CN107390448A - 一种主动式光学动作捕捉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动式光学动作捕捉系统，包括顺次连接的相机、交换机、主机和主动发光装置，交换机用于将相机的快门与曝光信号传输至主机；主机用于对主动发光装置供电以及控制主动发光装置的点亮和熄灭；主动发光装置作为标记点，通过灯光变化将身份信息传递给相机。本发明所提供的主动式光学动作捕捉系统，采用主动发光装置代替被动反光球作为标记点，主动发光装置的红外发光二极管点亮时发射出红外光线，使得相机远距离也能感知到标记点；并且通过通讯手段，交换机将相机的快门与曝光信息传递给主机，主机再控制主动发光装置实现红外发光二极管时序与相机快门同步，有效提高动作捕捉系统的识别精度和稳定度。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种主动式光学动作捕捉系统。
背景技术
动作捕捉是实时地准确测量、记录物体在真实三维空间中的运动轨迹或姿态，并在虚拟三维空间中重建运动物体每一时刻运动状态的高新技术。
光学式动作捕捉是基于计算机视觉原理，由多个高速相机从不同角度对目标特征点的监视和跟踪来进行动作捕捉的技术。理论上对于空间中的任意一个点，只要它能同时为两部相机所见，就可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。这类系统采集传感器通常都是光学相机，不同的是目标传感器类型不一，一种是在物体上不额外添加标记，基于二维图像特征或三维形状特征提取的关节信息作为探测目标，这类系统可统称为无标记点式光学动作捕捉系统，另一种是在物体上粘贴标记点作为目标传感器，这类系统称为标记点式光学动作捕捉。
标记点式光学动作捕捉系统一般由光学标识点(Markers)、动作捕捉相机、信号传输设备以及数据处理工作站组成，人们常称的光学式动作捕捉系统通常是指这类标记点式动作捕捉系统。在运动物体关键部位(如人体的关节处等)粘贴Marker点，多个动作捕捉相机从不同角度实时探测Marker点，数据实时传输至数据处理工作站，根据三角测量原理精确额计算Marker点的空间坐标，再从生物运动学原理出发解算出骨骼的6自由度运动。
现有的光学动作捕捉系统的Marker点通常是一种被动反光球，粘贴于人体各主要关节部位，由动作捕捉镜头上发出的LED照射光经反光球反射至相机，进行Marker的检测和空间定位。其主要优点是技术成熟，精度高、采样率高、动作捕捉准确，表演和使用灵活快捷，Marker点可以很低成本地随意增加和布置，适用范围很广；缺点是受视场内阳光干扰不适于室外应用，Marker点容易混淆需要在后处理中进行人工干预的数据清洗，工作量大。而且随着相机与反光球距离的增加，反射信号减弱，不利于标记点定位，也不利于标记点识别。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种采用主动发光装置代替被动反光球的主动式光学动作捕捉系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种主动式光学动作捕捉系统，包括顺次连接的相机、交换机、主机和主动发光装置，交换机用于将相机的快门与曝光信号传输至主机；主机用于对主动发光装置供电以及控制主动发光装置的点亮和熄灭；主动发光装置作为标记点，通过灯光变化将身份信息传递给相机。
优选地，所述主机包括控制模块以及分别与控制模块相连的无线通信模块、电池和判断模块，电池用于对主机整体进行供电，无线通信模块与交换机进行无线通信，将相机的快门与曝光信号传输至控制模块，判断模块从控制模块读取相机的快门与曝光信号，并判断相机的快门是打开还是关闭，并将判断结果传输给控制模块。
如果相机的快门为打开状态，控制模块提供一个驱动信号给主动发光装置使主动发光装置点亮；如果相机的快门为关闭状态，控制模块提供另一个驱动信号给主动发光装置使主动发光装置熄灭。
