【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间数据处理技术，尤其涉及一种人体姿态估计方法及系统。
技术介绍
1、为监测人体各关节的运动数据，研究运动姿态仿真算法，需建立真实人体姿态信息(即传感器信息)与虚拟人的运动姿态映射模型关系，将真实人关节位姿与虚拟人体模型各关节位姿一一对应，进而为后续的平衡康复训练平台控制系统提供实时关节位姿、速度与力信息；
2、cn201911159199.1，公开了一种人体姿态估计方法，包括：采用人体检测网络从原始图形中获取单人图像，原始图形中包括至少一个单人图像；采用人体姿态估计网络对每个单人图像进行关键点检测，得到各个关键点的位置的分布热图；获取每个单人图像的边框与原始图形中其他单人图像的边框的重叠程度，判断单人图像是否存在遮挡问题；若单人图像不存在遮挡问题，则由分布热图得到单人图像中关键点的最终坐标；若单人图像存在遮挡问题则将单人图像中全部分布热图构成图的形式，并通过图神经网络对每个分布热图进行优化，然后由优化后的分布热图得到单人图像中关键点的最终坐标。用图神经网络充分提取图的整体结构信息，以实现对关键点位置的校正效果，提高检测准确率；
3、综上所述，在现有技术中，基于图结构模型进行人体姿态估计的算法都是基于普通光学图像，受环境光和色彩的干扰，以及图像中多个人体的相互遮挡，使姿态估计准确性不足，不如传感器的数据准确，此外，现有的姿态传感器，航向方向，也就是z轴方向，大多是依靠地磁场来确定，但在使用时很容易受到电子设备的电磁干扰，导致传感器z轴角度测量不准，发生巨大漂移。本专利技术的应用至少能够解决现
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种人体姿态估计方法及系统，至少能够解决现有技术中部分问题。
2、本专利技术实施例的第一方面，
3、提供一种人体姿态估计方法，包括：
4、设置惯性传感器，将所述惯性传感器组合成惯性测量单元，在人体关节处安装所述惯性测量单元，在世界坐标系下，计算所述惯性测量单元的航向方向(z轴)标定后姿态，确定所述惯性传感器的初始z轴方向，初始化所述惯性传感器；
5、在站立姿态下，以所述惯性测量单元的站立姿态标定时旋转矩阵，作为虚拟变换矩阵，基于所述惯性测量单元的z轴标定后姿态，结合所述虚拟变换矩阵，实现现实空间到虚拟空间的映射，完成虚拟人姿态标定；
6、选取虚拟人头、胸、腰以及左右大臂、小臂、手、大腿、小腿、脚共15个关节，各自建立坐标系，设置骨盆为基坐标系，其他14个坐标系以所述基坐标系为起点，构建解算串联分支，通过齐次坐标变换，分别计算所述解算串联分支中各关节的位姿矩阵，得到虚拟人关节的空间位姿结算结果，将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果。
7、在一种可选的实施方式中，
8、设置惯性传感器，将所述惯性传感器组合成惯性测量单元，在人体关节处安装所述惯性测量单元，在世界坐标系下，计算所述惯性测量单元的z轴标定后姿态，确定所述惯性传感器的初始z轴方向，初始化所述惯性传感器包括：
9、设置惯性传感器，其中，所述惯性传感器包括陀螺仪、加速度计，将陀螺仪、加速度计组合成惯性测量单元；
10、在世界坐标系下，根据所述惯性测量单元的z轴标定时姿态矩阵和z轴标定后统一姿态矩阵，确定z轴标定变换矩阵；
11、根据所述惯性测量单元的原始旋转矩阵，结合所述z轴标定变换矩阵，计算所述惯性测量单元的z轴标定后旋转矩阵，确定所述惯性传感器的初始z轴方向，初始化所述惯性传感器。
12、在一种可选的实施方式中，
13、还包括：
14、根据惯性测量单元的z轴标定时姿态矩阵和z轴标定后统一姿态矩阵，通过所述z轴标定时姿态矩阵的逆，左乘所述统一姿态矩阵，计算z轴标定变换矩阵，其公式如下：
15、
16、其中，zri表示第i个关节坐标系的z轴标定变换矩阵，w表示以世界坐标系为基准，za表示z轴标定后，表示z轴标定后统一姿态矩阵，zp表示z轴标定时，表示第i个关节坐标系的z轴标定时姿态矩阵的逆；
17、惯性测量单元的原始旋转矩阵左乘所述z轴标定变换矩阵，计算惯性测量单元的z轴标定后旋转矩阵，其公式如下：
18、
19、其中，表示第i个关节坐标系的z轴标定后旋转矩阵，wri表示第i个关节坐标系的原始旋转矩阵。
20、在一种可选的实施方式中，
21、在站立姿态下，以所述惯性测量单元的站立姿态标定时旋转矩阵，作为虚拟变换矩阵，基于所述惯性测量单元的z轴标定后姿态，结合所述虚拟变换矩阵，实现现实空间到虚拟空间的映射，完成虚拟人姿态标定包括：
