[发明专利]基于双体感追踪系统的人体运动捕捉系统及捕捉方法

权利要求书

1.一种基于双体感追踪系统的人体运动捕捉方法，其特征在于，所述的双体感追踪系统包括两台用以采集人体姿态与图像信息的体感追踪系统，将两台体感追踪系统连接于台式机的适配器，一块由黑白两色塑胶格板交错排列的棋盘格，数据采集模块，以及运动分析模块；

所述数据采集模块包括：标定图像采集模块，采集用于标定的带有棋盘格的图像；人体姿态采集模块，采集运动过程中各体感追踪系统坐标系内人体关节点随时间变化的具体位置；

所述运动分析模块包括：用以相机姿态标定的体感追踪系统标定模块，用以对两台体感追踪系统的时间流进行同步的体感追踪系统同步模块，用以对两台体感追踪系统采集的人体关节点进行数据融合与卡尔曼滤波平滑的融合滤波模块，用以基于稳定后的人体关节点位置输出各关节角度随时间的变化曲线的关节角输出模块；

所述基于双体感追踪系统的人体运动捕捉方法，包括如下步骤：

步骤一，将两台体感追踪系统分别通过三脚架放置于可拍摄到全部人体的合理位置，并通过适配器连接至台式机；

步骤二，标定图像采集模块采集棋盘格图像；

步骤三，人体姿态采集模块分别采集一个人体在运动过程中各关节点在两台体感追踪系统的坐标系内随时间变化的三维坐标位置；

步骤四，体感追踪系统标定模块基于采集的棋盘格图像进行体感追踪系统姿态标定，并将两台体感追踪系统内的人体关节点三维坐标位置进行空间转换至一个坐标系内；

步骤五，体感追踪系统同步模块基于两台体感追踪系统采集人体关节点时记录的系统时间对两台体感追踪系统的时间流进行同步，具体包括：

步骤五-1，基于一段完整运动过程的帧数应有的连续性对采集的人体关节点三维坐标数据进行分段，若后帧与前帧差距为20帧即可认为是两段运动过程；

步骤五-2，对两台体感追踪系统的对应数据分段进行预处理，若两个数据分段的长度和起终点的帧数都一致，则被认为是有效跟踪过程，接下来进行时间上的同步，若存在不一致的状况，则放弃，并对下一组对应数据分段进行检测处理；

步骤五-3，基于记录的系统时间对有效跟踪过程的对应数据分段进行时间同步，具体包括：

步骤五-3-1，比较两个数据分段的起点的系统时间，取其中的较小值为t₁，则另一个系统时间为t₂，t₁在其数据分段中下一时间的值为t_next，则可将t₁所对应的关节点三维坐标pt进行线性插值，以求取它在t₂时刻的具体位置，公式如下：

步骤五-3-2，逐个比较两个数据分段除起点外的其他时间，对于当前帧数相同的两个对应时间，取其中较小值为t₁，则另一个时间值为t₂，t₂在其数据分段中下一时间的值为t_prev，则可将t₂所对应的关节点三维坐标pt进行线性插值，以求取它在t₁时刻的具体位置，公式如下：

步骤五-3-2，插值后的两个数据分段分别在对应时刻有着对应的关节点三维坐标，即在时间上完成了同步；式2和式3中分别表示t₁、t₂、t_next、t_prev所对应的关节点三维坐标；

步骤六，融合滤波模块对步骤四、步骤五中得到的经空间转换和时间融合后的人体关节点坐标位置进行数据融合与卡尔曼滤波平滑；

步骤七，关节点输出模块将步骤六得到的稳定的人体关节点坐标位置进行计算并输出各关节角度随时间的变化曲线。

2.根据权利要求1所述的基于双体感追踪系统的人体运动捕捉方法，其特征在于，所述步骤二中标定图像采集模块采集棋盘格图像的具体步骤包括：

步骤二-1，实验人手持塑胶板棋盘格放于胸前，站于两台体感追踪系统前，标定图像采集模块获取两台体感追踪系统拍摄的带有完整棋盘格的图像，并进行存储；

步骤二-2，实验人更换塑胶板棋盘格的在三维空间中的摆放朝向，重复步骤二-1，直至采集15至20幅的两个视角下带有全部棋盘格的图像。