[發明專利]一種筆劃交互式的人體骨架重建技術

在審

• 申請號: 202110492691.1
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN115311406A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 周世哲;蔡偉;孔睿琦
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T19/20;G06T13/40;G06T7/13
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.本發明提供了一個能夠快速糾正圖像中人體骨架的技術，包括如下步驟：

S1、獲取人體的骨骼圖像，并對圖像進行預處理，從圖像中提取提出人體骨架，因此需要對圖像進行骨骼化處理。手動選定骨架中的root關節點。

S2、關節點定位，從人體骨架中確定關節點信息。

S3、糾正有錯誤的關節點，包括關節段長度以及角度的修改。

S4、利用糾正后的二維骨架生成對應的三維骨架。

2.如權利要求1所述的筆劃交互式的人體骨架重建技術，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下處理：

首先利用所開發的繪畫系統繪制人體的骨骼圖，然后需要對輸入的圖像進行預處理，即骨骼化。骨骼化操作使用并行速細化算法，該算法具有速度快、保持細化后曲線的連通性等優點。該算法用3*3大小的卷積處理圖像中的每一個像素點，主要用于處理灰度圖像，既像素值只包含0和1的圖像。假設像素點p₁的8個領域的像素值如矩陣所示，該算法首先刪除同時滿足下列條件的像素點：(1)2≤N(P1)≤6；(2)S(P1)＝1；(3)P2×P4×P6＝0；(4)P4×P6×P8＝0；其中，N(P1)表示領域中非零像素值的個數，S(P1)是以P2，P3，…，P9的順序逆時針遍歷該矩陣像素值從0變到1的次數。然后該算法刪除同時滿足以下條件的像素點：(1)2≤N(P1)≤6；(2)S(P1)＝1；(3)P2×P4×P8＝0；(4)P2×P6×P8＝0；以上兩步操作構成一次迭代，算法將持續迭代至沒有滿足標記條件的點為止，此時剩余的點組成的區域即為細化所得骨架。細化完成后，還對骨架進行過濾操作，使得任意兩個目標點不緊鄰，方便下一步檢測特征點。過濾規則為：如果P2+P3+P8+P9≥1，則該像素點可以刪除。得到人體的骨架后，手動選取root關節點，通常選取頸部的關節點。

3.如權利要求1所述的筆劃交互式的人體骨架重建技術，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下處理：

角點的檢測是確定關節點的重要步驟，它關系到關節點位置的準確性、唯一性。骨架中的交叉點、端點和其他角點均有可能為關節點。首先檢測交叉點和端點，確定頭、雙手、雙足、頸部、腰部這7個關節點，再確定角點中其它關節點。

顯然，在骨架中，一定范圍內目標點個數較多，可以判定中心點為交叉點，個數較少，可以判定中心點為端點。基于此，進行如下過程：確定卷積鄰域范圍，本發明中為6×6的圓形范圍；統計卷積范圍內目標點個數，若個數大于上限閾值，則為交叉點，若個數小于下限閾值，則為端點；對檢測出的點進行合并，若兩點之間距離極近，取平均值。

對于剩余角點，采用Shi-Tomasi角點檢測算法，設定角點最大數目為15，兩個角點之間的距離容忍度大致為頭部到頸部關節的距離。當一個窗口在圖像上移動時，在平滑區域，窗口在各個方向上沒有變化。在邊緣部分，窗口在邊緣方向無變化。在角點處，窗口在各個方向都有變化。算法利用這一直觀的物理現象，通過窗口在各個方向上的變化程度，決定是否為角點。圖像窗口平移[u,v]產生的灰度變化E(u,v)由圖像差分得到，具體公式如下：

其中，E(u,v)＝∑_x,yw(x,y)[I(x+u,y+v)-I(x,y)]²，I(x+u,y+v)＝I(x,y)+I_xu+I_yv+O(u²,v²)，對于局部微小的移動量[u,v]，公式E(u,v)可近似表達為：

其中M為大小2×2的矩陣，可通過圖像的導數求得：

通過對自相關矩陣M進行特征值分析，得到兩個特征值(λ₀,λ₁)，若較小的一個大于最小閾值，則會得到強角點。算法定義角點響應函數R為：

R＝λ₀λ₁-k(λ₀+λ₁)²

對R進行閾值處理，滿足Rthreshold、即為R的局部極大值的，為符合條件的角點。利用上述檢測算法可以快速的確定關節點。