22、在站立姿态下，以站立姿态标定时旋转矩阵，作为虚拟变换矩阵，其公式如下：
23、
24、其中，表示第i个关节坐标系相对世界坐标系的虚拟变换矩阵，表示站立姿态标定时旋转矩阵；
25、z轴标定后姿态右乘所述虚拟变换矩阵的逆，计算得到虚拟旋转矩阵，其公式如下：
26、
27、其中，vri表示虚拟旋转矩阵，表示虚拟变换矩阵的逆。
28、在一种可选的实施方式中，
29、选取虚拟人关节，各自建立坐标系，设置基坐标系，其他坐标系以所述基坐标系为起点，构建解算串联分支，通过齐次坐标变换，分别计算所述解算串联分支中各关节的位姿矩阵，得到虚拟人关节的空间位姿解算结果，将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果包括：
30、选取虚拟人的15个关节，建立与所述15个关节对应的15个坐标系，设置髋部坐标系为基坐标系，其他坐标系以所述基坐标系为起点，构建5个解算串联分支，对所述解算串联分支分别计算；
31、所述齐次坐标变换设置两种形式，分别表示为纯平移式和纯旋转式，基于所述齐次坐标变换，绕动坐标系，构建各关节的位姿矩阵表示；
32、将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果。
33、在一种可选的实施方式中，
34、还包括：
35、所述齐次坐标变换分别表示为纯平移式和纯旋转式，其中纯平移式如下：
36、
37、其中，表示从j坐标系到i坐标系的平移变换，表示j坐标系原点相对于i坐标系原点的平移，i3×3表示3×3的单位矩阵；
38、纯旋转式如下：
39、
40、其中，表示从j坐标系到i坐标系的旋转变换，表示j坐标系相对于i坐标系的旋转，表示3×3的旋转矩阵；
41、对各关节的位姿矩阵进行求解，其公式如下：
42、
43、其中，vti表示从虚拟坐标系v到第i个关节坐标系的位姿矩阵，vp1表示从虚拟坐标系v到基坐标系的平移向量，vrn-1表示从虚拟坐标系v到第n-1个关节坐标系的旋转，vpn表示从虚拟坐标系v到第n个关节坐标系的平移向量，rot(vrn本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种人体姿态估计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置惯性传感器，将所述惯性传感器组合成惯性测量单元，在人体关节处安装所述惯性测量单元，在世界坐标系下，计算所述惯性测量单元的Z轴标定后姿态，确定所述惯性传感器的初始Z轴方向，初始化所述惯性传感器包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在站立姿态下，以所述惯性测量单元的站立姿态标定时旋转矩阵，作为虚拟变换矩阵，基于所述惯性测量单元的Z轴标定后姿态，结合所述虚拟变换矩阵，实现现实空间到虚拟空间的映射，完成虚拟人姿态标定包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选取虚拟人关节，各自建立坐标系，设置基坐标系，其他坐标系以所述基坐标系为起点，构建解算串联分支，通过齐次坐标变换，分别计算所述解算串联分支中各关节的位姿矩阵，得到虚拟人关节的空间位姿解算结果，将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种人体姿态估计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置惯性传感器，将所述惯性传感器组合成惯性测量单元，在人体关节处安装所述惯性测量单元，在世界坐标系下，计算所述惯性测量单元的z轴标定后姿态，确定所述惯性传感器的初始z轴方向，初始化所述惯性传感器包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在站立姿态下，以所述惯性测量单元的站立姿态标定时旋转矩阵，作为虚拟变换矩阵，基于所述惯性测量单元的z轴标定后姿态，结合所述虚拟变换矩阵，实现现实空间到虚拟空间的映射，完成虚拟人姿态标定包括：
5.根据权利要求1所述的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨标，刘洪升，章永宏，
申请(专利权)人：北京铸正机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。