[发明专利]一种三维人体动态形体和三维运动光流快速重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像信息学科学领域，特别涉及一种三维人体动态形体和三维运动光流快速重建方法。

背景技术

人体运动数据在动画、电影、体育、医疗等应用领域需求广泛。例如，在动画领域，仅依赖手工绘画角色的关键运动帧往往费时耗力且逼真度不高，采用精确的骨架运动数据去驱动角色运动的方法则准确且方便；在体育方面，运动员的运动姿态、关节角度等数据是往往是进行训练和相关分析的重要信息；在医疗领域，人体运动数据也有重要的应用，例如有些疾病的治疗需要观察检测病人的行走姿势、骨骼形变等。

动作捕捉是当前获取人体运动数据的主要技术。动作捕捉设备主要分为三类，第一类是光学传感捕捉设备，即通过摄像捕获到穿戴设备上的标志点的运动轨迹，然后分析计算出人体的关节运动数据；第二类是机械捕捉设备，其通过直接测量人体关节角度等数据，一般需要被测量者穿戴上类似于骨架结构的机械测量设备；第三类是电磁传感捕捉设备，即采用电磁传感器测量和计算人体关节角度等数据，也需要穿戴特制的电磁传输和接收设备或标志。上述动作捕捉设备都需要人体对象穿戴上复杂的传感标志设备，这有时候会对人体对象的运动产生限制或影响；并且这些设备需要昂贵的配套计算和分析设备，设备总体价格非常昂贵。这是很多有动作捕捉需求的一般用户无法承受的。这促使人们寻找更加便宜而方便的动作捕捉技术。

人体动态形体和三维光流运动信息都是与人体运动密切相关的，如果能够获得人体的三维人体形体和三维运动光流数据则为恢复三维人体骨架运动数据创造了条件。人体三维扫描设备可以获得较高精度的三维形体数据，但是不能够实时获取动态的三维形体信息；Kinect等当前依赖深度摄像传感设备的动作跟踪技术可以实时获取人体骨架运动数据，但只能够恢复出2.5维度的形体深度信息，同时也无法获得人体的三维光流信息；基于多摄像机的三维重建技术例如stereo等方法可以对三维动态形体进行重建，但是往往较为耗时，且不容易控制重建精度，也无法得到三维光流等与人体运动密切相关的运动信息。。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提出一种并行度高、计算量少、简单快速的三维人体动态形体和三维运动光流快速重建方法。

本发明的技术方案是：

一种三维人体动态形体重建方法，包括以下步骤：

S01、选择一个三维立体空间，在三维立体空间内布置有对三维立体空间成像的图像采集组件，并建立三维立体空间内各个三维立体空间点到图像采集组件的投影查找表，并将三维立体空间划分为r×r×r个体块；

S02：通过图像采集组件对三维立体空间内的运动人体图像进行采集；

S03：获取步骤S02中图像采集组件采集的当前帧图像中的人体轮廓；

S04：通过查找投影查找表对三维立体空间内的三维立体空间点进行投影检测，保留可在所有轮廓投影成像的点，获得人体三维形体点云；

S05：对各体块采用对应的二维像素颜色值进行颜色建模，最终得到彩色的三维人体形体。

优选地，所述图像采集组件包括多台摄像机，多台摄像机分布在三维立体空间内并能在三维立体空间内完整成像。

优选地，步骤S01中投影查找表的建立过程如下：设(X_i,Y_i,Z_i)为三维立体空间内的某一个三维立体空间点P_i，为P_i在其中一台摄像机上的成像点，它们之间满足投影关系：