本發(fā)明涉及一種人體特征節(jié)點(diǎn)三維建模系統(tǒng)及其建模方法。

背景技術(shù)：

目前，人體特征節(jié)點(diǎn)三維建模技術(shù)主要有兩大類(lèi)：1、基于關(guān)節(jié)傳感器的人體識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)需要在被測(cè)人體身上佩戴專(zhuān)門(mén)的關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)傳感器，為提高識(shí)別精度，一般需要在人體主要關(guān)節(jié)點(diǎn)佩戴20個(gè)以上的傳感器。然后，由兩臺(tái)高速紅外攝像機(jī)從不同角度拍攝人體運(yùn)動(dòng)圖像，根據(jù)關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)傳感器的紅外反射信息，計(jì)算機(jī)可以重構(gòu)出人體的三維建模數(shù)學(xué)模型。該方法的技術(shù)原理相對(duì)簡(jiǎn)單，但具體實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，需要建造專(zhuān)門(mén)的三維建模攝影實(shí)驗(yàn)室及購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的人體關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)傳感器套件，且每次測(cè)試都必須佩戴節(jié)點(diǎn)傳感器，因此該技術(shù)使用起來(lái)并不方便，且系統(tǒng)成本相當(dāng)昂貴。2、基于節(jié)點(diǎn)重構(gòu)的人體三維建模技術(shù)，該技術(shù)無(wú)需被測(cè)人體佩戴專(zhuān)門(mén)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，使用方便快捷；目前，美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始研究將該技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，已有部分高校和科研機(jī)構(gòu)正在開(kāi)展該技術(shù)的研究，但目前僅能做到2-3個(gè)人體目標(biāo)的識(shí)別，而且人體運(yùn)動(dòng)視頻的處理速率較低，一般低于24幀/秒，因此性能較低，有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種人體特征節(jié)點(diǎn)三維建模系統(tǒng)及其建模方法；其不但無(wú)需人體穿戴特定的傳感器，而且能夠高效的實(shí)時(shí)的進(jìn)行視頻處理，從而可以實(shí)現(xiàn)七個(gè)人體運(yùn)動(dòng)學(xué)目標(biāo)的三維建模。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種人體特征節(jié)點(diǎn)三維建模系統(tǒng)，主要包括用于對(duì)人體圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的攝像頭采集陣列，用于生成人體二維節(jié)點(diǎn)圖像的二維圖像處理芯片，用于生成人體三維節(jié)點(diǎn)圖像的三維圖像處理芯片，作為控制中樞的ARM處理器系統(tǒng)，以及電源管理模塊；所述攝像頭采集陣列、二維圖像處理芯片、三維圖像處理芯片與ARM處理器系統(tǒng)通信連接，所述二維圖像處理芯片和三維圖像處理芯片通過(guò)控制總線(xiàn)連接，所述電源管理模塊與ARM處理器系統(tǒng)電性連接；

所述攝像頭采集陣列主要包括：

256色真色彩攝像頭，所述256色真色彩攝像頭與三維圖像處理芯片通信連接；

紅外攝像頭，所述紅外攝像頭主要用于發(fā)射出紅外光譜并形成紅外差值圖像數(shù)據(jù)；

深度感應(yīng)攝像頭，所述深度感應(yīng)攝像頭主要用于捕捉紅外差值數(shù)據(jù)，分析紅外光譜，生成3D圖像的紅外相對(duì)深度差值坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

平面建模攝像頭，所述平面建模攝像頭主要用于拍攝環(huán)境畫(huà)面，并對(duì)捕捉到的畫(huà)面進(jìn)行數(shù)字濾波，從而產(chǎn)生被攝物體的邊緣銳化圖像；

熱感感應(yīng)攝像頭，所述熱感感應(yīng)攝像頭主要用于拍攝熱感輻射照片，以獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)，并與環(huán)境背景相區(qū)分。

優(yōu)選地，所述ARM處理器系統(tǒng)連接有無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙接口、USB接口、以太網(wǎng)接口以及RS232接口。

優(yōu)選地，所述電源管理模塊主要由I/O接口電源、模塊/總線(xiàn)電源以及電源適配器構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述256色真色彩攝像頭與三維圖像處理芯片之間連接有視頻放大器。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述視頻放大器與三維圖像處理芯片之間連接有視頻解碼器。

一種人體特征節(jié)點(diǎn)三維建模方法，主要包括以下步驟：

第一步，紅外攝像頭發(fā)射出紅外光譜，光譜在三維物體表面產(chǎn)生反射，形成紅外差值圖像數(shù)據(jù)，此時(shí)深度感應(yīng)攝像頭捕捉紅外差值數(shù)據(jù)，分析紅外光譜，生成3D圖像的紅外相對(duì)深度差值坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)平面建模攝像頭拍攝環(huán)境畫(huà)面，并對(duì)捕捉到的畫(huà)面進(jìn)行數(shù)字濾波，產(chǎn)生被攝物體的邊緣銳化圖像，熱感感應(yīng)攝像頭則拍攝物體的熱感輻射照片，以獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)，并與環(huán)境背景相區(qū)分，作為人體運(yùn)動(dòng)跟蹤的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

第二步，ARM處理器系統(tǒng)控制攝像頭采集陣列按照相同的時(shí)序采集幀圖像數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將幀圖像數(shù)據(jù)傳遞給二維圖像處理芯片，二維圖像處理芯片對(duì)人體二維節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行獲取并生成二維節(jié)點(diǎn)圖像；

