[发明专利]一种基于Kinect的现场作业仿真方法及其系统

权利要求书

1. 一种基于Kinect的现场作业仿真方法，其特征是，包括以下操作步骤：

通过Kinect体感装置（1）分别获取现场作业人员作业姿势的彩色图像数据、骨架数据和深度图像数据；

将获得的彩色图像数据、骨架数据和深度图像数据转化为人体骨骼中20个关节（15）在系统空间坐标系中的三维坐标值；

通过识别的人体骨骼中各关节（15）的三维坐标值来跟踪同一时刻人体骨骼的运动状态，从而确定该时刻的人体姿势；

通过国标的人体尺寸数据库来建立以人体身高或体重百分位为标准的男性和女性三维人体模型；

通过获取在不同采样时间的人体骨骼中20个关节（15）的三维坐标值，来驱动合适的三维人体模型来产生不同采样时间的人体的姿势；

通过导入预设的三维图形数据来建立作业现场仿真环境；

通过分析在作业现场仿真环境中的人体姿势，利用生理学下背部模型来进行作业者下背部受力分析、工作的作业时间分析以及作业姿势的舒适度等人因工效分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于Kinect的现场作业仿真方法，其特征是，在步骤（1）中，所述的Kinect体感装置（1）中包括彩色摄像头和红外摄像头，彩色摄像头主要根据所设置的采样频率来捕捉彩色图像，红外摄像头主要根据所设置的采样频率捕捉景深图像，然后从彩色图像数据、景深图像数据中获取人体骨架图像数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于Kinect的现场作业仿真方法，其特征是，在步骤（2）中，先建立系统空间坐标系，然后以系统空间坐标系为基准确定彩色摄像头系统空间坐标和红外摄像头系统空间坐标，再以系统空间坐标系为基准通过彩色摄像头系统空间坐标和红外摄像头系统空间坐标来确定人体骨骼关键关节（15）的系统空间坐标，之后建立人体骨骼与系统空间的转换矩阵，最后确定人体骨骼20个关节（15）的系统空间坐标。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于Kinect的现场作业仿真方法，其特征是，在步骤（6）中，所述的三维图形数据为VRML、IGES和STL文件格式的三维图形数据。

5.一种基于Kinect的现场作业仿真系统，其特征是，包括用于采集人体图像的Kinect体感装置（1）、数据输入接口（2）、通过处理采集到的人体图像来分析现场作业的数据处理装置（14）、数据输出接口（9）和用于显示作业现场作业人员动作的显示设备（10），所述的Kinect体感装置（1）通过数据输入接口（2）连接数据处理装置（14），所述的数据处理装置（14）通过数据输出接口（9）连接显示设备（10）。

6.根据权利要求5所述的一种基于Kinect的现场作业仿真系统，其特征是，所述的Kinect体感装置（1）包括彩色摄像头、红外摄像头和图像采集器，所述的彩色摄像头和红外摄像头均连接图像采集器，所述的图像采集器连接数据输入接口（2）。

7.根据权利要求5所述的一种基于Kinect的现场作业仿真系统，其特征是，所述的数据处理装置（14）包括人体骨骼运动识别模块（3）、人体骨骼运动跟踪模块（4）、三维人体建模模块（5）、三维人体运动仿真模块（6）、作业工效仿真分析模块（7）和作业场景仿真建模模块（8），所述的人体骨骼运动识别模块（3）、人体骨骼运动跟踪模块（4）、三维人体建模模块（5）、三维人体运动仿真模块（6）、作业工效仿真分析模块（7）和作业场景仿真建模模块（8）依次连接，所述的人体骨骼运动识别模块（3）连接数据输入接口（2），所述的作业工效仿真分析模块（7）连接数据输出接口（9）。

8.根据权利要求5或6或7所述的一种基于Kinect的现场作业仿真系统，其特征是，还包括音频输出设备（11），所述的音频输出设备（11）连接数据输出接口（9）。

9.根据权利要求5或6或7所述的一种基于Kinect的现场作业仿真系统，其特征是，还包括信号发射接收器（12）和远程监控装置（13），所述的信号发射接收器（12）连接数据输出接口（9），所述的信号发射接收器（12）连接远程监控装置（13）。