[发明专利]一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统

权利要求书

1.一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，其特征在于，包括：空间定位部件、运动关节传感器部件、传感器信号汇总部件、传感器信号处理部件、关节参数处理部件、舞蹈动作处理部件、舞蹈标准膜板、人机交互部件；其中：

所述空间定位部件捕捉舞者的当前空间坐标和方位，并发送至关节参数处理部件；

所述运动关节传感器部件采集每个关节轴运动原始数据并传递给传感器信号汇总部件；

所述传感器信号汇总部件将若干运动关节传感器部件采集的关节轴运动原始数据进行汇总，并按照一定编码形式发送给传感器信号处理部件；

所述传感器信号处理部件将采集的关节轴运动原始数据进行处理，然后解算出舞者四肢的空间位姿，并将当前空间位姿参数传递给关节参数处理部件；

所述关节参数处理部件将采集的当前空间坐标和方位以及当前空间位姿参数进行整合，形成当前舞者运动过程参数，并发送给舞蹈动作处理部件；

所述舞蹈动作处理部件将获取的当前舞者运动过程参数中的某一个动作片段和舞蹈标准膜板进行数字化匹配，当整个当前舞者运动过程参数中的不同动作片段和舞蹈标准膜板逐一匹配后，给出当前舞者运动过程参数和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并发送至人机交互部件；

所述舞蹈标准膜板包含了舞蹈动作中的若干标准舞蹈动作参数；

所述人机交互部件设定当前所适用的舞蹈标准膜板数据库，显示当前舞者运动过程参数中的动作片段和舞蹈标准膜板之间的动作差异，并将动作差异向舞者指明。

2.根据权利要求1所述的一种具备运动捕捉功能的舞蹈动作评测系统，其特征在于，所述空间定位部件采用如下任意一种结构：

-采用激光追踪的方式捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括激光发射器和光传感器，利用固定的激光发射器产生空间内的非可见光，通过非可见光扫描舞者身体上安装的光传感器，探测激光发射器发射的激光源，并解算出舞者的位置和动作变化从而反映舞者当前的空间坐标和方位；

-采用主动式红外激光定位的方式捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括至少两台红外摄像机、处理器以及红外光谱标记点，通过舞者身体上的红外光谱标记点向外发射红外光，并利用固定的红外摄像机实时拍摄，再将红外摄像机拍摄的不同角度图像信息传递给处理器，从而获得红外光谱标记点的位置，最终拟合出舞者的身体位置和动作变化进而反映舞者当前的空间坐标和方位；

-采用主动式光学定位的方法捕捉舞者的当前空间坐标和方位，包括发光球体、相同参数的双目摄像头和双目摄像机，通过舞者身上的发光球体和固定的双目摄像头完成舞者的空间定位，得到舞者的当前方位；通过固定的双目摄像机拍摄同一时刻同一发光球体的视频，并通过如下公式，对发光球体的空间坐标进行实时解算：

摄像机的透视投影关系：

k_u＝α_uf,k_v＝α_vf (2)

M_in为摄像机内参数矩阵，M_out为摄像机外参数矩阵，k_u和k_v是X轴和Y轴方向的放大系数，a_u和a_v是成像平面到图像平面在X轴和Y轴方向的放大系数，f是摄像机焦距，S是影像坐标的非正交性，(u₀,v₀)为光轴中心线和成像平面的交点，(X_c,Y_c,Z_c)为成像点坐标，(u,v)是成像平面图像点；采用CCD或CMOS摄像机，像素为正方形，S大于0小于0.1，且光轴在成像平面中心，u₀和v₀等于0，式(1)中的内参数模型M_in为：

摄像机的外部参数模型是世界坐标系在摄像机坐标系中的描述，将成像坐标系转换成世界坐标系，要将现在的坐标系进行旋转和平移变换，即摄像机的外部参数矩阵M_out：

式中，n＝[n_x,n_y,n_z]^T、o＝[o_x,o_y,o_z]^T和a＝[a_x,a_y,a_z]^T分别是X_w轴、Y_w轴和Z_w轴在摄像机坐标系O_cX_cY_cZ_c中的方向向量，P＝[P_x,P_y,P_z]^T是坐标原点O_w在摄像机坐标系O_cX_cY_cZ_c中的位置坐标；根据式(1)，得到摄像机透视投影公式：

将式(1)和式(4)带入式(5)，得到被测发光球体通过双目立体视觉下的三维空间坐标；求出摄像机的旋转矩阵和平移矩阵，找到相应的匹配点，得到空间点的三维坐标：