在成像系统中具有非刚性部分的人体表示技术方案

在成像系统中的具有非刚性部分的人体表示。为了人体表示，在人口内变化的骨长度或其它尺寸特性被合并到所述骨骼的几何模型中。所述几何模型可针对形状或组织建模被标准化，允许形状的建模而不使数据驱动形状模型的方面致力于长度或其它尺寸特性。在给定数据驱动形状模型的相同数目或范围的部件的情况下，形状的更大或更精细的细节可被建模，因为部件不致力于尺寸特性。

【技术实现步骤摘要】
在成像系统中具有非刚性部分的人体表示
技术介绍
本实施例涉及人体表示系统。成人身体具有206个骨头、多于600个骨骼肌和遍及人口的发散的脂肪组织分布，使人体成为要有效和高效地建模的复杂对象。然而，由于在医学扫描、计算机视觉、计算机图形和人类-计算机交互中的新兴应用，此类表示正变得越来越合乎需要。在分析人体的外部形式（即身体姿势和形状）时，考虑负责创建外部形式的底层结构是有益的。在对人体建模中常见的此解剖学角度是支持几层可变形组织（包括肌肉、脂肪组织和皮肤）的关节式骨骼（articulatedskeleton）。这些部件中的每个被建模并以各种方式合并以得到计及身体姿势和形状的变化的表示。解剖学启发的几何身体模型是一个方法。使用几何模型来表示每个解剖学部件（例如骨骼、肌肉、脂肪和组织）。目标是具有人体的非常现实的表示，以便可合成具有各种姿势和形状的现实实例。这些方法通常用于计算机动画应用，其中可牺牲效率以便实现在视觉上更令人愉快的实例。在一个示例中，在上部身体中的大部分骨头和肌肉被建模，导致具有68个骨头（147个自由度）和814个骨骼肌的表示，其中每个肌肉使用分段线段模型（即肌肉组织的理想化）被建模。基于物理学的软组织模型创建高质量皮肤表面。此类模型被预期合成非常现实的实例，但是骨骼系统具有多于100个自由度，且肌肉系统具有要控制的数百个额外的参数。因此，在拟合情形中使用此类模型不是非常可行的。用于拟合的另一方法是数据驱动身体模型，例如人的形状完成与动画（SCAPE）。对于大部分非图形应用，更简单或足够复杂的骨骼系统（例如15-20个刚性部分）仍然可被几何地表示。代替使用可变形组织的几何表示，数据驱动方法对数层可变形组织建模。这使由于姿势（例如骨头或骨骼的取向）引起的变形与由于形状（即人特定的尺寸和其它特性）引起的变形去耦且单独地表示每个。骨骼部分在除了取向之外的特性方面是刚性的或固定的，允许对取向的解决方案。不同地，使用线性子空间来对形状变形建模，允许患者特定的变化。因此，形状空间覆盖由于在骨骼系统中的变化和可变形组织两者引起的所有人特定的身体形状变形。即使这是直观表示，但是由于所处理的变化的量，形状空间是有限的。
技术实现思路
作为介绍，下面所述的优选实施例包括用于人体表示的方法、系统、指令和计算机可读介质。骨长度或在人口内变化的其它尺寸特性被合并到骨骼的几何模型中。几何模型可针对形状或组织建模被标准化，允许骨骼的建模而不是使数据驱动形状模型的各方面致力于长度或其它尺寸特性。在给定数据驱动形状模型的相同数目或范围的部件的情况下，形状的更大或更精细的细节可被建模，因为部件不致力于（committo）尺寸特性。在第一方面中，提供用于人体表示的系统。成像系统配置成对具有外部姿势和形状的人成像。建模器配置成使具有非刚性部分的关节式树结构骨骼模型变形到外部姿势，该变形包括使关节式树结构骨骼的非刚性部分的长度适应于人的外部姿势，并使网格模板变形到具有所适应的标准化长度的形状。存储器配置成基于已变形的骨骼模型和已变形的网格模板来存储该人的人体表示。在第二方面中，提供用于人体表示的方法。传感器捕获表示身体的实例的数据集。身体的骨骼被建模为具有可变长度的骨头。身体的形状使用从培训数据学习的线性子空间被建模。线性子空间从可变长度去耦。骨骼和然后的形状被拟合到身体的实例的数据集。在第三方面中，计算机可读存储介质具有在其中存储的数据，其表示由编程处理器可执行的用于人体表示的指令。存储介质包括用于将人体表示初始化到照相机捕获的人的实例的姿势和骨骼尺寸的指令，使人体表示变形到由于用于实例的组织而引起的形状，该变形基于该初始化被标准化到骨骼尺寸和姿势并传输所变形的人体表示。本专利技术由下面的权利要求限定，且在这章节中没有什么事物应被视为是对那些权利要求的限制。在下面结合优选实施来讨论并可稍后独立地或组合地要求保护本专利技术的更多方面和优点。附图说明部件和各图不一定按比例，改为将重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在各图中，相似的参考数字遍及不同的视图指代对应的部分。图1是用于人体表示的系统的一个实施例的框图；图2A-C示出具有19个非刚性身体部分的关节式骨骼；图3A-C示出在骨骼水平处的不同身体形状；图4和5示出示例现有技术形状空间；以及图6是用于在表示系统中的人体表示的方法的一个实施例的流程图。具体实施方式人体表示使用具有非刚性部分（包括关于尺寸（例如长度）为非刚性）的关节式骨骼。人体表示包括：1）关节式骨骼和2）可变形组织。此人体表示使由于骨骼系统而引起的身体变形与由于肌肉、脂肪组织和/或皮肤引起的身体变形分离。关节式骨骼是直接从人体骨骼系统启发的几何表示。在一个示例中，关节式骨骼是非刚性身体部分的配置，其中每个部分的取向和长度两者可取决于配置而改变。如果表示单个个体，则身体部分被建模为确定尺寸到那个单个个体的刚性部件。因为目标是表示跨数组人或人口的人体的一般骨头和/或关节结构，所以具有非刚性身体部分的关节式骨骼是更合适的。对可变形组织建模是更复杂的任务，所以使用数据驱动方法，其使用单个线性子空间来表示数层可变形组织。为了得到更一致的表示，这个线性子空间在“骨骼标准化”设置中被学习。因为骨骼模型是尺寸变体，针对被标准化到给定尺寸的骨骼学习该线性子空间。与包括尺寸的形状空间相比，“骨骼标准化”可变形组织模型目的在于表示更小得多的变形空间，且因此可以以更小的模型复杂度来表示更精细的细节。骨骼和组织部件中的每个在专用子空间内被更有效和高效地表示。由于尺寸移动到几何模型，计算机可以更快地执行拟合操作。在SCAPE中，使用具有尺寸-刚性身体部分的关节式骨骼来对姿势变形建模，意味着部分不改变它们在实例之间（即在不同的身体之间）的尺寸（例如长度）。因此，由于在骨骼系统和可变形组织两者中的变化，对应的形状空间必须覆盖所有人特定的身体形状变形。通过改变在骨骼模型中的尺寸（例如身体部分的长度），相当大量的形状变化直接由具有最少添加的模型复杂性的骨骼本身解释。然后，在给定在定义形状空间中的相同数目的部件的情况下，数据驱动形状空间可被培训以表示可变形组织变化的更精细的细节。由于骨骼系统引起的变形与由于数层可变形组织引起的变形去耦。结果是具有更高的表示能力的更简单的模型。在拟合情形中，在几何骨骼模型中的非刚性尺寸的使用允许更好的模型初始化。更好的初始化可在数据驱动形状拟合中提供更快的收敛和/或改善的拟合准确性。图1示出用于人体表示的表示系统10的一个实施例。表示系统10对人体建模，例如对一系列成人身体建模。该建模使用具有非刚性尺寸的骨骼的几何表示或姿势模型。骨长度和/或其它尺寸特性的变化被合并到几何模型中。建模然后使用组织层的数据驱动形状模型。由合并到几何姿势模型中的尺寸特性例如通过标准化到对几何骨骼模型确定的尺寸来使数据驱动形状模型去耦或不被妨碍（unencumber）。系统10包括照相机16、建模器26、存储器27、和显示器28。可提供额外的、不同的或更少的部件。例如，提供诸如用于与再现服务器或数据档案系统联网的网络或网络连接（例如接口卡）。作为另一示例，提供额外的照相机或不同类型的照相机。在另一示例中，提供用户接口和对应的输入设备。在又一示例中，一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于人体表示的系统，所述系统包括：成像系统，其配置成对具有外部姿势和形状的人成像；建模器，其配置成使具有非刚性部分的关节式树结构骨骼模型变形到外部姿势，该变形包括使关节式树结构骨骼的非刚性部分的长度适应于该人的外部姿势，并使网格模板变形到具有所适应的标准化长度的形状；以及存储器，其配置成基于已变形的骨骼模型和已变形的网格模板来存储该人的人体表示。

