用于实时确定重复运动参数的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于实时确定重复形式的运动的参数（PM,Tp）的系统，包括：-第一模块（EST1），其用于基于表示所述运动的代表性信号（S1,S2），在当前运动结束前，估计所述重复形式的运动的周期的近似值（Tr）；-用于基于由所述第一估计模块（EST1）所估计的所述周期（Tr）来确定滑动窗口的尺寸（F）的模块（DET）；-第二模块（EST2），其用于基于表示所述运动的代表性信号（S1,S2）和由所述第一估计模块（EST1）所传送的所述滑动窗口的尺寸（F），借助滑动窗口来精确估计所述运动参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于实时确定重复形式的运动的參数的系统和方法。术语实时表示响应时间适合于应用的环境。本专利技术应用于发生重复形式的运动的任何领域，诸如医疗领域、康复、体育运动领域等，但特别适合应用于视频游戏领域，其中许多游戏都需要玩家的部分身体的重复形式的运动。本专利技术也可以应用于自动机或机器人的重复形式的运动。在诸如电影、视频游戏和体育运动等多个领域中实现了对人运动的分析。例如，这种分析使得能够再现由用户所执行的运动成为可能，以使显示在屏幕上的人的虚拟描绘栩栩如生，而无需重建复杂的物理模型，同时还保持了更逼真和更自然的身体动作。运动的捕捉主要用于电影和视频游戏，以便通过再现实际运动而使显示屏上的人的化身或虚拟描绘栩栩如生，例如在文献WO 2008011352中所描述的那样。然而，此类系统需要结合集中在人身上的视频采集而使用设置在用户是每ー个肢体上的特定标识。之后对视频进行分析，以便通过在三个维度中确定每个标识的位置来定义模型。因为对所执行的运动和标识的位置的精度上的约束是重要的，所以这种技术涉及复杂的实施方式。此外，因为数据的采集及其处理主要需要再现运动，而不是与系统实时互动，所以不必实时地执行数据的采集及其处理。诸如在文献WO 2006103662中所公开的其它方案允许追踪体育赛事。这种应用使得可以以根据体育运动动作发生的阶段来改进其定向、或者以能够执行已经发生的体育运动动作的阶段性总结的方式来控制ー组摄像机。然而，摄像机常常远离运动员，前者不能用于需要高精度的应用中。在用户与例如视频游戏控制台等机器之间进行互动的情况下，目前正在研发允许玩家与游戏控制台之间的互动的其它方案。近来，微软(商标)已经提出了 Natal计划。其目的在于提出ー种使用摄影机的新接ロ，其解释用户所执行的运动，以便驱动视频游戏或多媒体接ロ。然而，这种技术要求用户在确定的空间内动作，该确定的空间特别要求在用户与系统之间不存在任何障碍物。其它系统使用板载(onboard)传感器，或者以其它方式表述，用户配备有可以给出其地点或位置的传感器，诸如卫星定位系统传感器等；或者配备有可以确定其运动的传感器，诸如加速度计、磁强计、陀螺仪等。在没有外界干渉的情况下，这些传感器必须是侵入可能最小的且易于安置的。这些传感器，即使是低成本的，也使得可以在测量运动时获得比精度与传感器的尺寸和清晰度成比例并且从而需要更复杂的处理和更有效且更昂贵的处理机的视频传感器更好的精度。板载传感器可以用于地理定位和导航。配备有诸如GPS接收器等卫星定位系统接收器的某些车辆或装置还包含惯性设备，以便减轻系统信号接收的暂时中断。从而，如文献US 2009192708中所述，这种系统适合于步行者的导航。然而，这些方案都需要全球位置基准(reference),仅可以以临时的方式来使用运动传感器，以便减轻由此产生的缺陷或增大精度。所用的系统包括非常少的传感器，简单的加速度计就可以给出位移的主要方向和速度，并且无需额外的细节来表征运动。此外，不必尽可能快地响应速度或方向的变化。这些系统不适合于相对精确的运动，也不适合于接ロ的使用。在本专利技术中，用户仅借助于运动传感器来与机器进行互动。因此，这种方案需要高精度，但最重要的是需要最早可能的响应以及简单且自然的处理。近年来，为了控制通信接ロ而固定在人身上的传感器的使用已经得到推广。