[發明專利]一種基于標志點的剛體運動捕捉方法及系統

在審

• 申請號: 201611114831.7
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106600627A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 周劍;羅軍;王時麗;張小苗
• 申請（專利權）人: 成都通甲優博科技有限責任公司
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及計算機視覺、空間攝影測量技術和動作捕捉領域，具體涉及一種基于標志點的剛體運動捕捉方法。

背景技術

動作捕捉系統即對物體的運動，諸如速度、加速度、位置進行測量的系統。從原理上說可分為機械式、聲學式、電磁式、主動光學式和被動光學式。不同原理的設備各有其優缺點，一般可從以下幾個方面進行評價：定位精度、實時性、使用方便程度、可捕捉運動范圍大小、抗干擾性、多目標捕捉能力以及與相應領域專業分析軟件連接程度。

從技術的角度來說，運動捕捉的實質就是要測量、跟蹤、記錄物體在三維空間中的運動軌跡。隨著計算機軟硬件技術的飛速發展和動畫制作要求的提高，在發達國家，運動捕捉已經進入了實用化階段。

機械式、聲學式、電磁式動作捕捉技術自身存在的受環境影響大、定位精度低以及測量范圍小等缺點，使得光學式動作捕捉方法稱為主流。光學式動作捕捉系統基于計算機視覺原理，由多個高速相機從不同角度對目標特征點的監視和跟蹤來完成運動捕捉的任務。這類系統采集傳感器通常都是光學相機，不同的是目標傳感器類型不一，一種是在物體上不額外添加標記，基于二維圖像特征或三維形狀特征提取的關節信息作為探測目標，這類系統可統稱為無標記點式光學動作捕捉系統，另一種是在物體上粘貼標記點作為目標傳感器，這類系統稱為標記點式光學動作捕捉。無標記點式光學動作捕捉普遍存在的動作捕捉精度低，運動自由度計算缺失等問題使得標記點式動作捕捉成為主流。標記點式光學動作捕捉系統一般由光學標識點(Markers)、動作捕捉相機、信號傳輸設備以及數據處理工作站組成，人們常稱的光學式動作捕捉系統通常是指這類標記點式動作捕捉系統。在運動物體關鍵部位粘貼Marker點，多個動作捕捉相機從不同角度實時探測Marker點，數據實時傳輸至數據處理工作站，根據三角測量原理精確計算Marker點的空間坐標，再解算物體6自由度運動。現有的標記點式運動捕捉系統多采用紅外相機做為圖像傳感器，只對可主動發射紅外光或可反射紅外光線的標記點進行成像，限制了捕捉系統的應用場景。

發明內容

本發明提出了一種基于標志點的剛體動作捕捉方法及系統，用于計算測量場景中剛體的位置及姿態，從而控制剛體的運動并獲取其軌跡。本發明解決了傳統剛體動作捕捉方法實時性不強、無標志動作捕捉普遍存在的動作捕捉精度低，運動自由度計算缺失等問題，提高了運動捕捉的精度。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于標志點的剛體動作捕捉方法，包括：

A、采集剛體二維圖像序列；

B、對采集到的圖像進行標志點檢測；

C、對檢測到的標志點進行匹配，獲取匹配之后的標志點在世界坐標系下的空間位置，并對各標志點的順序進行標記；

D、根據標志點在不同時間節點的三維空間位置，得到剛體運動的相關參數，并將其用于控制剛體運動的依據。

可選地，在步驟A之前還包括：

A0、標定攝像機網絡，獲得標定參數；

可選地，在步驟B之后還包括：

B1、建立標志點三維模型。

可選地，本剛體動作捕捉方法采用分布式處理機制，首先步驟A中，利用微處理器控制相機對剛體二維圖像序列進行采集，然后步驟B中，利用微處理器對采集到的圖像進行標志點檢測，相機和微處理器成對出現，每一個相機綁定一個微處理器，最后由遠程PC終端再實現步驟C中和步驟D中對標志點的三維測量和姿態解算。

可選地，步驟A0中，所述標定攝像機網絡采用兩兩標定的方法對相機進行標定。

可選地，步驟B1中，所述建立標志點三維模型的方法具體包括：

以第一幀圖像為基準，檢測每個相機對應二維圖像中的標志點，匹配標志點并獲得標志點在空間中的三維坐標，以檢測到的標志點順序做為模型上點編號，并將模型坐標系的原點建立在第一個標志點上，此時即可求得模型坐標系下各標志點的坐標。此時，將這些點做為模型保存下來。

可選地，步驟C中，所述對檢測到的標志點進行匹配，獲取匹配之后的標志點在世界坐標系下的空間位置，并對各標志點的順序進行標記的具體步驟包括：

C1、采用極線距離匹配方法對檢測到的標志點進行匹配；

C2、根據已知的相機標定結果以及標志點在相機間的對應關系計算匹配之后的標志點在世界坐標系的三維坐標；

C3、采用模型匹配方法，利用建立的標志點模型間的相對位置關系匹配正確三維空間點，剔除錯誤三維空間點，對距離很接近的三維點進行聚類，使計算正確的標志點留下并進行標記。

本發明還提供了一種基于標志點的剛體運動捕捉系統，包括：