[發(fā)明專利]一種具備運(yùn)動(dòng)捕捉功能的舞蹈動(dòng)作評(píng)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811036844.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109344922A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆維新;趙佳;左坤;趙言正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 閆維新
• 主分類號(hào): G06K9/64
• 分類號(hào): G06K9/64;G06N3/08
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;劉翠

1.一種具備運(yùn)動(dòng)捕捉功能的舞蹈動(dòng)作評(píng)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：空間定位部件、運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)傳感器部件、傳感器信號(hào)匯總部件、傳感器信號(hào)處理部件、關(guān)節(jié)參數(shù)處理部件、舞蹈動(dòng)作處理部件、舞蹈標(biāo)準(zhǔn)膜板、人機(jī)交互部件；其中：

所述空間定位部件捕捉舞者的當(dāng)前空間坐標(biāo)和方位，并發(fā)送至關(guān)節(jié)參數(shù)處理部件；

所述運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)傳感器部件采集每個(gè)關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng)原始數(shù)據(jù)并傳遞給傳感器信號(hào)匯總部件；

所述傳感器信號(hào)匯總部件將若干運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)傳感器部件采集的關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并按照一定編碼形式發(fā)送給傳感器信號(hào)處理部件；

所述傳感器信號(hào)處理部件將采集的關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后解算出舞者四肢的空間位姿，并將當(dāng)前空間位姿參數(shù)傳遞給關(guān)節(jié)參數(shù)處理部件；

所述關(guān)節(jié)參數(shù)處理部件將采集的當(dāng)前空間坐標(biāo)和方位以及當(dāng)前空間位姿參數(shù)進(jìn)行整合，形成當(dāng)前舞者運(yùn)動(dòng)過(guò)程參數(shù)，并發(fā)送給舞蹈動(dòng)作處理部件；

所述舞蹈動(dòng)作處理部件將獲取的當(dāng)前舞者運(yùn)動(dòng)過(guò)程參數(shù)中的某一個(gè)動(dòng)作片段和舞蹈標(biāo)準(zhǔn)膜板進(jìn)行數(shù)字化匹配，當(dāng)整個(gè)當(dāng)前舞者運(yùn)動(dòng)過(guò)程參數(shù)中的不同動(dòng)作片段和舞蹈標(biāo)準(zhǔn)膜板逐一匹配后，給出當(dāng)前舞者運(yùn)動(dòng)過(guò)程參數(shù)和舞蹈標(biāo)準(zhǔn)膜板之間的動(dòng)作差異，并發(fā)送至人機(jī)交互部件；

所述舞蹈標(biāo)準(zhǔn)膜板包含了舞蹈動(dòng)作中的若干標(biāo)準(zhǔn)舞蹈動(dòng)作參數(shù)；

所述人機(jī)交互部件設(shè)定當(dāng)前所適用的舞蹈標(biāo)準(zhǔn)膜板數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示當(dāng)前舞者運(yùn)動(dòng)過(guò)程參數(shù)中的動(dòng)作片段和舞蹈標(biāo)準(zhǔn)膜板之間的動(dòng)作差異，并將動(dòng)作差異向舞者指明。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備運(yùn)動(dòng)捕捉功能的舞蹈動(dòng)作評(píng)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述空間定位部件采用如下任意一種結(jié)構(gòu)：

-采用激光追蹤的方式捕捉舞者的當(dāng)前空間坐標(biāo)和方位，包括激光發(fā)射器和光傳感器，利用固定的激光發(fā)射器產(chǎn)生空間內(nèi)的非可見(jiàn)光，通過(guò)非可見(jiàn)光掃描舞者身體上安裝的光傳感器，探測(cè)激光發(fā)射器發(fā)射的激光源，并解算出舞者的位置和動(dòng)作變化從而反映舞者當(dāng)前的空間坐標(biāo)和方位；

-采用主動(dòng)式紅外激光定位的方式捕捉舞者的當(dāng)前空間坐標(biāo)和方位，包括至少兩臺(tái)紅外攝像機(jī)、處理器以及紅外光譜標(biāo)記點(diǎn)，通過(guò)舞者身體上的紅外光譜標(biāo)記點(diǎn)向外發(fā)射紅外光，并利用固定的紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝，再將紅外攝像機(jī)拍攝的不同角度圖像信息傳遞給處理器，從而獲得紅外光譜標(biāo)記點(diǎn)的位置，最終擬合出舞者的身體位置和動(dòng)作變化進(jìn)而反映舞者當(dāng)前的空間坐標(biāo)和方位；

-采用主動(dòng)式光學(xué)定位的方法捕捉舞者的當(dāng)前空間坐標(biāo)和方位，包括發(fā)光球體、相同參數(shù)的雙目攝像頭和雙目攝像機(jī)，通過(guò)舞者身上的發(fā)光球體和固定的雙目攝像頭完成舞者的空間定位，得到舞者的當(dāng)前方位；通過(guò)固定的雙目攝像機(jī)拍攝同一時(shí)刻同一發(fā)光球體的視頻，并通過(guò)如下公式，對(duì)發(fā)光球體的空間坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)解算：

攝像機(jī)的透視投影關(guān)系：

k_u＝α_uf,k_v＝α_vf (2)

M_in為攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣，M_out為攝像機(jī)外參數(shù)矩陣，k_u和k_v是X軸和Y軸方向的放大系數(shù)，a_u和a_v是成像平面到圖像平面在X軸和Y軸方向的放大系數(shù)，f是攝像機(jī)焦距，S是影像坐標(biāo)的非正交性，(u₀,v₀)為光軸中心線和成像平面的交點(diǎn)，(X_c,Y_c,Z_c)為成像點(diǎn)坐標(biāo)，(u,v)是成像平面圖像點(diǎn)；采用CCD或CMOS攝像機(jī)，像素為正方形，S大于0小于0.1，且光軸在成像平面中心，u₀和v₀等于0，式(1)中的內(nèi)參數(shù)模型M_in為：

攝像機(jī)的外部參數(shù)模型是世界坐標(biāo)系在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的描述，將成像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成世界坐標(biāo)系，要將現(xiàn)在的坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移變換，即攝像機(jī)的外部參數(shù)矩陣M_out：

式中，n＝[n_x,n_y,n_z]^T、o＝[o_x,o_y,o_z]^T和a＝[a_x,a_y,a_z]^T分別是X_w軸、Y_w軸和Z_w軸在攝像機(jī)坐標(biāo)系O_cX_cY_cZ_c中的方向向量，P＝[P_x,P_y,P_z]^T是坐標(biāo)原點(diǎn)O_w在攝像機(jī)坐標(biāo)系O_cX_cY_cZ_c中的位置坐標(biāo)；根據(jù)式(1)，得到攝像機(jī)透視投影公式：

將式(1)和式(4)帶入式(5)，得到被測(cè)發(fā)光球體通過(guò)雙目立體視覺(jué)下的三維空間坐標(biāo)；求出攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，找到相應(yīng)的匹配點(diǎn)，得到空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)：