一種人體姿勢捕捉方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人體姿勢捕捉方法及系統，其中，人體姿勢捕捉方法包括步驟：S1：以骨盆中心節(jié)點為第一級節(jié)點，依次定位目標節(jié)點；S2：識別節(jié)點位置，確定節(jié)點相對位置，得到人體局部姿勢；其中，所述步驟S1中，定位目標節(jié)點的步驟具體為：將人體分為若干以所述骨盆中心節(jié)點為起始的支路，每個支路設置若干節(jié)點，以骨盆中心節(jié)點為起點，順次從高級節(jié)點定位至所述目標節(jié)點；其中，高級節(jié)點相對于所述目標節(jié)點更靠近所述骨盆中心節(jié)點。本發(fā)明所提供的方法簡單，能夠迅速確定局部姿勢，繼而還原出人體整體姿勢，從而實現人體姿勢捕捉。
【專利說明】
一種人體姿勢捕捉方法及系統
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及動作捕捉領域，具體為一種人體姿勢捕捉方法及系統。
【背景技術】
[0002] 人類是能夠少數能夠直立行走的動物之一，人類在漫長的進化過程中，能夠在直 立行走過程中保持良好的平衡，并且根據直立行走進化出了相應的骨骼結構。這是一個革 命性的飛躍。直立行走的人，視野開闊了，大腦也發(fā)達了，但是伴隨著由爬行到直立行走的 演變，人類的骨骼和相應的各部分肌肉的原有結構和功能也隨之發(fā)生了變化，用四肢爬行， 動物的脊椎就像一座橋，四肢的受力與椎體形成了一種分散壓力而保持平衡的關系。但直 立起來的人，脊椎骨承受了所有的重力，尤其腰椎承受的壓力最大。脊柱是人體的中軸骨 骼，是身體的支柱，具有負重、減震、保護和運動等功能。上端承托頭顱，胸部與肋骨成胸廓， 上肢借肋骨、鎖骨和胸骨以及肌肉與脊柱相連，下肢借骨盆與脊柱相連，正常脊柱可作前 曲、后伸、側曲、旋轉等運動。上下肢的各種活動，均通過脊柱調節(jié)，保持身體平衡，一側上肢 可以持重百余斤，而身體仍能保持平衡，這主要是靠脊柱的平衡作用。
[0003] 而與此同時，每個人的骨骼姿勢都不一樣，隨著近年來電影、監(jiān)控、保密識別等領 域的技術發(fā)展，目前有多個民用領域需要應用到人體姿態(tài)的監(jiān)控，但是日常工作中，又不能 夠按照傳統醫(yī)學的方式，對人骨骼進行定位，所以，現在亟待一種方法的出現，能夠良好的 監(jiān)控人體靜態(tài)姿勢。
[0004] 鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發(fā)明。

【發(fā)明內容】

[0005] 為解決上述技術缺陷，本發(fā)明采用的技術方案在于，提供一種人體姿勢捕捉方法， 其特征在于，包括步驟：
[0006] S1:以骨盆中心節(jié)點為第一級節(jié)點，依次定位目標節(jié)點；
[0007] S2:識別節(jié)點位置，確定節(jié)點相對位置，得到人體局部姿勢；
[0008] 其中，所述步驟S1中，定位目標節(jié)點的步驟具體為：
[0009] 將人體分為若干以所述骨盆中心節(jié)點為起始的支路，每個支路設置若干節(jié)點，以 骨盆中心節(jié)點為起點，順次從高級節(jié)點定位至所述目標節(jié)點；
[0010] 其中，高級節(jié)點相對于所述目標節(jié)點更靠近所述骨盆中心節(jié)點。
[0011] 較佳的，還包括步驟：
[0012] S3:根據所述步驟S2識別的局部人體姿勢計算得到整體人體姿勢。
[0013] 較佳的，所述支路包括左手支路，所述左手支路包括骨盆中心點、脊柱點、肩中點、 左肩、左月寸、左腕、左手；
[0014] 所述支路包括右手支路，所述左手支路包括骨盆中心點、脊柱點、肩中點、右肩、右 肘、右腕、右手。
[0015] 較佳的，所述支路包括左腳支路，所述左腳支路包括骨盆中心點、左臀、左膝、左 踝、左腳；
