一种捕捉球的运动姿态识别方法及其装置制造方法及图纸

一种捕捉球的运动姿态识别方法及其装置，获取运动空间中所有可识别的反光标记点的三维坐标，从所有反光标记点中匹配得到捕捉球上的多个匹配点，从而根据该些匹配点的三维坐标计算得到捕捉球的球心坐标，进而计算得到捕捉球在运动空间中的运动姿态信息。由于在获取捕捉球上多个匹配点的过程中加入了可识别的反光标记点与捕捉球之间的匹配方法，在获取捕捉球的球心坐标过程中引入了计算球心坐标的迭代算法，避免了因反光标记点匹配错误和球心坐标误差增大而产生的误识别情形，有利于提高系统对捕捉球的识别度。同时，采用该方法及装置时可以采用捕捉球上较少的匹配点进行运动姿态识别，从而减小计算量，提高计算速度，为实际应用带来便利。

A motion attitude recognition method and device for catching balls

A motion attitude recognition method and device for capturing a ball obtains the three-dimensional coordinates of all identifiable reflective marker points in the motion space, matches multiple matching points on the capturing ball from all reflective marker points, and calculates the spherical center coordinates of the capturing ball according to the three-dimensional coordinates of these matching points, and then calculates the spherical center coordinates of the capturing ball. To capture the movement gesture information of the ball in the moving space. Because the matching method between identifiable reflective marker points and catching sphere is added in the process of acquiring multiple matching points on catching sphere, an iterative algorithm for calculating spherical center coordinates is introduced in the process of acquiring the spherical center coordinates of catching sphere, which avoids the misunderstanding caused by the mismatching of reflective marker points and the increase of spherical center coordinate errors. In other cases, it helps to improve the recognition accuracy of the system. At the same time, this method and device can be used to capture fewer matching points on the ball for motion attitude recognition, thus reducing the amount of calculation, improving the calculation speed, and bringing convenience for practical application.

