[发明专利]一种基于多Kinect的人体步态数据融合方法

说明书

一.技术领域

本发明涉及基于Kinect的人体步态数据融合处理方法。

二.背景技术

近年来人们利用Kinect研究出了大量有趣的应用，如虚拟试衣、视频会议、人脸检测、手势识别、步态检测等。结合微软提供的Kinect for windows SDK，连接好硬件设备，就可以通过微软提供的接口便捷地获取人体的三维骨骼数据。而且Kinect还能直接获取深度数据，相比于传统视觉设备需要麻烦的配置和复杂的数据处理，Kinect具有更加便捷的优势。

因为硬件的限制，一台Kinect检测最长距离为4.5m，整个检测距离太短，不能完整呈现人体行走数据，目前利用两台Kinect实现数据融合，设备只能如图1所示摆放，容易造成骨骼遮挡，影响左腿数据检测，而且扩距效果很差，只能达到6m左右。

三.发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多Kinect的三维数据融合方法，解决了现有Kinect在提取人体骨骼数据时距离和精度问题，同时解决了骨骼数据出现跳变或者出现自遮挡时数据缺失的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是设计一种基于Kinect的三维数据融合处理方法，包括如下步骤：

(1)水平对立摆放两台Kinect，使其面向拍摄区域，Kinect 1和Kinect 2分别与电脑4和电脑5连接，电脑4与电脑5之间建立局域网，以便进行数据传输。

(2)在Windows环境下编写C#程序，采用视觉采集设备Kinect二代获取10个人体下肢骨骼关节点空间坐标数据(X,Y,Z)，对应关节依次是脊柱根部、脊柱中部、左髋、左膝、左踝、左足、右髋、右膝、右踝、右足。

(3)对步骤(2)获取的原始数据进行中值滤波处理，滤除噪声，中值滤波的窗口长度是根据Kinect数据传输速率(每秒30帧)确定的；

(4)获取人体背面骨骼数据时，因为行走中会有屈膝动作，根据Kinect获取深度数据的原理可知，屈膝时衣服对膝关节会有遮挡，导致膝关节数据不准，利用数学几何法间接求出准确的膝关节空间数据。

(5)取左髋、左膝、左踝三个关节点的两套公共点坐标，对两台Kinect的空间坐标系进行统一。

(6)由于待测人体与Kinect深度传感器的距离过近、过远等因素所造成的误差称为骨骼数据的几何误差。为了消除这类误差，我们需要对得到的骨骼数据进行精度自补偿。

(7)对于符合数据融合条件的骨骼数据进行数据融合。

本发明的优点和有益效果如下：

(1)本发明提出了一种基于局域网通信协议，实现多台计算机分别连接Kinect，同步进行步态采集、坐标统一、精度自补偿以及数据融合的新方法，解决了如何延长采集距离的问题，弥补其检测范围有限的缺点，成功获得了完整的步态数据，将采集步态周期从3～4个增加到8～9个。

(2)本发明利用数据拟合方法，对Kinect骨骼数据进行精度自补偿，提高了采集的精度。

(3)本发明解决了Kinect对人体背面数据采集中膝关节数据不准的问题，并采用了对立的摆放布局，即增加了步态检测距离，又节约设备硬件空间，提高了实际应用性。

四.附图说明

图1是传统多Kinect硬件摆放示意图

图2是人体数据融合方法流程图

图3是人体数据融合方法硬件摆放示意图

图4是Kinect空间坐标示意图

图5是人体下肢关节索引图

图6是数据融合策略分类图

五.具体实施方式(各部分的实现方式)

本发明一种基于多Kinect的三维数据融合处理方法，具体按以下步骤实施，如图2所示：

步骤1，搭建数据采集系统：如图3所示，水平对立摆放两台Kinect，使其面向拍摄区域3，拍摄区域3由两台Kinect的摄像区域决定，Kinect 1和Kinect 2分别与电脑4和电脑5连接，电脑4与电脑5之间建立局域网，以便进行数据传输。

默认电脑4为主处理器，系统运行时，电脑5会实时将Kinect 2检测到的人物姿态骨骼数据通过局域网发送给电脑4，同时电脑4也会实时得到Kinect 1的姿态骨骼数据。然后电脑4会根据人物在区域3中的位置，调用融合算法进行多Kinect的数据融合。