?shù)母髂繕?biāo)對(duì)象的姿態(tài)數(shù)據(jù)和坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)，運(yùn)用反向運(yùn)動(dòng)學(xué)方法對(duì)各目標(biāo)對(duì)象的姿態(tài)數(shù)據(jù)與坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，得到控制三維動(dòng)畫(huà)角色運(yùn)動(dòng)的完整的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元包括多個(gè)慣性傳感器、節(jié)點(diǎn)控制器、無(wú)線傳輸模塊和動(dòng)作捕捉主機(jī)，所述慣性傳感器固設(shè)在采集節(jié)點(diǎn)上，在節(jié)點(diǎn)控制器的控制下對(duì)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳輸給動(dòng)作捕捉主機(jī)，經(jīng)動(dòng)作捕捉主機(jī)對(duì)采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析后傳輸給數(shù)據(jù)接收與處理單元。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述慣性傳感器為三軸加速度傳感器、三軸角速度傳感器和三軸地磁傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述目標(biāo)定位單元包括多臺(tái)高速攝像機(jī)、發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)（定位點(diǎn)）、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交互裝置和定位主機(jī)，在每個(gè)目標(biāo)對(duì)象的最大程度無(wú)遮擋的部位放置一個(gè)發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)，通過(guò)排布在空間中的多臺(tái)高速攝像機(jī)將各目標(biāo)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀況以圖像的形式記錄下來(lái)，然后將記錄下來(lái)的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交互裝置傳輸給定位主機(jī)進(jìn)行處理，即定位主機(jī)計(jì)算識(shí)別圖像中各發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)于空間的任意一個(gè)點(diǎn)，只要它能同時(shí)至少被兩臺(tái)高速攝像機(jī)所采集，則根據(jù)同一瞬間兩臺(tái)高速攝像機(jī)所拍攝的圖像和相機(jī)參數(shù)，得到該發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)在三維空間中的絕對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)同步控制單元包括控制器和無(wú)線傳輸模塊，所述控制器的命令通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳輸給目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)接收與處理單元包括系統(tǒng)主機(jī)和HUB，所述目標(biāo)動(dòng)作捕捉單元和目標(biāo)定位單元采集的數(shù)據(jù)經(jīng)HUB接收后，傳輸給系統(tǒng)主機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述捕捉的目標(biāo)對(duì)象為人體，并將人體骨骼模型分為17個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該17個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分別為臀腹關(guān)節(jié)、左胸肩關(guān)節(jié)、右胸肩關(guān)節(jié)?、左肩關(guān)節(jié)、右肩關(guān)節(jié)、左肘關(guān)節(jié)、右肘關(guān)節(jié)、左腕關(guān)節(jié)、右腕關(guān)節(jié)、胸頸關(guān)節(jié)、頭頸關(guān)節(jié)、左腿根關(guān)節(jié)、右腿根關(guān)節(jié)、左膝關(guān)節(jié)、右膝關(guān)節(jié)、左踝關(guān)節(jié)和右踝關(guān)節(jié)，通過(guò)上述17個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)確定人體在空間的位置和朝向。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述目標(biāo)定位單元選取人體的頭頸關(guān)節(jié)為定位點(diǎn)，在人體的頭頸關(guān)節(jié)上放置發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：