[发明专利]一种人体运动捕获方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种人体运动捕获系统，尤其是舞蹈动作的获取,涉及到计算机视觉、图像处理、人体运动学等领域。

背景技术：目前，公知的运动捕获的方法主要包括基于机械、电磁、声学、光学和图像的设备的运动获取方法，这些方法有两个很大的缺点：需要很昂贵的运动捕获设备，并且附加在人体身上的传感器限制了演员的自由表演。

发明内容：为了克服有的人体运动捕获方法要求昂贵的设备，对环境要求比较严格和运动者不方便佩戴等不足，本发明提供一种新的人体运动捕获方法，该运动捕获方法对环境要求比较简单，而且能够准确快速的捕获到人体的3D动作。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种人体运动捕获方法，其步骤如下：

1、摄像头的标定：将易于佩戴的简易标志固定在人体关节点，作为标记。两台摄像机同时拍摄，获取标定帧，主要计算了双目摄像机之间的相对旋转与平移关系，并对单目摄像机标定的结果进行了优化，获得精确的标定结果。

2、人体模型初始化:首先选择匹配误差最小的一组图像作为首帧图像,测量人体关节各部位在世界坐标系中的3D坐标,最终对首帧图像中人体棍状模型初始化。

3、人体关节点跟踪:测出的3D位置投影到双目摄像头所对应的图像上，结合预测出的关节点的位置信息和实际过程中提取的关节点的位置信息进行关节点的跟踪,从而获取各个关节点在视频中的运动轨迹。

本发明通过分析双目视频中的人体的2D舞蹈动作来恢复3D运动，完成自动的摄像机标定工作，使用易于佩戴的简易标志作为人体关节点标记，采用区域扩张法识别人体各个标记，通过聚类方法剔除冗余标记，自动完成首帧人体模型的初始化，并在后续帧中对人体关节点跟踪，通过目标跟踪方法在后续图像帧中，连续地获取关节部位信息。采用本发明的方法，可以准确快速的捕获到人体的3D舞蹈动作。本发明提供一种把易于佩戴的简易标志作为人体关节点的标记。一方面易于运动者的佩戴，不会限制到运动者的运动，能够随意的做出各种动作；另一方面易于佩戴的简易标志对外部的环境以及设备要求比较低，只须双目摄像头以及电脑即可完成，极大的降低了运动捕获的费用。而且本发明提供一种可以自动提取、匹配双目视频中的运动跟踪首帧图像，一方面省略了手动标定的步骤，实现了运动跟踪整体自动化、智能化；另一方面通过算法实现了在众多的首帧候选图像中找到一组最优的首帧图像。

附图说明

图1是本发明的整体工作原理图。

图2是本发明的整体程序流程原理图。

图3是目标人体上标记点提取程序流程原理图。

图4是标记点聚类程序流程原理图。

图5是双目视频中首帧标记点匹配程序流程原理图。

图6是标记点跟踪程序流程原理图。

具体实施方式

如图1所示：一种人体运动捕获方法，其主要步骤如下：

1、摄像头的标定：将红色布条固定在人体关节点，作为标记。两台摄像机同时拍摄，获取标定帧，主要计算了双目摄像机之间的相对旋转与平移关系，并对单目摄像机标定的结果进行了优化，获得精确的标定结果。

2、人体模型初始化:首先选择匹配误差最小的一组图像作为首帧图像,测量人体关节各部位在世界坐标系中的3D坐标,最终对首帧图像中人体棍状模型初始化。

3、人体关节点跟踪:测出的3D位置投影到双目摄像头所对应的图像上，结合预测出的关节点的位置信息和实际过程中提取的关节点的位置信息进行关节点的跟踪,从而获取各个关节点在视频中的运动轨迹。

如图2所示：本发明的具体流程是：

1、单目摄像机标定：在拍摄的视频中，手持标定板，根据视频中标定板的不同位姿选择至少三幅视频图像作为标定帧，计算摄像机的内外参数，存储标定结果，使用标定后的摄像机对已知目标进行双目测距并与其真实值进行对比，验证了标定结果的准确性。

2、双目摄像机的同步：针对不同的系统环境，使用DirectShow驱动摄像机，并同时打开两个摄像机进行拍摄，实现双目摄像机的同步工作。

3、双目摄像机标定：两台摄像机同时拍摄，获取标定帧，主要计算了双目摄像机之间的相对旋转与平移关系，并对单目摄像机标定的结果进行优化，获得精确的标定结果。

4、人体标记点提取：目标人体上标志点的提取是通过识别颜色将标记的中心位置信息提取的，采用区域生长的方法分割出运动人体上的标记，从而求得标记的中心位置。

5、标记点聚类：为了能够找到准确的标志点，运用加权和层次聚类相结合的方法对图像中找到的标记区域进行聚类处理。