[發明專利]光學式運動捕捉系統及方法

在審

• 申請號: 202010846612.8
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111862170A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 杜華;洪濤;王語堂;岳宗;莽宇鵬
• 申請（專利權）人: 北京未來天遠科技開發有限公司
• 主分類號: G06T7/292
• 分類號: G06T7/292;G06T7/33;G06T7/80;G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種光學式運動捕捉系統和方法，其系統包括：運動捕捉設備，包括多個光學標識點和多個運動捕捉相機，每個運動捕捉相機通過每個光學標識點獲取目標運動視頻信息；每一個標識點設置于不同的目標部位上，且標識點為主動信號發射裝置；主動信號發射裝置包括：LED燈珠、電源模塊、勻光罩和基底；電源模塊為LED燈珠供電，勻光罩扣在LED燈珠上，基底用于將LED燈珠安裝于目標部位上；三維重建單元，獲取目標運動視頻信息以及運動捕捉相機標定信息，根據運動捕捉相機標定信息對目標運動視頻信息進行三維重建處理，得到標識點的空間坐標；運動捕捉相機標定信息包括：鏡頭焦距、成像中心、傾斜因子以及畸變參數。

技術領域

本發明屬于運動捕捉技術領域，具體涉及一種光學式運動捕捉系統及方法。

背景技術

光學運動捕捉技術是一種通過光學傳感器采集，并采用計算機視覺原理計算物體的運動軌跡、姿態等空間信息的技術。根據原理不同可以將光學運動捕捉技術分為標記點式和無標記點式兩大類。其中，標記點式運動捕捉技術具有高速、高精度、高可靠性的特點，在CG制作、工業測量、手術導航、虛擬現實、體育訓練、醫療康復、機器人等領域有廣闊的應用空間。

光學標記點是標記點式運動捕捉系統硬件中的重要組成部分，其用于標記目標物體，通過對標記的采集和計算獲取物體的運動信息。

目前標記點式運動捕捉常用的光學標記點根據形態不同分為二維標記和三維標記兩大類。前者為平面標記點，例如圓形標記、二維碼標記等，其缺點是空間可視角度小，不利于空間全方位觀測；后者為立體標記點，通常為球形標記，其特點是可視角度大，便于空間全方位觀測，因此在運動捕捉技術中廣為使用。空間球形標記通常為一種反光球，自身不發光，通過反射補光光源的光線進入相機成像，在圖像上被記錄為高亮的光斑，以便于標記點的識別檢測以及后續計算。

平面光學標記由于可視角度較小，空間觀測盲區多，因此對于運動捕捉技術來說實用性不強。

常用的球形反光標記解決了可視角度問題，但受限于反光原理，發光亮度有限，在環境光較強的場合，標記的亮度不足以與背景亮度明顯區分，導致標記檢測失效。這也是該類型運動捕捉系統不適用于戶外場景的主要原因，限制了系統的適用性。另一方面，反光球由于需要在球體表面覆蓋反光材料，想要保持良好的球度和穩定性，工藝難度較大，目前常見的該類標記點普遍存在球圓度差、表面不平整或反光亮度不均勻等問題，這些不足導致該技術難以滿足高精度測量領域的應用，比如工業測量、手術導航等。

發明內容

本發明的目的是采用主動發光裝置代替被動反光球的主動式光學捕捉標識點。

本發明通過以下技術方案實現：

一種光學式運動捕捉系統，所述系統包括：運動捕捉設備，包括多個光學標識點和多個運動捕捉相機，每個運動捕捉相機通過每個光學標識點獲取目標運動視頻信息；其中，每一個標識點設置于不同的目標部位上，且標識點為主動信號發射裝置；所述主動信號發射裝置包括：LED燈珠、電源模塊、勻光罩和基底；所述電源模塊為LED燈珠供電，所述勻光罩扣在所述LED燈珠上，所述基底用于將所述LED燈珠安裝于目標部位上；三維重建單元，獲取目標運動視頻信息以及運動捕捉相機標定信息，根據所述運動捕捉相機標定信息對所述目標運動視頻信息進行三維重建處理，得到所述標識點的空間坐標；其中所述運動捕捉相機標定信息包括：鏡頭焦距、成像中心、傾斜因子以及畸變參數。

更好地，所述電源模塊為一個或多個LED燈珠進行供電。

本發明還提供一種光學式運動捕捉方法，所述方法包括如下步驟：

獲取運動捕捉相機標定信息，包括：鏡頭焦距、成像中心、傾斜因子以及畸變參數；

獲取目標運動視頻信息，包括：多個運動捕捉相機獲取的光學標識點標記的目標部位運動狀況；