一种人体链状结构模型的实现方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及提供了一种人体链状结构模型的实现方法及系统。该实现方法包括：步骤１，抽取人体运动的三维特征点序列的关键帧序列；步骤２，根据绝对朝向算法和刚体距离约束得到人体链状结构模型的候选组合，用户从候选组合中选择正确建立的人体链状结构模型。本发明专利技术能够建立任何链状结构个体的模型，在简化了建立模型过程的同时，也为运动跟踪提供了良好的先验模型和基础。给定人体运动的三维特征点序列不需要经过复杂的人工操作，就能够得到直接标注好的人体结构模型，简化了运动跟踪时，人体结构模型初始化的工作。建立好的人体结构模型可以直接应用到运动跟踪中，方便快捷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机视觉和模式识别领域，尤其涉及一种人体链状结构模型的实现 方法及系统。
技术介绍
人体链状结构模型的建立体现了人体各个部分的形状，大小以及连接关系，它蕴 含了人体生理结构的先验知识。在有特征点的人体运动分析中，要描绘对象的运动，需要跟 踪运动对象的特征点，计算关节中心的位置，驱动骨骼模型。对于不同的运动个体，需要按 照人体模型的拓扑结构，指定重构出的三维特征点的名称及位置，建立符合要求的人体链 状模型，才能继续完成跟踪任务，进而驱动骨骼模型。由于重构出的三维特征点会出现错误 信息，而且由于遮挡等原因，往往会出现特征点丢失的情况，如何从这些不正确或者缺失的 信息中建立符合要求的人体链状结构为运动跟踪提供准确的先验知识是一项具有挑战性 的工作。以往的工作都是基于手工操作的，在得到特征点的运动序列之后，需要人工寻找 运动序列中重构点数目满足要求的某一帧，去掉明显错误的特征点，然后手工标注出所有 正确的特征点的名称。这样的操作方法，过程繁琐，效率低下；缺乏刚体间连线的提示信息， 标注时很容易出现错误，同时由于重构时的错误发生并不能保证所有参与标注的特征点都 是正确重构的特征点。二十世纪九十年代以来，随着光学运动捕获技术的兴起，大量的三维人体运动捕 获数据生成，并被广泛应用在计算机动画，医学仿真以及运动分析等领域。在获取运动捕获 数据之后，如何从不准确和不完整的特征点数据中，根据人体模型拓扑结构，实现特征点的 自动标注，快速准确的建立符合要求的人体链状模型进而运动跟踪，驱动骨骼模型是一个 值得研究并具有实际应用价值的问题。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，提供了一种人体链状结构模型的实现方法及系统，其 目的在于，从丢失的或错误的三维特征点运动数据序列中，正确方便的得到适于进行运动 跟踪的人体链状结构模型。本专利技术提供了一种人体链状结构模型的实现方法，包括步骤1，抽取人体运动的三维特征点序列的关键帧序列；步骤2，根据绝对朝向算法和刚体距离约束得到人体链状结构模型的候选组合，用 户从候选组合中选择正确建立的人体链状结构模型。步骤1包括步骤11，设定对应三维特征点对数目初始阈值和关键帧候选序列长度区间；步骤12，选定原始运动序列中第一次出现至少包含所有三维特征点数目的帧为关 键帧候选序列第一帧；步骤13，计算原始运动序列中位于当前关键帧之后的帧与当前关键帧之间的对应 三维特征点对数目；步骤14，根据设定的对应三维特征点对数目初始阈值，添加满足该数目初始阈值 的原始运动序列中的帧到关键帧候选序列中，得到关键帧候选序列；步骤15，根据关键帧候选序列的长度是否落在设定的关键帧候选序列长度区间内 调整对应三维特征点对数目初始阈值和关键帧候选序列长度区间；步骤16，用户选定关键帧候选序列中的参照帧，保留参照帧和参照帧之后的关键 帧 作为关键帧序列。步骤13中，构建原始运动序列中位于当前关键帧之后的帧与当前关键帧之间三 维特征点间的相似矩阵，通过相似矩阵得到对应三维特征点对的数目。步骤15中，如果得到的关键帧候选序列的长度没有落在关键帧候选序列长度区 间中，则采用二分法自适应地调整对应三维特征点对的数目阈值。步骤16中，用户选择关键帧候选序列中全部正确包含所有特征点的关键帧作为 参照帧。步骤2包括步骤21，采用绝对朝向算法和刚体距离约束交互式建立人体四点刚体链状结构模 型；步骤22，采用绝对朝向算法和刚体距离约束交互式建立人体三点刚体链状结构模型。