[发明专利]3D人体姿态捕捉模仿系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D人体姿态捕捉模仿系统。

背景技术

在很多应用场合，例如体育示教、行为监控、动作分析等，人体姿态希望能够被准确地呈现出来，这在2D空间是很难办到的，只有在3D空间才能实现无损地显示。

人的动作丰富多彩，不同的动作往往代表不同的含义，如果能够实时地对人的动作进行识别，进而根据识别结果在3D空间中进行模仿显示，将能够更准确生动地展示、还原人体姿态，极大地方便对人体动作含义的认知与学习。

从一幅场景中实时地提取出人体的动作一直是国内外学术界研究的热点，大多数研究是通过构建人体骨架几何模型，对人体关节点位置进行估计，然后利用误差最小原理进行匹配获得的。这样获取的人体姿态能在很大程度上反映人的活动，但是很少有人在三维空间显示获取的人体姿态，导致获取的人体姿态缺乏立体感，不能生动、形象地模仿人的动作。针对上述问题，本发明设计了一种集人体姿态捕捉与3D人体姿态模仿显示于一体的系统，更真实地反映了人的活动，展示效果生动、形象。

这种3D人体姿态捕捉模仿系统可应用于很多领域，例如：可以安装在车辆上获取驾驶员的驾驶动作，辅助车辆驾驶行为细节数据的获取，更好地服务于智能交通系统；可以安装在肢体病患者恢复中心，病患者可以做一些基本的恢复动作，然后观察三维立体显示器里显示的人体姿态，起到反馈的作用，从而对不规范的动作进行纠正，既能恢复身体健康又能娱乐身心；还可以在三维立体显示器中放映体操、武术、舞蹈等连贯动作，让人们从三维立体显示器中看到准确的姿态指导，达到规范学习的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的需求，提供一种3D人体姿态捕捉模仿系统，能够进行实时人体动作捕捉，并在三维立体显示器中显示出来以模仿人体姿态；同时还能够按要求显示各种人体姿态，用于人体姿态展示。

本发明的3D人体姿态捕捉模仿系统，包括人体动作捕捉模块、人体关节点识别和人体姿态处理模块、人体姿态显示模块；其中人体动作捕捉模块包括RGB摄像头、红外发射器、红外接收器；所述RGB摄像头负责采集摄像头环境信息，生成数据帧通过通讯模块传送给人体关节点识别和人体姿态处理模块进行处理，产生可见光图像；所述红外发射器负责发出固定模式的激光散斑；所述红外接收器负责接收红外光，生成红外光图像数据帧通过通讯模块传给人体关节点识别和人体姿态处理模块进行处理，产生红外光图像；将红外光图像每一个像素的散斑图案与标定用的红外光图像对应像素的散斑图案进行互相关运算，取标定用相关性最高的像素的深度值作为此像素的深度值，即得到场景深度图；在可见光图像中，利用人脸识别技术识别出人脸位置，然后利用人体骨架几何模型，估计人体位置，获取人体姿态轮廓图；所述人体姿态显示模块通过通讯模块与人体关节点识别和人体姿态处理模块连接，获取人体关节点识别和人体姿态处理模块的数据命令，按照人体关节点识别和人体姿态处理模块的指令实时显示人体姿态和动作。

其中人体关节点识别和人体姿态处理模块包括数据存储单元、工作模式选择单元、数据处理单元；工作模式选择单元中包括捕捉模仿人体姿态工作模式和模仿显示人体姿态工作模式，每种工作模式下人体姿态处理方式不同：

捕捉模仿人体姿态工作模式为：人体关节点识别模块获得人体关节点空间分布信息，关节点的坐标是实际物理空间坐标，首先将实际物理坐标系中的人体关节点坐标转化为三维立体显示器中坐标系的空间坐标，将转换后的关节点连接起来以组成完整的人体骨架；获得人体骨架后，对人体骨架进行修饰、校正，使人体姿态更加生动形象；最后控制器对数据进行融合，按三维立体显示器显示所需的格式通过通讯模块发送人体姿态数据指令。

模仿显示人体姿态工作模式为：将要显示的人体姿态或者动作按照三维立体显示器能够显示的要求存储在存储空间或者数据文本中，人体关节点识别和人体姿态处理模块调用这些数据通过通讯模块发送给三维立体显示器进行显示。

其中固定模式的激光散斑是光线通过一组衍射光栅后得到的，保证了即使空间任意两点的散斑图案不相同也能够对整个空间进行标记；用散斑图案记录整个空间，即进行光源标定；

其中光源标定的方法为：每隔一段距离，取一个参考平面，生成一幅红外光图像，图像上每一个像素都有散斑图案，同时对应地生成一幅深度图，深度图的每一个像素深度值与红外光图像对应像素的散斑图案对应。

人体姿态显示模块包括三维立体显示器，该显示器由M×N×P个LED灯组成，每个LED灯分为点亮和熄灭两种状态，通过LED灯的点亮组成图案来显示人体姿态。

附图说明