[發(fā)明專利]三維人體形態(tài)和姿態(tài)的無標(biāo)記點(diǎn)實(shí)時(shí)復(fù)原方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310215996.3
• 申請(qǐng)日: 2013-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN103268629A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程志全;陳寅;黨崗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 程志全
• 主分類號(hào): G06T15/00
• 分類號(hào): G06T15/00;G06T19/20
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.三維人體形態(tài)和姿態(tài)的無標(biāo)記點(diǎn)實(shí)時(shí)復(fù)原方法，面向單目深度視頻相機(jī)獲取的深度圖像序列，借助人體參數(shù)化模型，完成人體形態(tài)和姿態(tài)的實(shí)時(shí)復(fù)原，其特征在于，該方法包括以下步驟：

第一步、人體參數(shù)化模型提取，通過分析預(yù)先建立的人體庫，提出一種人體數(shù)據(jù)參數(shù)的建模模型，即人體參數(shù)化模型；

第二步、人體形態(tài)離線復(fù)原，通過等價(jià)主元素分析變換方法，使用身高、體重、性別三個(gè)顯著約束，采用深度視頻相機(jī)構(gòu)建的靜態(tài)三維模板，離線復(fù)原出人體對(duì)象s的個(gè)性化對(duì)象的線性參數(shù)θ，復(fù)原出目標(biāo)人體形態(tài)；

第三步，人體姿態(tài)在線復(fù)原，在人體參數(shù)化模型的約束下，利用已經(jīng)求取的形態(tài)變形子模型參數(shù)和姿態(tài)變形子模型的線性蒙皮變形中各剛性塊的權(quán)重，面向深度視頻相機(jī)采集的深度視頻序列，通過線性變分方法，實(shí)時(shí)地求取姿態(tài)變形子模型的線性蒙皮變形中各剛性塊的變換，從而，在線復(fù)原出人體的姿態(tài)；

所述第一步具體包括：

1.1?構(gòu)建人體參數(shù)化模型，該模型包括人體的形態(tài)變形和姿態(tài)變形兩個(gè)部分，形態(tài)變形子模型刻畫了形態(tài)變化帶來的多樣性，并用主元素分析方法進(jìn)行化簡；姿態(tài)變形子模型用線性蒙皮變形表示，分解為人體中人體剛性部件個(gè)剛性塊的變換和權(quán)重乘積的求和；

1.2?用已經(jīng)構(gòu)建的人體庫訓(xùn)練該模型，求解出參數(shù)，包括：人體形態(tài)變形空間經(jīng)主元素分析所求解出的特征向量U與平均人體形態(tài)參數(shù)μ，姿態(tài)變形子模型的線性蒙皮變形中各剛性塊的權(quán)重w；

1.3?針對(duì)需要生成的人體模型，通過輸入數(shù)據(jù)和已經(jīng)求解出的參數(shù)，套用構(gòu)建的人體參數(shù)化模型，通過非線性優(yōu)化方法，求解出目標(biāo)人體模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體形態(tài)和姿態(tài)的無標(biāo)記點(diǎn)實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于，所述的構(gòu)建人體參數(shù)化模型，具體求解如下：

給定三角形模板M，被注冊(cè)到人體庫中姿態(tài)為p的人體對(duì)象s，簡寫為網(wǎng)格模型M^sp，人體參數(shù)化模型分解為形態(tài)變形子模型和姿態(tài)變形子模型兩部分，分別為：

a）形態(tài)變形子模型Θ：它形式化表示為????????????????????????????????????????????????，其中，μ表示了平均人體形態(tài)，U為人體形態(tài)變形空間經(jīng)主元素分析所求解出的特征向量，θ為刻畫個(gè)性化對(duì)象的線性參數(shù)；

b）姿態(tài)變形子模型Q：以特定人體對(duì)象s為例，權(quán)重w_ij表示了第i個(gè)頂點(diǎn)上第j個(gè)剛性塊的權(quán)重，和為j剛性塊相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)姿態(tài)r下頂點(diǎn)v_i^r的旋轉(zhuǎn)和平移變換，頂點(diǎn)的線性蒙皮變形可表示為：。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體形態(tài)和姿態(tài)的無標(biāo)記點(diǎn)實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于，所述線性變分方法的線性變分函數(shù)描述了復(fù)原出三維人體的姿態(tài)的如下特征：1）復(fù)原出的人體與輸入深度數(shù)據(jù)的擬合程度；2）相鄰剛性塊在關(guān)節(jié)連接處的一致性；3）各剛性塊自身運(yùn)動(dòng)的慣性；4）特殊剛性塊，包括大腿、小腿、腳、大臂、小臂塊，自身主軸運(yùn)動(dòng)方向的穩(wěn)定性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體形態(tài)和姿態(tài)的無標(biāo)記點(diǎn)實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于，所述人體姿態(tài)在線復(fù)原，具體計(jì)算過程為：求解變換t時(shí)刻下的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量T的具體公式如下：

其中，、和分別設(shè)置為10、5和1，為深度點(diǎn)云中與變形后頂點(diǎn)距離最近的頂點(diǎn)，各剛性塊自身運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)慣性為，根據(jù)人體剛性塊的層次結(jié)構(gòu)，其上一層的父剛性塊的旋轉(zhuǎn)變換則為；基于人體剛性塊的旋轉(zhuǎn)傳遞原理，與在理論上是相等的，特殊剛性塊具有一個(gè)穩(wěn)定的主軸方向d，在該主軸方向上，該特殊剛性塊及其父剛性塊的旋轉(zhuǎn)投影也是一致的，線性變分函數(shù)的變量只有各剛性塊的變換，實(shí)時(shí)求解出旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量T，從而完成人體姿態(tài)的在線復(fù)原。