一种人体跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种人体跟踪方法和系统，用于解决采用点云建模中，当头部、四肢等部位被遮挡不存在点或点云分辨率较低时，如何构建模型中该部位位置姿态的问题。本发明专利技术中的方法采用拟合算法代替以前的配准算法计算人体部位的姿态。首先根据点云数据和人体模型姿态数据计算得出人体点云中每个点以及与该点最近的部位的配对，该处称为最近点对，然后根据最近点对计算得到表示躯干的矩形的四条边线和表示头部的线段，同时根据最近点对采用拟合算法计算得到表示四肢的线段，最后根据所得的四条边线、和分别表示头部和四肢的线段输出人体模型。从而保证，在极端情况下，利用本发明专利技术提供的方法仍然能够很好地构建人体模型，分析跟踪人体运动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种人体跟踪方法及系统，更具体地说，涉及一种当人体运动出现部 分部位被其他部位遮挡时采用拟合算法获得被遮挡部位的位置状态的人体跟踪方法及设备。
技术介绍
随着游戏开发者技术水平的提高，出现了让用户感受更真实的例如体感游戏，此 类游戏需要处理计算人体的运动状态。常见的体感游戏系统中，WII、Cyffee等采用如加速 度计、陀螺仪等惯性传感器，捕捉人体运动的加速度、方向等信息。但当需要描述人体多个 部位时，使用惯性传感器，不仅成本高，使用也极其不便；在此情况下，出现了采用光学捕捉 的方法在需要计算运动的人体部位粘贴相应的标记点，通过分析标记点的运动状态描述人 体运动，当需要描述人体多个部位时，通过增加标记点的数量，可以以较低的成本实现体感 功能，然而用户使用时却会因标记点的存在尤其是大量标记点的存在而感觉繁琐。此后，随 着计算的进一步发展，出现了无标记点的人体运动捕捉方案，即通过立体视觉系统、结构光 系统、以及ToF(飞行时间time offlight)摄像机等数据源捕捉人体3D点云，通过分析人 体点云，可构建出人体模型，进而分析人体运动状态。然而目前的通过点云配准算法构建人 体模型的无标记点的人体运动捕捉方案存在以下问题由于点云数据源等原因，躯干部位 点的数量较多，头部、四肢等部位点数量较少，在点云分辨率较低以及一些如遮挡等极端情 况下，部分部位甚至不存在点，此时，利用点云配准算法构建人体模型的无标记点的人体运 动捕捉方案将完全失效。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在点云分辨率较低以及一些 如遮挡等极端情况下，利用点云配准算法构建人体模型的无标记点的人体运动捕捉方案将 完全失效的缺陷，提供一种从低密度点云中构建人体模型的人体跟踪方法和系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种人体跟踪方法，其特征在 于，包括以下步骤Si、采用线段表示四肢的上臂、下臂、大腿、小腿和头部，矩形表示躯干，根据人体 尺寸参数建立人体模型；S2、点云采集设备读取当前帧采集到的人体点云数据；S3、分别计算人体点云数据中每个点到表示上臂、下臂、大腿、小腿、头部的线段和 表示躯干的矩形面的距离，比较选择距离每个点最近的部位，并记录该点以及该部位，从而 得到每个点与该点最近的部位的配对，该处称为最近点对；S4、根据最近点对计算得到表示躯干的矩形的四条边线和表示头部的线段，同时 根据最近点对采用拟合算法计算得到表示四肢的线段，即计算得到人体姿态参数；S5、迭代步骤S3、S4，直至满足要求时退出；S6、根据所得的表示躯干的四条边线和分别表示头部和四肢的线段输出人体模型。在本专利技术所述的人体跟踪方法中，所述步骤Sl中的用于表示躯干的矩形分为共 用一条边的上下两部分矩形，分别为第一矩形和第二矩形，在所述步骤S3中求最近点对时 分别计算每个点到第一矩形和第二矩形的距离，并在所述步骤S4中根据所述第一矩形和 第二矩形的最近点对计算出所述第一矩形、第二矩形所在的平面，两矩形所在平面的交线 即为两矩形共用的边所在直线；让所述第一矩形和第二矩形的最近点对向所述两矩形共用的边所在直线投影，根 据所述第一矩形和第二矩形的宽度，搜索线段使得落得线段范围内的投影的数量最多，所 述线段的两个端点即为所述第一矩形和第二矩形共用的边的两个顶点；根据所述第一矩形和第二矩形的高度计算所述第一矩形和所述第二矩形的其它 顶点，从而得到所述第一矩形和第二矩形。