特别是在视频游戏的环境下，其中某些系统不仅使以比使用操纵杆或键盘更精确的方式进行互动成为可能，而且还可以通过使新玩家在无需学习掌握控制方式的情况下而迅速进行游戏来提供用户友好性，那些与运动相关联的控制方式更加自然。最后，这种方案通过使视频游戏适合于玩家自身的运动而提供了改进的真实性。因此，Sony已经提出了一种与其包括运动传感器的游戏控制台兼容的dualshock (商标)操纵杆，以便可以将施加至控制台的运动转录到屏幕上。然而，这些运动是受限的，因此主要功能保持了将定向运动放大为操纵杆的倾斜角的函数的可能性。最近,Nintendo推出了其大众化市场的Wii (商标)控制台，其包括互动式操纵杆。这些操纵杆配备有加速度计，用于查明玩家的运动，而无需更精确地确定运动的方向或幅度。诸如在文献EP 0908701中所描述的，为了补充这个操纵杆而开发了平台，以便也考虑腿部的运动。然而，这个平台仅可以查明同一位置处的腿部运动的频率，因此不容许玩家的任何位移。此外，其不可能查明玩家的定向，以便能够例如执行旋转命令。文献WO 2006086487涉及使得模块适合于运动鞋，以便测量并发送与所执行的运动的数量有关的信息。该专利技术的具体特征在于能够测量玩家所执行的物理活动的数量，以便能够激活游戏的特定功能，或者化身或虚拟描绘的特定特性。然而，这种装置不允许玩家与其虚拟描绘之间完全的接ロ连接(interfacing)。实际上,仅使用了一个传感器(例如加速度计)来測量物理活动，但没有恢复信息来更精确表征所执行的运动。这些系统对于实时应用来说缺乏精度和速度，特别是在视频游戏领域中。本专利技术的目的在于减轻上述问题。根据本专利技术的ー个方面，提出了一种用于实时确定重复形式的运动的參数的系统，包括-第一模块，其用于基于表示所述运动的代表性信号，在当前运动结束前，估计所述重复形式的运动的周期的近似值；-用于基于由所述第一估计模块所估计的所述周期来确定滑动窗ロ的尺寸的模块；-第二模块，其用于基于表示所述运动的代表性信号和由所述第一估计模块所传送的所述滑动窗ロ的尺寸，借助滑动窗ロ来精确估计所述运动參数。由此改进了实时确定，因为用于在进行中的运动结束前估计重复形式的运动的周期的近似值的第一模块允许确定模块以相适应的方式迅速估计特别适合于以快速方式精确计算运动參数的滑动窗ロ的尺寸。从而，滑动窗ロ的尺寸自动适应于重复形式的运动的周期的变化。重复形式的运动的表达g在表示相对类似形式的运动，但其一些參数可以变化，诸如周期(或者频率或者速度)、幅度、或者冲击カ(接触撞击的力)。在一个实施例中，所述运动參数是所述重复形式的运动的周期。所述系统尤其适合于基于第一近似快速估计来实时地精确估计重复形式的运动的周期，所述第一近似快速估计可以快速确定特别适合于周期的精确计算的滑动窗ロ的尺寸，从而迅速得多地执行周期的精确计算。因此，借助改进的最早的可能的响应时间(即，改进的实时方案)，从而精确地执行重复形式的运动的周期的确定。例如，所述第二估计模块包括用于计算重复形式的运动的周期的基于相关性(correlation)的模块。因此，基于不是非常复杂的统计，有可能在无需运动的时域特征的先验知识的情况下确定參数。根据ー个实施例，用于估计不同于所述周期的所述重复形式的运动的另ー运动參数的所述第一模块包括用于精确估计所述周期的所述第二模块。 如果借助根据本专利技术的系统，以精确的方式实时确定了重复形式的运动的周期，则根据本专利技术的另一方面，就可以利用所述周期来通过如下方式计算不同于该周期的另ー运动參数确定滑动窗ロ的尺寸，之后允许精确且迅速地估计该另一运动參数。在一个实施例中，所述确定模块包括安全倍增(multiplicative enhancement ofsafetyノ。因此,采用安全裕度(safety margin)来确定滑动窗ロ的尺寸,从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·拉吕，F·叙阿尔，
申请(专利权)人：莫韦股份公司，原子能和辅助替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：