[發明專利]一種基于Kinect攝像頭的人體重心估計方法

在審

• 申請號: 202010053633.4
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111260718A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 郝愛民;梁曉輝;楊文軍;李明江;高陽
• 申請（專利權）人: 杭州同繪科技有限公司
• 主分類號: G06T7/66
• 分類號: G06T7/66
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 何碧珩

本發明針對現有技術中重心估算方法實時性差、精度低的問題，提供一種基于Kinect攝像頭的人體重心估計方法，解決了實時重心估算與重心估算精度之間的矛盾，滿足了體感交互場景下對人體重心高效、準確估算的需要。包括以下內容：使用Kinect2.0攝像頭，獲取人體骨骼25個關節點在Kinect坐標系下的三維坐標；結合25個骨骼關節點的三維坐標數據，將人體分為15個人體節段；通過人體節段法計算人體重心，先計算出15個人體節段自身重心的三維空間坐標，然后再將這些人體節段質心坐標通過加權平均計算，最終即可求得人體整體重心的位置坐標。

技術領域

本發明涉及圖像識別領域，具體涉及一種基于Kinect攝像頭的人體重心估計方法。

背景技術

Kinect攝像機是一種3D體感攝影機，它具有即時動態捕捉、影像辨識等功能，主要用于捕捉三維空間中使用者的運動，可以利用其功能對人體重心進行測量。人體重心是反映人體形態結構和質量分布特征的基本參數，在體育運動和醫療康復等領域有著重要的作用，因此人體重心的測量具有重要的學術和應用價值。對于人體重心的測量通常使用測力板或穿戴設備。測力板利用力傳感器計算出人站在測力臺上的壓力中心，它可以提供較精確的重心位置測量，但測力板設備體積較大不便攜帶，測量范圍受到測力板面積的局限。穿戴設備主要靠足底的重力傳感器，根據靜力學中的力矩平衡方程式進行重心位置的二維坐標測量，可提供靈活的運動測量范圍，但是穿戴設備較為昂貴，重心測量的精度不足，由此可見傳統重心估算方法存在實時性差、精度低的缺點。

發明內容

本發明針對現有技術中重心估算方法實時性差、精度低的問題，提供一種基于Kinect攝像頭的人體重心估計方法，解決了實時重心估算與重心估算精度之間的矛盾，滿足了體感交互場景下對人體重心高效、準確估算的需要。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案，包括以下步驟：

S1：使用Kinect2.0攝像頭，獲取人體骨骼25個關節點在Kinect坐標系下的三維坐標；

S2：結合S1中25個骨骼關節點的三維坐標數據，將人體分為15個人體節段：頭頸、上軀干、下軀干、左上臂、右上臂、左前臂、右前臂、左手、右手、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿、左足、右足；

S3：通過人體節段法計算人體重心，先計算出S2中15個人體節段自身重心的三維空間坐標，然后再將這些節段質心坐標通過加權平均計算，最終即可求得人體整體重心的位置坐標。

作為優選，所述S2中根據一定的規則將S1中得到的25個關節點進行劃分，最終得到包含所有關節點的15個節段。

作為優選，所述S3具體步驟如下：

S31：設節段i的質心表示為COM_i，質心沿X、Y、Z軸方向的坐標表示為X_P、Y_P、Z_P為肢體上端定標點沿X、Y、Z軸方向的坐標，X_D、Y_D、Z_D為肢體下端定標點沿X、Y、Z軸方向的坐標；

S32：使用％COM_i表示節段i重心的位置百分比，L_CS表示身體各節段質心上部尺寸占本體段全長的百分比，以L_CS作為節段i的％COM_i，由此，COM_i的計算公式為：

S33：人體整體重心的坐標的計算，使用m_i表示身體節段重量占全身重量的百分比，節段i的質心表示為COM_i，N為節段數，人體整體重心COM的坐標計算公式為：