在本专利技术所述的人体跟踪方法中，所述第一矩形和第二矩形的高度固定，所述计 算所述第一矩形和第二矩形的其它顶点的方法为在所述第一矩形所在的平面内，分别求过所述第一矩形和所述第二矩形共用的边 的两个端点，垂直于所述第一矩形和所述第二矩形共用的边，且方向向上的射线，分别为第 一射线和第二射线，分别在所述第一射线和第二射线上求与所述第一射线、第二射线端点 距离为所述第一矩形的高度的点，称为第一端点，第二端点，所述第一矩形和所述第二矩形 共用的边的两个端点以及所述第一端点、所述第二端点构成所述第一矩形的四个顶点；在所述第二矩形所在的平面内，分别求过所述第一矩形和第二矩形共用的边的两 个端点，垂直于所述第一矩形和所述第二矩形共用的边，且方向向下的射线，分别为第三射 线和第四射线，分别在所述第三射线和第四射线上求与所述第三射线、第四射线端点距离 为所述第二矩形的高度的点，称为第三端点，第四端点，所述第一矩形和所述第二矩形共用 的边的两个端点以及所述第三端点、所述第四端点构成所述第二矩形的四个顶点。在本专利技术所述的人体跟踪方法中，所述第一矩形和第二矩形高度不固定但高度之 和固定，所述计算所述第一矩形和第二矩形其它顶点的方法为在所述第一矩形所在的平面内，求过所述第一矩形和第二矩形共用的边的中点， 垂直于所述第一矩形和所述第二矩形共用的边，且方向向上的射线，称为第一射线；在所述第二矩形所在的平面内，求过所述第一矩形和第二矩形共用的边的中点， 垂直于所述第一矩形和所述第二矩形共用的边，且方向向下的射线，称为第二射线；以所述第一矩形和第二矩形共用的边的中点为起始点，分别在所述第一射线和所 述第二射线上搜索第一端点和第二端点，使得所述第一矩形的最近点对中投影落在所述起 始点和所述第一端点之间的点的数量与所述第二矩形的最近点对中投影落在所述起始点 和所述第二端点之间的点的数量之和最大，并且所述起始点到所述第一端点的线段长度与 所述起始点到所述第二端点的线段长度之和等于所述第一矩形和第二矩形的高度之和；求在所述第一矩形所在的平面内，过所述第一端点平行于所述第一矩形和第二矩 形共用的边所在直线的直线，称为第一边界直线，在所述第一边界直线上，求与所述第一端 点距离为所述第一矩形宽度的一半的两个点，称为第三端点、第四端点，所述第一矩形和第 二矩形共用的边的两个端点以及所述第三端点、所述第四端点构成所述第一矩形的四个顶点。求在所述第二矩形所在的平面内，过所述第二端点平行于所述第一矩形和第二矩 形共用的边所在直线的直线，称为第二边界直线，在所述第二边界直线上，求与所述第二端 点距离为所述第二矩形宽度的一半的两个点，称为第五端点、第六端点，所述第一矩形和第 二矩形共用的边的两个端点以及所述第五端点、所述第六端点构成所述第二矩形的四个顶点ο在本专利技术所述的人体跟踪方法中，所述步骤S4中采用拟合算法计算得到表示四 肢的线段的方法为所述上臂为所述下臂的父部位，所述下臂为所述上臂的子部位，所述大 腿为所述小腿的父部位，所述小腿为所述大腿的子部位，当父部位最近点与子部位的最近 点的比值大于某一数值时，则先采用拟合算法计算父部位的姿态参数，再拟合计算子部位 的姿态参数，进而得到父部位和子部位；当父部位的最近点与子部位的最近点数量比值小 于该数值时，则先拟合子部位所在的直线，再在该直线上查找一个到对应的躯干边线端点 的距离与父部位长度相等点作为父部位与子部位间的关节点，然后根据该关节点和父部位 与躯干之间的关节点得到父部位，再根据该关节点和子部位的长度得到子部位。在本专利技术所述的人体跟踪方法中，在步骤S3前，还包括根据模型重心和点云重心 的偏差，调整人体模型。在本专利技术所述的人体跟踪方法中，在步骤S4后，还包括根据人体模型的中头部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：Ｓ１、采用线段表示四肢的上臂、下臂、大腿、小腿和头部，矩形表示躯干，根据人体尺寸参数建立人体模型；Ｓ２、点云采集设备读取当前帧采集到的人体点云数据；Ｓ３、分别计算人体点云数据中每个点到表示上臂、下臂、大腿、小腿、头部的线段和表示躯干的矩形面的距离，比较选择距离该点最近的部位，并记录该点以及该部位，从而得到每个点与该点最近的部位的配对，该处称为最近点对；Ｓ４、根据最近点对计算得到表示躯干的矩形的四条边线和表示头部的线段，同时根据最近点对采用拟合算法计算得到表示四肢的线段，即计算得到人体姿态参数；Ｓ５、迭代步骤Ｓ３、Ｓ４，直至满足要求时退出；Ｓ６、根据所得的表示躯干的四条边线和分别表示头部和四肢的线段输出人体模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文闯，柳林祥，贺欢，程俊，师丹玮，
申请(专利权)人：深圳泰山在线科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[]