[发明专利]一种人体三维姿态匹配算法的优化方法

权利要求书

1.一种人体三维姿态匹配算法的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

生成匹配姿态，输入待检测图像，通过匹配类三维人体姿态算法获得所述待检测图像对应的人体二维匹配姿态γ和人体三维匹配姿态y；

二维投影，将所述人体三维匹配姿态y进行投影，得到人体二维投影姿态P(y)，P为投影相机函数；

定义损失函数，对于人体二维投影姿态P(y)与人体二维匹配姿态γ，定义损失函数为：||γ-P(y)||₁；

姿态优化，通过求解所述损失函数的近似解，实现对所述人体三维匹配姿态y的优化调整，最终输出优化后的人体三维姿态；

所述人体三维匹配姿态y包括最近似的K个三维姿态B＝{b₁,b₂,...,b_k}，对应的姿态均值为μ，进一步得到人体二维投影姿态P(y)＝P(Bα+μ)，α为基础系数，由姿态均值μ计算得到。

2.根据权利要求1所述的人体三维姿态匹配算法的优化方法，其特征在于，在生成匹配姿态步骤中，将人体姿态对应的人体结构分解为五个部分C＝{C₁,C₂,C₃,C₄,C₅}，上肢部分包括C₁,C₂、下肢部分包括C₃,C₄以及躯干部分C₅；对于每个肢体链C_i，定义矩阵第j维为3x3矩阵，其余维设为0，通过E_j和y表示C_i中的第j个关节，定义表示端点为关节i₁与关节i₂的肢体i的长度，肢体长度归一化标准定义为：

3.根据权利要求2所述的人体三维姿态匹配算法的优化方法，其特征在于，所述损失函数进一步可表示为：

4.根据权利要求3所述的人体三维姿态匹配算法的优化方法，其特征在于，在姿态优化中，以最小化所述损失函数为目标，利用迭代求解方法计算关节点的解的集合，依据解的集合来优化调整人体三维姿态的各个关节，作为最终优化后的人体三维姿态输出。

5.根据权利要求4所述的人体三维姿态匹配算法的优化方法，其特征在于，在求解最小化损失函数过程中，对于每一个肢体链C_i，包含关节点{(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)}，将每一个肢体链C_i求解函数定义为y＝f(x,β)，其中β为解的集合：β＝{β₁,β₂,β₃}，即关节位置；为求得最优解，需使损失函数的残差平方和S最小，残差平方和S表示为：

r_i＝y_i-f(x_i,β),i＝1,2,...,5。

6.根据权利要求5所述的人体三维姿态匹配算法的优化方法，其特征在于，为了使得残差平方和S最小，对S求偏导数为0，则有：

其中，在给定初始值后使用迭代法求解，其中有k为迭代的次数，Δβ为迭代矢量，在β^k处使用泰勒级数展开可得：

其中，为已知矩阵，将上式带入r_i＝y_i-f(x_i,β)，将残差表示为Δy_i＝y_i-f(x_i,β^k)，

进一步化解得到：

将其转换为矩阵形式：

(J^TJ)Δβ＝J^TΔg

迭代公式最终为：

J_f为y＝f(x,β)对与β的一阶偏导数的矩阵表示，可得出函数y＝f(x,β)的求解近似点及近似解进而得到近似解集合β'＝{β′₁,β′₂,β′₃}，依据解集β'调整关节链中各个关节位置，分步完成各个关节链的调整，最终优化整体人体三维姿态并输出。