[0016] 所述支路包括右腳支路，所述左腳支路包括骨盆中心點、右臀、右膝、右踝、右腳。
[0017] 較佳的，所述支路包括頭支路，所述頭支路包括骨盆中心點、脊柱點、肩中點、頭。
[0018] 較佳的，所述步驟S2包括:計算所述步驟1中定位的一第一節(jié)點與一第二節(jié)點的相 對角度，通過下式進行計算：
[0019]
[0020] 其中，α為xy平面內主要骨骼偏移角，β為yz平面內主要骨骼偏移角，（xi，yi，zi)為 第一節(jié)點的空間坐標，（X2，y2，Z2 )為第二節(jié)點的空間坐標，:π為圓周率，kQf f set為補償常數。
[0021] 較佳的，keyset是介于1 · 3至1 · 6的正數。
[0022] 一種實現所述方法的姿勢捕捉系統，包括一交互單元、一控制單元、一識別單元、 一運算單元；
[0023] 所述控制單元接受所述交互單元的控制信號，繼而控制所述識別單元對人體進行 節(jié)點識別；
[0024] 所述識別單元將識別得到的信息傳送至所述運算單元，完成人體姿勢的確定。
[0025] 較佳的，其還包括一整合單元所述識別單元將識別得到的信息通過所述整合單元 進行整合傳送至所述運算單元。
[0026] 較佳的，其還包括一發(fā)送單元與一遠程服務器；
[0027] 所述控制單元通過所述發(fā)送單元將信息發(fā)送至所述遠程服務器。
[0028] 與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所提供的方法簡單，能夠迅速確定 局部姿勢，繼而還原出人體整體姿勢，從而實現人體姿勢捕捉;將人體分成五個不同的支 路，能夠簡明、迅捷地完成人體姿勢定位與捕捉;本發(fā)明所提供的系統結構簡單。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明人體姿勢捕捉方法流程圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明人體姿勢捕捉系統結構圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下結合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術特征和優(yōu)點作更詳細的說明。
[0032] 首先需要明確的是，本發(fā)明所述的方法，將人體重要關節(jié)分為若干節(jié)點，人體姿勢 的識別，是基于這些節(jié)點進行的。例如，最基本的節(jié)點是骨盆中心點，按照骨盆中心點向下 一級延伸，得到脊柱、左臀、右臀三個二級節(jié)點，脊柱向下延伸得到肩中點，左臀向下延伸得 到左膝，肩中點和左膝就是三級節(jié)點每一級節(jié)點作為父節(jié)點，其向下一級節(jié)點作為子節(jié)點， 子節(jié)點與父節(jié)點之間圍成一塊骨骼。
[0033] 本發(fā)明所述的人體姿勢捕捉方法，包括以下步驟：
[0034] 步驟S1:以骨盆中心節(jié)點為第一級節(jié)點，依次定位人體節(jié)點。
[0035]本發(fā)明所需要的節(jié)點，一級節(jié)點包括骨盆中心節(jié)點，二級節(jié)點包括脊柱、左臀、右 臀，三級節(jié)點包括肩中心點，左右膝關節(jié)點，四級節(jié)點包括左右踝關節(jié)點，左右肩關節(jié)點及 頭，五級節(jié)點包括左右腳、左右肘關節(jié)，六級節(jié)點包括左右腕關節(jié)，七級節(jié)點包括左右手。 [0036]本發(fā)明所述的節(jié)點，應當由識別設備進行自動識別，識別設備提前預設置好如何 將各個節(jié)點進行識別，對于節(jié)點的識別并不屬于本發(fā)明中重點闡述的問題，本發(fā)明不予贅 述。
[0037]請參見圖1所示，圖1為本發(fā)明所述方法步驟S1具體的流程圖。
[0038] 步驟S1包括：
[0039]步驟S101，定位骨盆中心點；