【技术实现步骤摘要】
一种捕捉球的运动姿态识别方法及其装置
本专利技术涉及光学运动捕捉
，具体涉及一种捕捉球的运动姿态识别方法及其装置。
技术介绍
在现有的光学运动捕捉系统中，一般通过捕捉反光标记(marker，是指表面覆盖有特殊反光材料的标记物，常见的形状有球形和半球形等，常用于运动对象的捕捉)的运动轨迹以实现目标对象的运动姿态识别与轨迹跟踪。通常情况下会将捕捉对象上已配置的多个反光标记组成一个可以捕捉的刚体(这里的刚体是指刚体是指在运动中和受力作用后形状和大小不变且内部各点的相对位置不变的物体，是一种理想的模型)，每个反光标记则对应捕捉对象上的某个目标部位。在进行捕捉对象的跟踪时，主要通过识别捕捉对象上的不同刚体以区分捕捉对象的不同目标部位。这种方式能够很好地识别大多数目标对象的运动姿态，比如人体的手部头部、游戏中的各种仿真道具等。然而，捕捉有些运动方式不固定的诸如球类的目标物体，这种方式是行不通的，因为捕捉对象在空间中存在各个方向上随意运动性质，其运动方向无法控制，各个部位都可能会与接触面发生碰撞，此时将对刚体造成损坏。目前，多通过在球类的捕捉球的表面贴一些反光贴纸的做法来将捕捉球变成一个可捕捉的刚体，以此识别球的运动姿态，达到对捕捉球的轨迹跟踪效果。这种方式存在以下缺点：(1)以刚体方式对捕捉球进行识别时，由于捕捉球上贴有很多反光贴纸以配置出大量的反光标记，为全面地识别捕捉球的运动姿态，在后期的姿态识别以及轨迹跟踪过程中，要遍历每个反光标记的三维坐标，计算量庞大，将极大地影响捕捉球的实时运动姿态识别和轨迹跟踪效果。(2)捕捉球的自身结构具有大小区别，直径比较大的球在运动过程中会对反光贴纸造成不可预测的遮挡，从而影响捕捉过程，带来较差的运动姿态识别效果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术主要解决的技术问题是如何在捕捉球的姿态识别及轨迹跟踪过程中增强捕捉球的实时姿态识别效果，同时减少计算量。根据第一方面，一种捕捉球的运动姿态识别方法，所述捕捉球的表面上配置有多个分布均匀的反光标记点，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取所述捕捉球在运动空间中所有反光标记点的三维坐标，识别所述捕捉球的多个匹配点，所述匹配点为所述捕捉球上的反光标记点；根据所述多个匹配点的三维坐标获取所述捕捉球的球心坐标；根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的球心坐标得到所述捕捉球在运动空间中的运动姿态信息。所述获取所述捕捉球的运动空间中所有反光标记点的三维坐标，识别所述捕捉球的多个匹配点，包括：根据所述运动空间中所有反光标记点的二维坐标，得到所有反光标记点的三维坐标，所述运动空间中包括除所述捕捉球之外的其它可识别物；根据所述所有反光标记点的三维坐标，计算所述所有反光标记点中任意两个反光标记点之间的距离；当任意两个反光标记点之间的距离等于或接近于获取的距离标准值时，确定该两个反光标记点为所述捕捉球的匹配点，直到识别到所述捕捉球的匹配点达到预定数量为止。通过以下步骤获取所述距离标准值：获取测试阶段所述捕捉球表面上所有反光标记点的三维坐标，在所述测试阶段时所述运动空间中的可识别物仅有所述捕捉球；根据所述捕捉球表面上所有反光标记点的三维坐标计算任意两两反光标记点之间的距离；统计得到的所有距离值，将距离分布结果中分布集中的距离值设定为所述距离标准值。所述根据所述多个匹配点的三维坐标获取所述捕捉球的球心坐标，包括：获取所述捕捉球的理论球心坐标和理论半径；根据所述理论球心坐标，计算所述捕捉球的修正半径和修正球心坐标；判断所述修正球心坐标和所述理论球心坐标之差是否在预设的误差范围内，以及判断所述捕捉球的修正半径与所述捕捉球的理论半径之差是否在预设的误差范围内；若两个判断结果均为是，则将所述修正球心坐标作为所述捕捉球的球心坐标；若任一判断结果为否，则将所述修正球心坐标更新为所述捕捉球的理论球心坐标，将所述修正半径更新为所述捕捉球的理论半径，然后进入根据所述理论球心坐标，计算所述捕捉球的修正半径和修正球心坐标的步骤。所述根据所述理论球心坐标，计算所述捕捉球的修正半径和修正球心坐标，包括：根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的理论球心坐标，计算每一匹配点到理论球心的距离；计算各个匹配点到所述理论球心的距离的平均值，并将该平均值作为所述捕捉球的修正半径；根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的理论球心坐标，得到每一匹配点到理论球心的坐标偏移量M；分别计算每一匹配点到理论球心的距离与所述捕捉球的预设半径之间的差值W，所述预设半径包括所述捕捉球的理论半径或所述修正半径；将每一匹配点到理论球心的坐标偏移量M与每一匹配点到理论球心的距离与所述捕捉球的修正半径之间的差值W求积，得到每一匹配点的修正坐标偏移量，以及计算所有匹配点的修正坐标偏移量的平均值；根据所有匹配点的修正坐标偏移量的平均值和所述理论球心坐标，得到修正球心坐标。所述根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的球心坐标得到所述捕捉球在运动空间中的运动姿态信息，包括：将当前帧所述捕捉球的球心坐标与上一帧所述捕捉球的球心坐标进行比较，得到所述捕捉球的位移信息；将当前帧各个匹配点的三维坐标分别与上一帧对应的匹配点的三维坐标进行比较，得到所述捕捉球的姿态信息；将所述捕捉球的位移信息和姿态信息作为所述捕捉球在所述运动空间中的运动姿态信息。所述捕捉球表面的各个反光标记点按照足球表面正六边形图形的各个顶点位置进行分布，或者按照足球表面两两正六边形图形相交边的边中心点位置进行分布。根据第二方面，本申请提供了一种捕捉球的运动姿态识别装置，所述捕捉球的表面上配置有多个反光标记点，其特征在于，所述装置包括：匹配点确定获取单元，用于识别所述捕捉球的多个匹配点，获取各个匹配点的三维坐标，所述匹配点为属于所述捕捉球的反光标记点；球心坐标获取单元，用于根据所述多个匹配点的三维坐标获取所述捕捉球的球心坐标；姿态信息获取单元，用于根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的球心坐标得到所述捕捉球在运动空间中的运动姿态信息。根据第三方面，本申请提供了一种计算机存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第一方面中的方法。本申请的有益效果是：依据上述实施例的一种捕捉球的运动姿态识别方法及其装置，获取运动空间中所有可识别的反光标记点的三维坐标，从所有反光标记点中匹配得到捕捉球上的多个匹配点，从而根据该些匹配点的三维坐标计算得到捕捉球的球心坐标，进而通过各个匹配点的三维坐标和捕捉球的球心坐标得到捕捉球在运动空间中的运动姿态信息。由于在获取捕捉球上多个匹配点的过程中，加入了可识别的反光标记点与捕捉球之间的匹配方法，使得对捕捉球进行运动姿态识别时避免了因反光标记点匹配错误而产生的误识别情形，有利于提高系统对捕捉球的识别度；而且，由于在获取捕捉球的球心坐标过程中，引入了计算球心坐标的迭代算法，使得最终获取的球心坐标能够非常接近于捕捉球的实际球心坐标，提高了获取捕捉球运动姿态信息的准确度，可进一步降低运动姿态误识别情形出现的可能性。此外，以往采用刚体的形式来识别捕捉球时，至少需要将30个反光标记点组成一个捕捉球的刚体以确保运动姿态识别过程的稳定性，这时，系统需要对每个反光标记点分别进行捕捉和跟踪，这对于刚体的捕捉和跟踪过程来说是非常大的一个计算量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种捕捉球的运动姿态识别方法，所述捕捉球的表面上配置有多个分布均匀的反光标记点，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取所述捕捉球在运动空间中所有反光标记点的三维坐标，识别所述捕捉球的多个匹配点，所述匹配点为所述捕捉球上的反光标记点；根据所述多个匹配点的三维坐标获取所述捕捉球的球心坐标；根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的球心坐标得到所述捕捉球在运动空间中的运动姿态信息。

