[发明专利]一种基于体感技术的机车手信号操作训练方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟现实领域，涉及一种通过体感设备识别人体骨骼，用体感的方式实现机车的手信号训练。

背景技术

手信号也是一种铁路移动信号，它们是由人直接挥动信号旗和信号灯来下达的各种命令。传统的机车人员培训仿真系统多采用三维图像技术结合虚拟仪表技术来模拟机车人员培训，并不能与机车信号人员更好的进行交互。而体感技术降低了成本，简化了训练的过程，依靠实时人体上肢识别评分达到训练目的。用这种最自然的方式实现训练系统，可以减轻培训师的任务，越来越受到重视。

本发明采用的Kinect是微软公司于2014年发布的第二代Kinect forWindows深度传感器，能提供深度图、彩色图、骨骼点坐标三种主要的数据。其中骨骼点坐标应用最为广泛，相比于一代，二代的人体骨架有25个骨骼点，每个骨骼点包括了其在Kinect骨骼坐标系中的三维坐标，以下称为骨骼点坐标。Kinect骨骼坐标系是右手螺旋的，Kinect传感器处于原点上，z坐标轴则与Kinect的朝向一致。y轴正半轴向上延伸，x轴正半轴(从Kinect传感器的视角来看)向左延伸。以往采用骨骼点数据作为特征值进行动作评价的方法中，如采用关节角作为特征值进行动作匹配评价的方法，只是从定性上进行评价且存在特征描述不准确、无法对识别结果客观评分、没有考虑到人体的差异等缺点。

本发明提出通过利用深度传感器Kinect获取人体骨骼点数据，把Kinect骨骼坐标系转换成人体局部坐标系并选取特征骨骼向量并归一化处理后对手信号姿势进行描述，并将特定的动态动作视为一系列关键帧姿势按时间序列组成的集合，对处理后的特征向量赋予相应的分数实时评价分析，对人体上肢识别评分，用1台普通的计算机，借助体感设备，在Unity3D平台下即可实现信号人员姿势训练系统，满足最基本的信号动作培训。

所述人体局部坐标系是以Kinect骨骼坐标系中的“Spine_Base”骨骼点(又称为“人体中心关节点”，大致位于人体肚脐位置)作为原点O，同时以人体右手向右平直伸展方向为X轴正方向，以头部垂直向上方向为坐标系的Y轴正方向，以人体正前方并垂直于XOY平面的法线方向为Z轴构建而成。

发明内容

本发明为克服当前机车手信号培训系统存在的成本高、交互体验差的问题，提出了一种一种基于体感技术的机车手信号操作训练方法，利用Kinect获取人的骨骼点数据，结合匹配算法对人的姿势进行实时评分的训练方法，能够对机车信号人员进行动作进行培训。

本发明技术方案具体如下：

一种基于体感技术的机车手信号训练方法，包括如下步骤：

(1)根据输入指令，判别是否为需要录制新的标准姿势，是则转步骤(2)，进入录制模式，添加新的标准姿势到标准库；否则转步骤(3)，进入匹配训练模式；

(2)采集标准姿势，先把采集数据所基于Kinect骨骼坐标系转换成人体局部坐标系，得到所述标准姿势在人体局部坐标系下的10个关键骨骼点，计算得到标准姿势特征，形成标准姿势数据并保存到标准姿势库文件；并对选取的姿势特征赋予不同的权值,转步骤(4)；

Kinect可以采集到25个骨骼点，本发明中的姿势特征只需要用10个关键骨骼点；通过将在kinect骨骼坐标系下骨骼点的坐标减去人体中心关节点的坐标得到的向量就得到在人体局部坐标系下的坐标；

所述标准姿势包括铁路技术管理规程中规定的62个手信号；所述手信号是一种铁路移动信号，指上肢动作加上旗语；

所述人体局部坐标系是以同时以人体中心关节点为原点，右手向右平直伸展方向为X轴正方向，以头部垂直向上方向为坐标系的Y轴正方向，以人体正前方并垂直于XOY平面的法线方向为Z轴构建而成；

所述人体中心关节点，在左右髋关节点连线的中间，对于大多数人，该点位于人体肚脐位置。

所述姿势特征指归一化后的骨骼向量；所述骨骼向量是由选取的关键骨骼点与人体中心关节点构成的向量，人体中心关节点也称Spine_Base点，在本发明中定义为人体坐标系的原点；

所述关键骨骼点，指上肢的10个骨骼点，包括Neck、Head、ShoulderLeft、ElbowLeft、WristLeft、HandLeft、ShoulderRight、ElbowRight、WristRight、HandRight，即头、颈、左右肩、左右肘、左右腕和左右手10个点；关节点都是在相应关节的中心位置，例如手是在掌心的位置，这是kinect自己捕捉的；列车信号员在发出信号时，只有上肢手臂在运动；