[0040] 首先，本發(fā)明所述的方法應當至少包括一能夠識別人體圖像的設備，該設備能夠 以例如攝像、照相的形式，識別人體的節(jié)點。該設備能夠根據識別規(guī)則識別出人體的骨盆中 心點，并且將其作為一級節(jié)點。
[0041] 定位所述骨盆中心點后，繼續(xù)執(zhí)行下述步驟S102和/或步驟S113和/或步驟S117。 [0042] 步驟S102,定位脊柱；
[0043]沿所述骨盆中心點向上，定位脊柱(點），脊柱點是脊柱中的一個特殊的點，該點的 位置事先預設好，本發(fā)明中脊柱上僅需一個點，脊柱點定位完成后，執(zhí)行下述步驟S103。 [0044]步驟S103,定位肩中心點；
[0045] 沿所述脊柱點向上，定位肩中心點，完成后，執(zhí)行下述步驟S104和/或S108和/或 S112〇
[0046] 步驟S104，定位左肩;沿所述肩中心點向左，定位所述左肩（點）。
[0047]步驟S105,定位左肘;沿左肩點向下，定位左肘點。
[0048] 步驟S106，定位左腕;沿左肘點向下，定位左腕。
[0049] 步驟S107，定位左手;沿左腕點向下，定位左手。
[0050] 步驟S108,定位右肩；本步驟緊接所述步驟S103繼續(xù)，沿所述肩中心點向右，定位 所述右肩（點）。
[0051] 步驟S109,定位右肘;沿右肩點向下，定位右肘點。
[0052] 步驟S110,定位右腕;沿右肘點向下，定位右腕。
[0053] 步驟S111，定位右手;沿右腕點向下，定位右手。
[0054]步驟S112，定位頭;本步驟緊接所述步驟S103繼續(xù)，沿所述肩中心點向上，定位頭。 [0055] 步驟S113,定位左臀;本步驟緊接所述步驟S101繼續(xù)，沿所述骨盆中心點定位左臀 點。
[0056] 步驟S114,定位左膝;沿左臀點向下，定位左膝點。
[0057] 步驟SI 15，定位左踝;沿左膝點向下，定位左踝點。
[0058] 步驟S116，定位左腳;沿左踝點向下，定位左腳點。
[0059] 步驟S117,定位右臀;本步驟緊接所述步驟S101繼續(xù)，沿所述骨盆中心點定位右臀 點。
[0000] 步驟S118,定位右膝;沿右臀點向下，定位右膝點。
[0061 ] 步驟S119，定位右踝;沿右膝點向下，定位右踝點。
[0062] 步驟S120，定位右腳。沿右踝點向下，定位右腳點。
[0063] 值得注意的是，上述步驟S101至所述步驟S120將人體整個部分均記錄在了其中， 實際工作過程中，并不需要將上述20個步驟均一一完成，如果僅僅針對人體的部分姿勢進 行捕捉的話，只需要部分必要的步驟即可完成人體姿勢的捕捉。
[0064] 本部分對此進行展開描述，本發(fā)明將定位分為五條支路，分別稱為左手支路、左腳 支路、頭支路、右手支路與右腳支路。
[0065] 例如如果需要定位左手，只需要進行骨盆中心點、脊柱、肩中點、左肩點、左肘、左 腕繼而定位左手，而不需要定位例如右腕、右腳及相關支路上的節(jié)點，也就是說，各個支路 中存在獨立的節(jié)點，當定位這些獨立的節(jié)點可能無需定位其他支路的節(jié)點。
[0066] 例如需要定位右肘，則需要定位骨盆中心點、脊柱、肩中點、右肩、右肘即可，并且 不需要繼續(xù)定位右腕及右手;此處引入高級節(jié)點與低級節(jié)點的概念：以右手支路為例，整條 支路完整的情況是骨盆中心點、脊柱、肩中點、右肩、右肘、右腕及右手，這些節(jié)點中，越靠近 右手就越是低級節(jié)點，越靠近骨盆便是高級節(jié)點，當定位任一個節(jié)點時，需要定位級別比該 節(jié)點高的節(jié)點，而不需要定位級別比該節(jié)點低的節(jié)點。以本例所示，當定位右肘時，由于右 腕及右手為低級節(jié)點，無需進行定位。
[0067] 步驟S2:識別節(jié)點位置，實現局部人體姿勢的捕捉。
[0068] 所述步驟S2的核心方案在于，根據所述步驟S1所識別出的若干人體節(jié)點，捕捉到 每個節(jié)點的位置，從而根據每個節(jié)點的位置還原每個主要骨骼的位置，繼而還原人體舉步 姿勢。
