[發(fā)明專利]一種手勢(shì)位姿數(shù)據(jù)處理方法及存儲(chǔ)介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011527638.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN112527119B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉蓉;羊書杰;袁佳樂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué);南京長(zhǎng)空科技有限公司;南京浦口高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)
• 主分類號(hào): G06F3/01
• 分類號(hào): G06F3/01;G06F17/17
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠(yuǎn)楓

1.一種手勢(shì)位姿數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

獲取手部關(guān)鍵點(diǎn)的三維信息作為觀測(cè)信息；構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)模型，所述系統(tǒng)狀態(tài)模型包括手勢(shì)姿態(tài)變換模型和位置運(yùn)動(dòng)模型；

采用容積卡爾曼濾波器CKF對(duì)所述手勢(shì)姿態(tài)變換模型進(jìn)行濾波估計(jì)獲得系統(tǒng)手勢(shì)姿態(tài)預(yù)測(cè)值，采用卡爾曼濾波器KF對(duì)位置運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行濾波估計(jì)獲得系統(tǒng)位置狀態(tài)預(yù)測(cè)值；

根據(jù)Huber M估計(jì)過(guò)程的原理修正利用容積卡爾曼濾波器CKF獲得的所述手勢(shì)姿態(tài)變換模型預(yù)測(cè)估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣；通過(guò)自適應(yīng)系數(shù)加權(quán)過(guò)程修正利用卡爾曼濾波器KF獲得的所述位置運(yùn)動(dòng)模型預(yù)測(cè)估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣；

使用Huber M估計(jì)方法對(duì)卡爾曼濾波器KF和容積卡爾曼濾波器CKF方法中的觀測(cè)更新過(guò)程進(jìn)行修正，獲得修正后的手勢(shì)姿態(tài)狀態(tài)量和位置狀態(tài)量的濾波估計(jì)值；將修正后的濾波估計(jì)值通過(guò)設(shè)定的數(shù)值關(guān)系轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手勢(shì)位姿數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，獲取手部關(guān)鍵點(diǎn)的三維信息具體為：獲取利用Leap Motion控制器采集的人手的位姿數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)幀對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳，手掌方向向量D，手掌法向量N，掌心位置P，掌心瞬時(shí)速度V，在Leap Motion坐標(biāo)系下的手掌三維姿態(tài)角數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手勢(shì)位姿數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，設(shè)x_p(k)，z_p(k)分別為k時(shí)刻位置估計(jì)方程的狀態(tài)量和觀測(cè)量，所述位置運(yùn)動(dòng)模型預(yù)測(cè)方程和觀測(cè)方程表示為：

x_p(k)＝F_p(k)x_p(k-1)+G_pw(k)

z_p(k)＝H_p(k)x_p(k)+v_p(k)

其中w(k)為加速度的過(guò)程噪聲，G_p＝[Γ,Γ,Γ]^T為噪聲分別矩陣擴(kuò)展形式，Γ＝[0.5T²,T,1]^T；v_p(k)為觀測(cè)噪聲向量；狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣F_p為

t表示相鄰采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔，表示手掌坐標(biāo)系中的i軸和傳感器坐標(biāo)系中的j軸之間的夾角，i,j∈(X,Y,Z)；觀測(cè)矩陣H_p表示為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手勢(shì)位姿數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，設(shè)x_a(k)，z_a(k)分別為k時(shí)刻姿態(tài)估計(jì)方程的狀態(tài)量和觀測(cè)量，所述手勢(shì)姿態(tài)變換模型中的預(yù)測(cè)方程和觀測(cè)方程表示為：

x_a(k)＝F_a(k)·x_a(k-1)+w_a(k-1)

z_a(k)＝h(x_a(k))+v_a(k)

其中F_a(k)和h(·)分別是姿態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和非線性觀測(cè)函數(shù)，w_a(k-1)和v_a(k)為過(guò)程噪聲和觀測(cè)噪聲。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手勢(shì)位姿數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，根據(jù)Huber M估計(jì)過(guò)程的原理修正利用中容積卡爾曼濾波器CKF獲得的所述手勢(shì)姿態(tài)變換模型預(yù)測(cè)估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣的表達(dá)式如下：

其中P_k|k-1和分別原始狀態(tài)預(yù)測(cè)矩陣和修正后的預(yù)測(cè)協(xié)方差矩陣，e_x,k為狀態(tài)預(yù)測(cè)誤差，w(·)為修正函數(shù)，對(duì)角矩陣Θ_x,k是根據(jù)Huber M估計(jì)過(guò)程的原理通過(guò)狀態(tài)預(yù)測(cè)誤差構(gòu)造的判斷矩陣，diag()表示對(duì)角矩陣，T是矩陣轉(zhuǎn)置。