第三步，三維圖像處理芯片通過(guò)提取256色真色彩攝像頭的流媒體同步數(shù)據(jù)信息，并在二維節(jié)點(diǎn)圖像的基礎(chǔ)上生成三維節(jié)點(diǎn)圖像，經(jīng)過(guò)視頻壓縮后，系統(tǒng)即輸出完整流暢的人體三維建模結(jié)果。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)較高的實(shí)時(shí)視頻處理速率，即每秒30幀，高于標(biāo)準(zhǔn)電視制式24幀/秒；

2、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)識(shí)別，系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)7個(gè)人體運(yùn)動(dòng)學(xué)目標(biāo)的三維建模；

3、本發(fā)明無(wú)需人體穿戴特定的傳感器。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框架示意圖。

其中，1為ARM處理器系統(tǒng)，2為二維圖像處理芯片，3為三維圖像處理芯片，41為紅外攝像頭，42為深度感應(yīng)攝像頭，43為熱感感應(yīng)攝像頭，44為平面建模攝像頭，45為256色真色彩攝像頭，5為視頻放大器，6為視頻解碼器，7為電源管理模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明實(shí)施例一種人體特征節(jié)點(diǎn)三維建模系統(tǒng)，主要包括：用于對(duì)人體圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的攝像頭采集陣列，用于生成人體二維節(jié)點(diǎn)圖像的二維圖像處理芯片2，用于生成人體三維節(jié)點(diǎn)圖像的三維圖像處理芯片3，作為控制中樞的ARM處理器系統(tǒng)1，以及電源管理模塊7；所述攝像頭采集陣列、二維圖像處理芯片2、三維圖像處理芯片3與ARM處理器系統(tǒng)1通信連接，所述二維圖像處理芯片2和三維圖像處理芯片3通過(guò)控制總線(xiàn)連接，所述電源管理模塊7與ARM處理器系統(tǒng)1電性連接。

所述攝像頭采集陣列主要包括：

256色真色彩攝像頭45，所述256色真色彩攝像頭45與三維圖像處理芯片3通信連接；

紅外攝像頭41，所述紅外攝像頭41主要用于發(fā)射出紅外光譜并形成紅外差值圖像數(shù)據(jù)；

深度感應(yīng)攝像頭42，所述深度感應(yīng)攝像頭42主要用于捕捉紅外差值數(shù)據(jù)，分析紅外光譜，生成3D圖像的紅外相對(duì)深度差值坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

平面建模攝像頭44，所述平面建模攝像頭44主要用于拍攝環(huán)境畫(huà)面，并對(duì)捕捉到的畫(huà)面進(jìn)行數(shù)字濾波，從而產(chǎn)生被攝物體的邊緣銳化圖像；

熱感感應(yīng)攝像頭43，所述熱感感應(yīng)攝像頭43主要用于拍攝熱感輻射照片，以獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)，并與環(huán)境背景相區(qū)分。

參照?qǐng)D1，所述ARM處理器系統(tǒng)1連接有無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙接口、USB接口、以太網(wǎng)接口以及RS232接口；所述電源管理模塊7主要由I/O接口電源、模塊/總線(xiàn)電源以及電源適配器構(gòu)成。所述256色真色彩攝像頭45與三維圖像處理芯片3之間連接有視頻放大器5，該視頻放大器5與三維圖像處理芯片3之間連接有視頻解碼器6。

一種人體特征節(jié)點(diǎn)三維建模方法，主要包括以下步驟：

第一步，紅外攝像頭41發(fā)射出紅外光譜，光譜在三維物體表面產(chǎn)生反射，形成紅外差值圖像數(shù)據(jù)；

此時(shí)深度感應(yīng)攝像頭42捕捉紅外差值數(shù)據(jù)，分析紅外光譜，生成3D圖像的紅外相對(duì)深度差值坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

同時(shí)平面建模攝像頭44拍攝環(huán)境畫(huà)面，并對(duì)捕捉到的畫(huà)面進(jìn)行數(shù)字濾波，產(chǎn)生被攝物體的邊緣銳化圖像，該圖像二值化處理以后，可獲取物體的邊緣輪廓數(shù)據(jù)，作為3D建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一；

熱感感應(yīng)攝像頭43則拍攝物體的熱感輻射照片，以獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)，并與環(huán)境背景相區(qū)分，作為人體運(yùn)動(dòng)跟蹤的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

第二步，ARM處理器系統(tǒng)1控制攝像頭采集陣列按照相同的時(shí)序采集幀圖像數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將幀圖像數(shù)據(jù)傳遞給二維圖像處理芯片2，二維圖像處理芯片2對(duì)人體二維節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行獲取并生成二維節(jié)點(diǎn)圖像。

第三步，三維圖像處理芯片3通過(guò)提取256色真色彩攝像頭45的流媒體同步數(shù)據(jù)信息，并在二維節(jié)點(diǎn)圖像的基礎(chǔ)上生成三維節(jié)點(diǎn)圖像，經(jīng)過(guò)視頻壓縮后，系統(tǒng)即輸出完整流暢的人體三維建模結(jié)果。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)較高的實(shí)時(shí)視頻處理速率，即每秒30幀，高于標(biāo)準(zhǔn)電視制式24幀/秒；

2、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)識(shí)別，系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)7個(gè)人體運(yùn)動(dòng)學(xué)目標(biāo)的三維建模；

3、本發(fā)明無(wú)需人體穿戴特定的傳感器。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。