[0069] 這里說的還原每根骨骼的位置，并不是指人體中所有的骨骼，而是指能夠儀器識 別的，通常來說人們穿著衣服能夠識別的骨骼，在本專利中，著重指被節(jié)點圍成的骨骼，例 如，左肩點與左肘點圍成左大臂，左肘點與左腕點圍成左小臂，這里的"左大臂" "左小臂"即 是本發(fā)明所述的"主要骨豁"的含義。
[0070] 系統識別器有自己的一套坐標系，所以，在確定了節(jié)點之后，各個節(jié)點的坐標能夠 被識別器所捕捉到，那么這個識別器確定各個節(jié)點的坐標后，人體的姿勢就固定了，但是通 過這種方式所固定的姿勢是許多空間離散點的集合。實際很多情況需要將這些數據轉化成 為角度數據，并且相互關聯起來。
[0071] 以兩點之間的角度由下是進行計算
[0072]
[0073] 其中，α為Xy平面內主要骨骼偏移角，β為yZ平面內主要骨骼偏移角。（X，y， Z)為一 個節(jié)點的空間坐標，坐標下標代表不同的節(jié)點坐標，為圓周率，krffset為補償常數。
[0074] 其中，補償常數是針對紅外傳感器的補償常數，針對不同的傳感器性能，設置不同 的補償常數，通常設置的值為1.3至1.6。
[0075] 例如，捕捉一個扭動腰部的人的身體姿勢數據，主要關注左臀點與右臀點，在扭腰 的時候，左臀高于右臀，左臀前于左臀，那么首先通過所述步驟S1將骨盆中心點、左臀點和 右臀點進行定位，捕捉左臀點的空間坐標與右臀點的空間坐標，并用上式進行計算，得出α 為左臀高出右臀的角度，β為左臀比右臀位置靠前的角度。
[0076] 這里需要著重說明，以上述例子為例，僅僅需要定位骨盆中心點、左臀點、右臀點 三個節(jié)點，實際應用中需要多少個節(jié)點就捕捉定位多少個節(jié)點。但是，本發(fā)明提供五條分支 線，分別是：
[0077] 1.骨盆、脊柱、肩中心點、左肩、左肘、左腕、左手；
[0078] 2.骨盆、脊柱、肩中心點、右肩、右肘、右腕、右手；
[0079] 3.骨盆、脊柱、肩中心點、頭；
[0080] 4.骨盆、左臀、左膝、左踝、左腳；
[0081] 5.骨盆、右臀、右膝、右踝、右腳。
[0082]五條分支線在定位的過程中互不干預，但是若是想定位某一分支中的某一節(jié)點， 必須將其上級節(jié)點全部定位。
[0083]例如，現在需要定位左臀與右肩，首先定位骨盆，按上述分支4可以直接定位左臀， 然后按上述分支2，必須先定位脊柱、肩中心點才能夠定位右肩。
[0084] 確定α與β后，完成所述步驟S2。
[0085] 作為一種改進的方案，本發(fā)明所述的方法還可以包括步驟：
[0086] S3:根據所述步驟S2識別的局部人體姿勢還原整體人體姿勢，完成人體整體姿勢 的捕捉。
[0087] 所述步驟S2中，針對的是兩個點的局部人體姿勢，在有些實際應用的場合，局部的 人體姿勢已經足夠，但是還可以進一步包括步驟S3,根據所述步驟S2得到的局部人體姿勢 得到完整的人體姿勢。
[0088] 本發(fā)明提供一種人體姿勢捕捉系統。
[0089]請參見圖2所示，其為本發(fā)明所述的人體姿勢捕捉系統的結構圖。本繁忙所述的人 體姿勢捕捉系統包括一交互單元1、一控制單元2、一識別單元3、一運算單元4、一整合單元 5、一發(fā)送單兀6與一遠程服務器7。
[0090] 所述交互單元1與所述控制單元2相連接，用于接受指令，這種指令可以是使用于 特定情況下，對不同的節(jié)點進行定位、捕捉的命令。
[0091] 所述交互單元1將指令發(fā)送至所述控制單元2,控制單元2控制所述識別單元3對人 體按照所述步驟S1進行識別與捕捉。
[0092] 所述識別單元3能夠識別、捕捉節(jié)點，并對節(jié)點進行測量，將測量數據送至所述運 算單元4中，由所述運算單元4進行運算，并由所述運算單元4將結果送至所述控制單元2中。
[0093] 所述識別單元3可以選擇為紅外設備。
