[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

本發明公開了一種基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉系統及捕捉方法，所述基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉系統，包括兩臺體感追蹤系統、棋盤格、數據采集模塊、運動分析模塊。人體運動捕捉方法包括如下步驟：設備安置、標定圖像采集、人體姿態采集、體感追蹤系統標定、體感追蹤系統同步、融合濾波、關節角輸出。本發明的實用性強，避免了在受試者身上標記貼點的復雜操作，可直接對運動員的關節點三維坐標位置進行捕捉；設置簡單，僅需要簡單的標定圖片采集即可完成設置；成本低，相比傳統的人體運動捕捉設備的成本大大降低；針對性地對體感追蹤傳感器的人體姿態捕捉進行了改進，提高其人體運動捕捉的準確性與魯棒性。

技術領域

本發明涉及運動影像分析領域，尤其涉及人體運行捕捉領域，具體是一種基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉系統及捕捉方法。

背景技術

人體運動捕捉是運動生物力學所研究的核心問題之一，準確而魯棒的關節點位置與關節角變化是后續其他運動學分析的合理前提。現在主流的人體運動捕捉方法具有成本高昂，設置復雜和不利于推廣使用等一系列缺陷，需要進一步的技術研究以解決并完善這些問題。

現階段，常用于實驗室環境的人體運動捕捉系統與方法為基于紅外光的帶標記點的人體運動捕捉系統與方法，典型代表是Vicon系統和Qualysis系統。這一類系統對人體動作的采集基于貼于人體表面的具有特殊反光性質的標記點，在具體生物力學實驗之前需要在人體表面進行繁雜的貼點操作。這種貼點操作不僅耗時耗力，而且在實際的訓練或比賽中運動員的身體上是不被允許貼有這樣的標記物的。這種人體運動捕捉的系統與方法還有的一個顯著缺點就是成本高昂，全套設備的價格在百萬左右，不利于推廣，不利于攜帶，不利于在比賽現場進行使用。

Kinect是微軟發明的用于人體姿態捕捉的具有深度相機的體感追蹤系統，其主要用途為體感游戲中的動作采集。Kinect2.0是微軟于2014年推出的Kinect第二代產品，它的深度相機采用的是光飛躍技術，有效識別范圍為相機前0.5m-4.5m，相機分辨率為512*424，相機頻率為30Hz，人體姿態的獲取原理為基于采集到的深度圖對人體深度圖進行分類，分析出人體的不同部分進而得到關節點的具體位置。將Kinect直接用于人體運動捕捉其精度一般難以達到要求，特別是在人體不面對Kinect或者有較多自遮擋動作時，Kinect就難以判斷某些坐標點的具體位置，進而影響到整個人體姿態的識別。

發明內容

本發明的目的是提供一種精確性和魯棒性較高的基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉系統及捕捉方法。

實現上述發明目的，本發明的技術方案是：一種基于雙體感追蹤系統的人體運動捕捉系統，包括兩臺用以采集人體姿態與圖像信息的體感追蹤系統，及將其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；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。

一種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；