【技术特征摘要】
1.一种捕捉球的运动姿态识别方法，所述捕捉球的表面上配置有多个分布均匀的反光标记点，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取所述捕捉球在运动空间中所有反光标记点的三维坐标，识别所述捕捉球的多个匹配点，所述匹配点为所述捕捉球上的反光标记点；根据所述多个匹配点的三维坐标获取所述捕捉球的球心坐标；根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的球心坐标得到所述捕捉球在运动空间中的运动姿态信息。2.如权利要求1所述运动姿态识别方法，其特征在于，所述获取所述捕捉球的运动空间中所有反光标记点的三维坐标，识别所述捕捉球的多个匹配点，包括：根据所述运动空间中所有反光标记点的二维坐标，得到所有反光标记点的三维坐标，所述运动空间中包括除所述捕捉球之外的其它可识别物；根据所述所有反光标记点的三维坐标，计算所述所有反光标记点中任意两个反光标记点之间的距离；当任意两个反光标记点之间的距离等于或接近于获取的距离标准值时，确定该两个反光标记点为所述捕捉球的匹配点，直到识别到所述捕捉球的匹配点达到预定数量为止。3.如权利要求2所述运动姿态识别方法，其特征在于，通过以下步骤获取所述距离标准值：获取测试阶段所述捕捉球表面上所有反光标记点的三维坐标，在所述测试阶段时所述运动空间中的可识别物仅有所述捕捉球；根据所述捕捉球表面上所有反光标记点的三维坐标计算任意两两反光标记点之间的距离；统计得到的所有距离值，将距离分布结果中分布集中的距离值设定为所述距离标准值。4.如权利要求1所述运动姿态识别方法，其特征在于，所述根据所述多个匹配点的三维坐标获取所述捕捉球的球心坐标，包括：获取所述捕捉球的理论球心坐标和理论半径；根据所述理论球心坐标，计算所述捕捉球的修正半径和修正球心坐标；判断所述修正球心坐标和所述理论球心坐标之差是否在预设的误差范围内，以及判断所述捕捉球的修正半径与所述捕捉球的理论半径之差是否在预设的误差范围内；若两个判断结果均为是，则将所述修正球心坐标作为所述捕捉球的球心坐标；若任一判断结果为否，则将所述修正球心坐标更新为所述捕捉球的理论球心坐标，将所述修正半径更新为所述捕捉球的理论半径，然后进入根据所述理论球心坐标，计算所述捕捉球的修正半径和修正球心坐标的步骤。5.如权利要求4所述运动姿态识别方法，其特征在于，所述根据所述理论球心坐标，计算所述捕捉球的修正半径和修正球心坐标，包括：根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的理论球心坐标，计算每一匹配点到理论球心的距离；计算各个匹配点到所述理论球心的距离的平均值，并将该平均值作为所述捕捉球的修正半径；根据所述多个匹配点的三维坐标和所述捕捉球的理论...

【专利技术属性】
技术研发人员：王越，长坂友裕，许秋子，
申请(专利权)人：深圳市瑞立视多媒体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44