【技术特征摘要】
2016.05.18 US 15/1575631.一种用于人体表示的系统，所述系统包括：成像系统，其配置成对具有外部姿势和形状的人成像；建模器，其配置成使具有非刚性部分的关节式树结构骨骼模型变形到外部姿势，该变形包括使关节式树结构骨骼的非刚性部分的长度适应于该人的外部姿势，并使网格模板变形到具有所适应的标准化长度的形状；以及存储器，其配置成基于已变形的骨骼模型和已变形的网格模板来存储该人的人体表示。2.如权利要求1所述的系统，其中所述建模器配置成在使所述骨骼模型变形之后使所述网格模板变形而不针对所述长度变形。3.如权利要求1所述的系统，其中所述建模器配置成使所述骨骼模型的所述非刚性部分的取向和所述长度适应于该人的外部姿势。4.如权利要求1所述的系统，其中所述成像系统包括配置成使所述外部姿势和形状成像为三维点云的三维照相机。5.如权利要求1所述的系统，其中所述建模器配置成将所适应的长度标准化到所述非刚性部分的平均值，使所述网格模板变形到具有在所述非刚性部分的所述平均值处的所适应的长度的形状，并将所变形的网格模板转换到所适应的长度。6.如权利要求1所述的系统，其中所述建模器配置成作为线性变换使所述网格模板变形为姿势引发的形状变形。7.如权利要求1所述的系统，其中所述建模器配置成作为所适应的长度与所述非刚性部分的平均长度的比率、所述非刚性部分的绝对取向和一个或多个线性变换的函数来使所述网格模板变形到该人的形状。8.如权利要求1所述的系统，其中所述建模器配置成作为主要成分分析子空间的基数和平均值的函数来使所述网格模板变形到该人的形状。9.如权利要求8所述的系统，其中所述主要成分分析子空间包括独立于姿势的线性子空间。10.如权利要求1所述的系统，还包括配置成显示所述人体表示的再现的显示器。11.一种用于在表示系统中的人体表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀仁，陈德仁，马锴，VK辛格，B塔默索伊，A维默，吴子彦，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE