[发明专利]一种被动式光学动作捕捉设备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理、机器视觉技术领域，涉及一种光学动作捕捉设备，及其应用。

背景技术

机器视觉简单说就是运用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉通常通过图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信号，再进行图像处理，得到被摄目标的形态信息的数字化信号。目前，机器视觉正在越来越广泛地应用于关乎人们生活和生产的各个行业，可以说，只要是人工视觉无法完成的任务，大抵可以通过机器视觉完成。人和物体在运动状态下的运动数据采集分析成为了近年来运用机器视觉的重要课题。通过解决这类课题，使得机器视觉在体育运动技术分析、教学实验研究、理疗康复工程、广电动画制作、虚拟现实、人机工效、机械仿生、工业机器人等等诸多领域发挥着越来越重要的作用。

光学动作捕捉是近些年来机器视觉应用的典型代表。动作捕捉是实时地准确测量、记录物体在真实三维空间中的运动轨迹或姿态，并在虚拟三维空间中重建运动物体每一时刻运动状态的技术。光学动作捕捉是基于计算机视觉原理，由多个高速相机从不同角度对目标物体特征点的监视和跟踪，由此来进行动作捕捉的技术。理论上讲，对于空间中的任意一个点，只要它能同时为两部相机所见，就可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。

现有的光学动作捕捉主要采用标记点式光学动作捕捉系统，该系统一般由光学标识点(Markers)、动作捕捉相机、信号传输设备以及数据处理平台组成。捕捉过程需要在运动物体关键部位(如人体的关节处等)粘贴Marker点，多个动作捕捉相机从不同角度实时探测Marker点，探测到的数据实时传输至处理平台，平台根据三角测量原理精确计算Marker点的空间坐标，进而获得运动物体的运动轨迹。标记点式光学动作捕捉大体上又可分为主动式和被动式两种，其中被动式的光学动作捕捉方式以其较高的捕捉精度而被更加广泛的使用。被动式光学动作捕捉系统也称反射式光学动作捕捉系统，其Marker点通常是一种高亮回归式反光球，粘贴于运动物体各关键部位，由动作捕捉相机的镜头上发出LED照射光，照射光经反光球反射回到动作捕捉相机镜头，动作捕捉相机以此检测Maker的空间定位。

现有的动作捕捉相机已经在多功能、智能化等方面有了不小的进步，但是仍然存在捕捉速度不够快、设备功耗大、线缆数目众多等不足之处，造成设备应用效果差、使用寿命低、结构复杂错乱、使用难度加大、故障率上升、维护成本高等诸多问题。

发明内容

基于上述技术背景，本发明的目的在于：提供一种具有更快的捕捉速度和更低能耗的被动式光学动作捕捉设备。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

提供一种被动式光学动作捕捉设备，它大体上包括照射光源组件、光学镜头、控制舱；所述的照射光源组件包括光源和光源的控制电路板，所述的光源设置在所述的光学镜头周围；所述的控制舱内设有控制成像的成像电路板和控制数据处理、数据同步和供电的主控制板；所述的成像电路板上设置图像传感器，成像电路板与主控制板之间通过FMC接口电联接；所述的控制舱表面有开孔，所述的光学镜头后部固定安装在控制舱外表面所述开孔处，光学镜头通过所述的开孔与控制舱内成像电路板上的图像传感器相对；所述的光源的控制电路板与所述的主控制板电联接；所述的主控制板设置FPGA模块，参与所述光源的供电控制，同时负责数据信号的接收和发送以及图像的处理，还负责同步信号的发生、接收和发送。

本发明优选的一种方案中，所述的光学镜头为C口镜头，进一步优选工业级C口高精度工业镜头。

本发明优选的一种方案中，所述的光源是LED灯，进一步优选5个以上的LED灯珠组成的LED灯。

本发明优选的一种方案中，所述的主控制板上设有电平转换芯片，所述的光源的控制电路板上设有带使能端的电流驱动芯片；所述的FPGA模块、电平转换芯片和带使能端的电流驱动芯片顺次电联接，用以传递光源发光的控制信号。

本发明优选的一种方案中，所述的主控制板上还设有以太网接口和滤波器，以太网接口与滤波器电联接。

本发明进一步优选的上述方案中，在所述的主控制板上进一步设有整流主电路和变压器，所述的滤波器、整流主电路和变压器顺次电联接构成电源供电电路为主控制板、成像电路板和光源供电。

本发明进一步优选的上述方案中，在所述的主控制板上进一步设有以太网收发器，所述的滤波器、所述的以太网收发器和所述的FPGA模块顺次电联接构成数据收发电路。