[0094] 作為一種改進的選擇，所述運算單元4將數據通過所述整合單元5進行整合之后傳 送至所述控制單元2中。所述整合單元5進行如所述步驟S3的工序后，由所述整合單元5將數 據送至所述控制單元2。
[0095] 本系統還可以包括發(fā)送單元6,所述控制單元2將數據發(fā)送至所述發(fā)送單元6,并控 制所述發(fā)送單元將數據發(fā)送至其他設備，例如遠程服務器7，該遠程服務器可以是云端服務 器或者是終端設備等。
[0096] 所述遠程服務器7也可以與所述交互單元1相連接，以實現遠程控制。
[0097]盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說， 其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等 同替換，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本 發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種人體姿勢捕捉方法，其特征在于，包括步驟： S1: W骨盆中屯、節(jié)點為第一級節(jié)點，依次定位目標節(jié)點； S2:識別節(jié)點位置，確定節(jié)點相對位置，得到人體局部姿勢； 其中，所述步驟S1中，定位目標節(jié)點的步驟具體為： 將人體分為若干W所述骨盆中屯、節(jié)點為起始的支路，每個支路設置若干節(jié)點，W骨盆 中屯、節(jié)點為起點，順次從高級節(jié)點定位至所述目標節(jié)點； 其中，高級節(jié)點相對于所述目標節(jié)點更靠近所述骨盆中屯、節(jié)點。2. 如權利要求1所述的姿勢捕捉方法，其特征在于，還包括步驟： S3:根據所述步驟S2識別的局部人體姿勢計算得到整體人體姿勢。3. 如權利要求1所述的姿勢捕捉方法，其特征在于， 所述支路包括左手支路，所述左手支路包括骨盆中屯、點、脊柱點、肩中點、左肩、左肘、 左腕、左手； 所述支路包括右手支路，所述左手支路包括骨盆中屯、點、脊柱點、肩中點、右肩、右肘、 右腕、右手。4. 如權利要求1所述的姿勢捕捉方法，其特征在于， 所述支路包括左腳支路，所述左腳支路包括骨盆中屯、點、左臀、左膝、左踩、左腳； 所述支路包括右腳支路，所述左腳支路包括骨盆中屯、點、右臀、右膝、右踩、右腳。5. 如權利要求1所述的姿勢捕捉方法，其特征在于， 所述支路包括頭支路，所述頭支路包括骨盆中屯、點、脊柱點、肩中點、頭。6. 如權利要求1所述的姿勢捕捉方法，其特征在于，所述步驟S2包括:計算所述步驟1中 定位的一第一節(jié)點與一第二節(jié)點的相對角度，通過下式進行計算：其中，曰為xy平面內主要骨骼偏移角，0為yz平面內主要骨骼偏移角，（xi，yi，zi)為第一 節(jié)點的空間坐標，（X2，y2，Z2)為第二節(jié)點的空間坐標，η為圓周率，koffset為補償常數。7. 如權利要求6所述的姿勢捕捉方法，其特征在于，Wfset是介于1.3至1.6的正數。8. -種實現如權利要求1所述方法的姿勢捕捉系統，其特征在于，包括一交互單元、一 控制單元、一識別單元、一運算單元； 所述控制單元接受所述交互單元的控制信號，繼而控制所述識別單元對人體進行節(jié)點 識別； 所述識別單元將識別得到的信息傳送至所述運算單元，完成人體姿勢的確定。9. 如權利要求8所述的姿勢捕捉系統，其特征在于，其還包括一整合單元所述識別單元 將識別得到的信息通過所述整合單元進行整合傳送至所述運算單元。10. 如權利要求9所述的姿勢捕捉系統，其特征在于，其還包括一發(fā)送單元與一遠程服 務器； 所述控制單元通過所述發(fā)送單元將信息發(fā)送至所述遠程服務器。
【文檔編號】G06K9/00GK105975919SQ201610278691
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】劉海生, 齊桂蘭
【申請人】三齊正康(北京)醫(yī)療科技有限公司