步骤21中，枚举参照帧中满足刚体距离约束的四点组合，并与后续关键帧中满足 刚体距离约束的四点组合做绝对朝向算法匹配，用户选择正确的匹配结果从而建立人体四 点刚体链状结构模型。步骤22中，枚举参照帧中满足刚体距离约束的三点组合，并与后续关键帧中满足 刚体距离约束的三点组合做绝对朝向算法匹配，用户选择正确的匹配结果从而建立人体四 点刚体链状结构模型。本专利技术提供了一种人体链状结构模型的实现装置，包括关键帧序列抽取模块，用于抽取人体运动的三维特征点序列的关键帧序列；人体链状结构模型建立模块，用于根据绝对朝向算法和刚体距离约束得到人体链 状结构模型的候选组合；供用户从候选组合中选择正确建立的人体链状结构模型。关键帧序列抽取模块，用于设定对应三维特征点对数目初始阈值和关键帧候选序 列长度区间；选定原始运动序列中第一次出现至少包含所有三维特征点数目的帧为关键帧 候选序列第一帧；计算原始运动序列中位于当前关键帧之后的帧与当前关键帧之间的对应 三维特征点对数目；根据设定的对应三维特征点对数目初始阈值，添加满足该数目初始阈 值的原始运动序列中的帧到关键帧候选序列中，得到关键帧候选序列；根据关键帧候选序 列的长度是否落在设定的关键帧候选序列长度区间内调整对应三维特征点对数目初始阈 值和关键帧候选序列长度区间；用户选定关键帧候选序列中的参照帧，保留参照帧和参照 帧之后的关键帧作为关键帧序列。。关键帧序列抽取模块，用于构建原始运动序列中位于当前关键帧之后的帧与当前 关键帧之间三维特征点间的相似矩阵，通过相似矩阵得到对应三维特征点对的数目。关键帧序列抽取模块，用于在键帧候选序列的长度没有落在关键帧候选序列长度 区间中时，采用二分法自适应地调整对应三维特征点对的数目阈值。关键帧序列抽取模块，用于供用户选择关键帧候选序列中全部正确包含所有特征 点的关键帧作为参照帧。人体链状结构模型建立模块，用于采用绝对朝向算法和刚体距离约束交互式建立 人体四点刚体链状结构模型；采用绝对朝向算法和刚体距离约束交互式建立人体三点刚体 链状结构模型。 人体链状结构模型建立模块，用于枚举参照帧中满足刚体距离约束的四点组合， 并与后续关键帧中满足刚体距离约束的四点组合做绝对朝向算法匹配；供用户选择正确的 匹配结果从而建立人体四点刚体链状结构模型。人体链状结构模型建立模块，用于枚举参照帧中满足刚体距离约束的三点组合， 并与后续关键帧中满足刚体距离约束的三点组合做绝对朝向算法匹配；供用户选择正确的 匹配结果从而建立人体四点刚体链状结构模型。本专利技术能够建立任何链状结构个体的模型，在简化了建立模型过程的同时，也为 运动跟踪提供了良好的先验模型和基础。这种链状结构模型的建立方法不但可以应用于各 种群体，同样也适用于动物的链状结构模型的建立。适用于任何民族，性别以及群体，如运 动员或者残疾人。给定人体运动的三维特征点序列不需要经过复杂的人工操作，就能够得 到直接标注好的人体结构模型，简化了运动跟踪时，人体结构模型初始化的工作。建立好的 人体结构模型可以直接应用到运动跟踪中，方便快捷。附图说明图1为人体下肢链状结构的拓扑图，左边是骨架几何拓扑结构，右边是刚体拓扑 结构；图2a为确定人体四点刚体运动模型的流程图；图2b为确定人体三点刚体运动模型的流程图；图3为人体下肢特征点数目和名称示意图；图4a为人体下肢四点刚体运动模型可能组合图；图4b为用户标注人体下肢四点刚体运动模型图；图4c为人体下肢三点刚体运动模型可能组合图；图4d为正确建立的人体下肢运动模型图。具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术做进一步的详细描述。下面参照附图和附表介绍本专利技术的方法的具体实施过程。图1为人体下肢链状结 构的拓扑图；图2a为确定人体四点刚体运动模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体链状结构模型的实现方法，其特征在于，包括：步骤１，抽取人体运动的三维特征点序列的关键帧序列；步骤２，根据绝对朝向算法和刚体距离约束得到人体链状结构模型的候选组合，用户从候选组合中选择正确建立的人体链状结构模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小明，黄武，夏时洪，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]