[发明专利]无标记动作捕捉与IMU结合的头部位姿定位方法及装置

权利要求书

1.一种无标记动作捕捉与IMU结合的头部位姿定位方法，其特征在于，包括：

获取人体头部的IMU数据与人体图像；

基于获取的人体图像进行人体姿态估计，计算得到人体头部三维坐标；

对所述头部三维坐标与人体头部的IMU数据进行融合，生成头部位姿信息。

2.根据权利要求1所述的一种无标记动作捕捉与IMU结合的头部位姿定位方法，其特征在于，所述计算得到人体头部三维坐标包括：

通过多个场景相机获取多幅人体图像，任意选择一个场景相机作为零号相机，建立零号相机坐标系；在人体头部上选择若干个特征点，将多幅人体图像中同一个人的同一个特征点进行匹配，并通过多帧迭代三角化法获得零号相机坐标系下的人体头部三维坐标。

3.根据权利要求2所述的一种无标记动作捕捉与IMU结合的头部位姿定位方法，其特征在于，计算人体头部三维坐标时，在所述人体头部上选择五个特征点，分别为鼻尖、双眼、双耳。

4.根据权利要求2所述的一种无标记动作捕捉与IMU结合的头部位姿定位方法，其特征在于，所述头部三维坐标与获取的人体头部的IMU数据进行融合，生成头部位姿信息包括：

无标记动作捕捉系统发送人体头部三维坐标到IMU模块；

建立误差状态卡尔曼量测方程，其观测量采用无标记动作捕捉系统获取的的人体头部三维坐标；

建立误差状态卡尔曼滤波IMU状态方程，以IMU模块的姿态解算作为轨迹增量的预测，并对导航信息中的误差进行扩展卡尔曼滤波；

根据扩展卡尔曼滤波的五个基本公式、状态方程与量测方程，对状态量进行预测与更新，同时将连续时间t转化为离散时间k；

通过误差状态卡尔曼滤波不断修正状态误差，以及通过头部三维坐标的位置约束，得到状态量的最优估计结果；

将误差优化到状态量中，并设定每一次最优估计后误差状态量为0，不断修正需要的状态量，最终输出三自由度位置信息和三自由度姿态信息。

5.根据权利要求4所述的一种无标记动作捕捉与IMU结合的头部位姿定位方法，其特征在于，所述误差状态卡尔曼量测方程的数学公式描述如下：

Y＝G_tX+C_tN

其中Y为当前时刻获得的观测量，X为状态量，G_t为量测矩阵，N为量测噪声，C_t为量测噪声矩阵；

其中X的状态量包括人体头部的三自由度位置误差δP、三个方向线速度误差δV，三自由度姿态误差δφ、三轴角加速度零偏ε^T和三轴线加速度零偏X的数学公式描述如下：

Y的数学公式描述如下：

Y＝[δP_E δP_N δP_U]^T

由X的状态量推出G_t矩阵和C_t矩阵分别如下：