[发明专利]一种人体动作捕捉系统及方法

权利要求书

1.一种人体动作捕捉系统，其特征在于，所述捕捉系统包括：

多模态采集传感器、上位机、路由器以及摄像机；

所述多模态采集传感器分布于人体的各个肢体部位，用于采集人体的姿态信息，并将所述姿态信息通过所述路由器传输至所述上位机；

所述摄像机用于拍摄人体姿态视频，并将所述姿态视频通过所述路由器传输至所述上位机；

所述多模态采集传感器包括：电源电路、微处理器、wifi模块、复位电路、晶振电路、生理电信号调理电路以及惯性信息采集电路；

所述电源电路用于向所述微处理器、wifi模块、复位电路、晶振电路、生理电信号调理电路以及惯性信息采集电路提供电压；

所述复位电路与所述微处理器连接，所述复位电路用于上电复位；

所述晶振电路与所述微处理器连接，所述晶振电路用于提供时间基准；

所述生理电信号调理电路与所述微处理器连接，所述生理电信号调理电路用于采集人体的肌电信号；

所述惯性信息采集电路与所述微处理器连接，所述惯性信息采集电路用于采集人体惯性信息；

所述微处理器用于根据所述惯性信息获得人体运动进程和姿态；

所述微处理器还用于根据所述人体的肌电信号获取人体运动的内在信息；

所述微处理器还用于通过所述wifi模块与所述路由器连接，实现与外界通讯。

2.根据权利要求1所述的人体动作捕捉系统，其特征在于，所述生理电信号调理电路具体包括：干电极、仪表放大器、高通滤波器、主放大电路以及低通滤波器；

所述干电极用于测量肌电信号，并将所述肌电信号发送至所述仪表放大器进行一级放大，得到一级放大后的肌电信号，并将所述一级放大后的肌电信号发送至所述高通滤波器进行高通滤波，将滤波后的肌电信号发送至所述主放大电路进行二级放大，得到二级放大后的肌电信号，并将二级放大后的肌电信号发送至低通滤波器进行低通滤波。

3.根据权利要求1所述的人体动作捕捉系统，其特征在于，所述惯性信息采集电路包括：芯片、三轴陀螺仪、三轴加速度计以及三轴磁力计；

所述三轴陀螺仪与所述芯片连接，所述三轴陀螺仪用于测量人体的位置以及移动轨迹；

所述三轴加速度计与所述芯片连接，所述三轴加速度计用于测量人体的加速度；

所述三轴磁力计与所述芯片连接，所述三轴磁力计用于测量磁场强度和方向；

所述芯片用于将所述人体的位置、移动轨迹、加速度、磁场强度和方向传送至微处理器。

4.根据权利要求1所述的人体动作捕捉系统，其特征在于，所述电源电路采用聚合物理电池对多模态采集传感器供电，并包含五种电压，分别为+5V、-5V、+3.3V、+2.5V以及+1.25V。

5.根据权利要求3所述的人体动作捕捉系统，其特征在于，所述芯片与所述微处理器之间通过I²C或者SPI数据接口进行数据交换。

6.一种人体动作捕捉方法，其特征在于，所述捕捉方法包括：

获取人体的视频数据集、肌电数据集以及惯性信号数据集；

对所述视频数据集、所述肌电数据集以及所述惯性信号数据集进行预处理；

将预处理后的视频数据集和预处理后的肌电数据集进行匹配融合；

对匹配融合后的视频数据集和肌电数据集进行特征提取和动作捕捉；

将预处理后的惯性信号数据集进行特征提取和动作捕捉；

将动作捕捉后的视频数据集、肌电数据集以及动作捕捉后的惯性信号数据集进行关联和融合动作捕捉，实现最终动作捕捉。

7.根据权利要求6所述的人体动作捕捉方法，其特征在于，所述将预处理后的视频数据集和预处理后的肌电数据集进行匹配融合具体包括：

在一个时间窗口T内利用张量扩充法将肌电数据集T*F按照图像分割法进行扩充，得到肌电信号T*W*H；

将所述肌电信号T*W*H信号与视频数据集信号T*3*W*H进行融合，得到T*4*W*H；其中，F表示肌电信号的幅度，T表示时间窗口的长度，W表示视频图像的宽度，H表示视频图像的高度。

8.根据权利要求6所述的人体动作捕捉方法，其特征在于，所述将动作捕捉后的视频数据集、肌电数据集以及动作捕捉后的惯性信号数据集进行关联和融合动作捕捉具体采用加权融合、二次线性拟合以及平滑滤波的方法。