[发明专利]基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法

权利要求书

1.一种基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一，提取人体表面的体素数据点，对体素数据进行处理，得到最外层的点；

第二，在进行骨架抽取对人体运动进行跟踪之前构建一个标准的三维人体骨架模型，用于在跟踪的过程当中对其进行动态的姿势调整，以实现它和原始三维图像的拟合；

第三，构建人体骨架抽取方法，根据在三维人体骨架模型中每段骨头套筒内的体素点个数是否为最大调整骨架模型姿态；

第四，构建最优匹配骨架的实现方法，通过改变三维人体骨架模型中根节点的空间位置和每段骨头绕其父节点的旋转角度来判断当前人体骨架姿态是否已经达到跟踪要求。

2.根据权利要求1所述的基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法，其特征是，所述提取人体表面的体素数据点，对体素数据进行处理，得到最外层的点，是指：通过16个摄像机得到三维人体体素数据并用计算机显示得到三维图像，然后采用3×3×3的图像模板得到三维图像最外层的点，其中3×3×3是指在三维空间中每个体素、包括它本身的前、后、左、右、上、下六个方向组成立方体模板的共计27个点，这个模板是26连通域，对于任何一个体素，对上、下、左、右、前、后和它欧式距离小于或者等于的点全部算作是该点的邻域点，共计26个，在判断过程当中判断该点的邻域点是否有背景点，若有则为最外层点。

3.根据权利要求2所述的基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法，其特征是，所述构建一个标准的三维人体骨架模型，是指：在三维人体骨架模型当中，定义若干个节点和一个根节点，控制整个骨架的空间旋转和空间平移，每一个节点定义一个父节点，每段骨架都绕着它的父节点在局部坐标系内做旋转和平移，最后得出每个节点相对于根节点的空间位置的改变，从而确定每个节点在三维空间的坐标，进而确定每帧的骨架姿势。

4.根据权利要求3所述的基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法，其特征是，所述每段骨头，它有若干参数来确定，包括ID号、父节点、长度，每根骨头定义唯一的ID号，通过ID号将当前节点和父节点连接起来，每段骨头的长度均不相同，通过设定或者机器学习来获得。

5.根据权利要求4所述的基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法，其特征是，所述每段骨架都绕着它的父节点在局部坐标系内做旋转和平移，其中：对于绕与坐标轴不重合的轴进行旋转的变换矩阵，利用平移和坐标轴旋转复合而得到；旋转和平移情况包括：平移骨架使其与平行于该骨架的一个坐标轴重合、对于该轴完成指定的旋转、以及平移对象将骨架移回到原来的位置。

6.根据权利要求1所述的基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法，其特征是，所述构建人体骨架抽取方法，是指：根据人体模型和骨架观测特征的匹配程度来判断人体运动跟踪的效果，通过前帧的跟踪结果并利用此帧根节点的空间位置和各段骨头绕其父节点的旋转角度参数来跟踪下帧的人体运动，第一帧的参数通过人机交互或者机器学习来获取，前后两帧参数变化范围采用以下方法确定：给每段骨头套一个圆筒，计算在套筒内的体素点的个数，只要它达到最大并且得到的骨架在人体表层点以内，则停止计算，认为这个骨架姿势是最优骨架姿势，达到了通过骨架姿势来跟踪人体运动的目的。

7.根据权利要求1所述的基于多目相机的三维人体运动跟踪的方法，其特征是，所述构建最优匹配骨架的实现方法，是指：在得到第一帧三维人体骨架之后，下一帧骨架姿态以前一帧骨架作为基准进行调整，改变每帧骨架姿势的参数即每根骨头绕它父节点所在局部坐标系分别绕X、Y、Z坐标轴做旋转变换，在这个变换的过程当中采用概率遗传算法来对每根骨头绕其父节点的角度进行迭代，直到得到的人体骨架在人体以内且能够代表人体姿态为止，其中每段骨头有个局部最优值，所有的骨头都达到局部最优值时整个骨架姿势达到最优，对本帧的跟踪结束，进入下一帧的跟踪，直到最后一帧结束为止。