[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

说明书

本发明公开了一种基于双体感追踪系统的人体运动捕捉系统及捕捉方法，所述基于双体感追踪系统的人体运动捕捉系统，包括两台体感追踪系统、棋盘格、数据采集模块、运动分析模块。人体运动捕捉方法包括如下步骤：设备安置、标定图像采集、人体姿态采集、体感追踪系统标定、体感追踪系统同步、融合滤波、关节角输出。本发明的实用性强，避免了在受试者身上标记贴点的复杂操作，可直接对运动员的关节点三维坐标位置进行捕捉；设置简单，仅需要简单的标定图片采集即可完成设置；成本低，相比传统的人体运动捕捉设备的成本大大降低；针对性地对体感追踪传感器的人体姿态捕捉进行了改进，提高其人体运动捕捉的准确性与鲁棒性。

技术领域

本发明涉及运动影像分析领域，尤其涉及人体运行捕捉领域，具体是一种基于双体感追踪系统的人体运动捕捉系统及捕捉方法。

背景技术

人体运动捕捉是运动生物力学所研究的核心问题之一，准确而鲁棒的关节点位置与关节角变化是后续其他运动学分析的合理前提。现在主流的人体运动捕捉方法具有成本高昂，设置复杂和不利于推广使用等一系列缺陷，需要进一步的技术研究以解决并完善这些问题。

现阶段，常用于实验室环境的人体运动捕捉系统与方法为基于红外光的带标记点的人体运动捕捉系统与方法，典型代表是Vicon系统和Qualysis系统。这一类系统对人体动作的采集基于贴于人体表面的具有特殊反光性质的标记点，在具体生物力学实验之前需要在人体表面进行繁杂的贴点操作。这种贴点操作不仅耗时耗力，而且在实际的训练或比赛中运动员的身体上是不被允许贴有这样的标记物的。这种人体运动捕捉的系统与方法还有的一个显著缺点就是成本高昂，全套设备的价格在百万左右，不利于推广，不利于携带，不利于在比赛现场进行使用。

Kinect是微软发明的用于人体姿态捕捉的具有深度相机的体感追踪系统，其主要用途为体感游戏中的动作采集。Kinect2.0是微软于2014年推出的Kinect第二代产品，它的深度相机采用的是光飞跃技术，有效识别范围为相机前0.5m-4.5m，相机分辨率为512*424，相机频率为30Hz，人体姿态的获取原理为基于采集到的深度图对人体深度图进行分类，分析出人体的不同部分进而得到关节点的具体位置。将Kinect直接用于人体运动捕捉其精度一般难以达到要求，特别是在人体不面对Kinect或者有较多自遮挡动作时，Kinect就难以判断某些坐标点的具体位置，进而影响到整个人体姿态的识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确性和鲁棒性较高的基于双体感追踪系统的人体运动捕捉系统及捕捉方法。

实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于双体感追踪系统的人体运动捕捉系统，包括两台用以采集人体姿态与图像信息的体感追踪系统，及将其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；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。

一种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；