[發明專利]基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉系統及捕捉方法

有效

• 申請號: 201810153371.1
• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN108376405B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 王向東;李琪;李詩銳;李華
• 申請（專利權）人: 國家體育總局體育科學研究所
• 主分類號: G06T7/215
• 分類號: G06T7/215;G06T7/246;G06T7/277;G06T7/80;G06T5/00
• 代理公司: 北京市科名專利代理事務所(特殊普通合伙) 11468
• 代理人: 孫長江

1.一種基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉方法，其特征在于，所述的雙體感追蹤系統包括兩臺用以采集人體姿態與圖像信息的體感追蹤系統，將兩臺體感追蹤系統連接于臺式機的適配器，一塊由黑白兩色塑膠格板交錯排列的棋盤格，數據采集模塊，以及運動分析模塊；

所述數據采集模塊包括：標定圖像采集模塊，采集用于標定的帶有棋盤格的圖像；人體姿態采集模塊，采集運動過程中各體感追蹤系統坐標系內人體關節點隨時間變化的具體位置；

所述運動分析模塊包括：用以相機姿態標定的體感追蹤系統標定模塊，用以對兩臺體感追蹤系統的時間流進行同步的體感追蹤系統同步模塊，用以對兩臺體感追蹤系統采集的人體關節點進行數據融合與卡爾曼濾波平滑的融合濾波模塊，用以基于穩定后的人體關節點位置輸出各關節角度隨時間的變化曲線的關節角輸出模塊；

所述基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉方法，包括如下步驟：

步驟一，將兩臺體感追蹤系統分別通過三腳架放置于可拍攝到全部人體的合理位置，并通過適配器連接至臺式機；

步驟二，標定圖像采集模塊采集棋盤格圖像；

步驟三，人體姿態采集模塊分別采集一個人體在運動過程中各關節點在兩臺體感追蹤系統的坐標系內隨時間變化的三維坐標位置；

步驟四，體感追蹤系統標定模塊基于采集的棋盤格圖像進行體感追蹤系統姿態標定，并將兩臺體感追蹤系統內的人體關節點三維坐標位置進行空間轉換至一個坐標系內；

步驟五，體感追蹤系統同步模塊基于兩臺體感追蹤系統采集人體關節點時記錄的系統時間對兩臺體感追蹤系統的時間流進行同步，具體包括：

步驟五-1，基于一段完整運動過程的幀數應有的連續性對采集的人體關節點三維坐標數據進行分段，若后幀與前幀差距為20幀即可認為是兩段運動過程；

步驟五-2，對兩臺體感追蹤系統的對應數據分段進行預處理，若兩個數據分段的長度和起終點的幀數都一致，則被認為是有效跟蹤過程，接下來進行時間上的同步，若存在不一致的狀況，則放棄，并對下一組對應數據分段進行檢測處理；

步驟五-3，基于記錄的系統時間對有效跟蹤過程的對應數據分段進行時間同步，具體包括：

步驟五-3-1，比較兩個數據分段的起點的系統時間，取其中的較小值為t₁，則另一個系統時間為t₂，t₁在其數據分段中下一時間的值為t_next，則可將t₁所對應的關節點三維坐標pt進行線性插值，以求取它在t₂時刻的具體位置，公式如下：

步驟五-3-2，逐個比較兩個數據分段除起點外的其他時間，對于當前幀數相同的兩個對應時間，取其中較小值為t₁，則另一個時間值為t₂，t₂在其數據分段中下一時間的值為t_prev，則可將t₂所對應的關節點三維坐標pt進行線性插值，以求取它在t₁時刻的具體位置，公式如下：

步驟五-3-2，插值后的兩個數據分段分別在對應時刻有著對應的關節點三維坐標，即在時間上完成了同步；式2和式3中分別表示t₁、t₂、t_next、t_prev所對應的關節點三維坐標；

步驟六，融合濾波模塊對步驟四、步驟五中得到的經空間轉換和時間融合后的人體關節點坐標位置進行數據融合與卡爾曼濾波平滑；

步驟七，關節點輸出模塊將步驟六得到的穩定的人體關節點坐標位置進行計算并輸出各關節角度隨時間的變化曲線。

2.根據權利要求1所述的基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉方法，其特征在于，所述步驟二中標定圖像采集模塊采集棋盤格圖像的具體步驟包括：

步驟二-1，實驗人手持塑膠板棋盤格放于胸前，站于兩臺體感追蹤系統前，標定圖像采集模塊獲取兩臺體感追蹤系統拍攝的帶有完整棋盤格的圖像，并進行存儲；

步驟二-2，實驗人更換塑膠板棋盤格的在三維空間中的擺放朝向，重復步驟二-1，直至采集15至20幅的兩個視角下帶有全部棋盤格的圖像。