主机还可以设置相应的启动模块、存储模块、计算模块、显示模块、语音模块等。
优选地，所述主动发光装置包括顺次连接的控制器，限流电阻和红外发光二极管，控制器与主机相连。控制器提供红外发光二极管的驱动信号，控制红外发光二极管在相机快门打开的时候点亮，在相机快门关闭的时候熄灭；限流电阻用于控制红外发光二极管的发光强度，以适应系统要求。
优选地，所述红外发光二极管的数量大于或等于二，每个红外发光二极管的发光端朝向均不相同。
优选地，所述主动发光装置与主机的接口相连，主机的接口为USB接口、Mini-USB接口、Type-C接口或Lightening接口。主动发光装置能通过主机的接口直接供电，无需另加供电装置。
本发明的有益效果是：
本发明所提供的一种主动式光学动作捕捉系统，采用主动发光装置代替被动反光球作为标记点，主动发光装置的红外发光二极管点亮时发射出红外光线，使得相机在远距离也能感知到标记点；并且通过通讯手段，交换机将相机的快门与曝光信息传递给主机，主机再控制主动发光装置实现红外发光二极管时序与相机快门同步，红外发光二极管在快门打开的时候发光，在快门关闭的时候关闭，既能节约能耗又能延长红外发光二极管的工作寿命，有效提高动作捕捉系统的识别精度和稳定度。
附图说明
图1是本发明实施例一中主动式光学动作捕捉系统的结构原理图。
图2是本发明实施例一中主机的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施一
如图1所示，本实施例提供的一种主动式光学动作捕捉系统，包括顺次连接的相机、交换机、主机和主动发光装置，交换机用于将相机的快门与曝光信号传输至主机；主机用于对主动发光装置供电以及控制主动发光装置的点亮和熄灭；主动发光装置作为标记点，通过灯光变化将身份信息传递给相机。
如图2所示，主机包括控制模块以及分别与控制模块相连的启动模块、无线通信模块、电池和判断模块，电池用于对主机整体进行供电，启动模块用于控制主机的开关，无线通信模块与交换机进行无线通信。
如图1所示，主动发光装置包括顺次连接的控制器，限流电阻和一个红外发光二极管，控制器与主机的控制模块相连。
在本实施例中，主机为背包式电脑，背包式电脑的无线通信模块与交换机无线通信，主动发光装置插接于背包式电脑的USB接口，主动发光装置通过背包式电脑的USB接口直接供电以及进行数据读取。
由于背包式电脑便于携带，从而使得背包式电脑和主动发光装置的设置更加灵活，人体可以直接背负背包式电脑，并直接将与背包式电脑相连的主动发光装置粘贴于人体，使其具有与被动反光球一样的便捷性。
上述主动式光学动作捕捉系统的工作过程为：
背包式电脑的无线通信模块与交换机进行无线通信，将相机的快门与曝光信号传输至控制模块，判断模块从控制模块读取相机的快门与曝光信号，并判断相机的快门是打开还是关闭，并将判断结果传输给控制模块。
如果相机的快门为打开状态，控制模块提供一个驱动信号通过USB接口传输给主动发光装置的控制器，控制器提供给红外发光二极管驱动信号一，控制红外发光二极管在相机快门打开的时候点亮。
如果相机的快门为关闭状态，控制模块提供另一个驱动信号通过USB接口传输给主动发光装置的控制器，控制器提供给红外发光二极管驱动信号二，控制红外发光二极管在相机快门关闭的时候熄灭。
红外发光二极管时序与相机快门同步，既能节约能耗又能延长红外发光二极管的工作寿命。且红外发光二极管点亮时发射出红外光线，使得相机在远距离也能感知标记点，相对于使用被动反光球作为标记点的光学动作捕捉系统，本实施例的主动式光学动作捕捉系统具有更高的识别精度和更好的稳定度。
实施例二
本实施例提供的一种主动式光学动作捕捉系统，包括顺次连接的相机、交换机、主机和主动发光装置，交换机用于将相机的快门与曝光信号传输至主机；主机用于对主动发光装置供电以及控制主动发光装置的点亮和熄灭；主动发光装置作为标记点，通过灯光变化将身份信息传递给相机。
主机包括控制模块以及分别与控制模块相连的启动模块、无线通信模块、电池和判断模块，电池用于对主机整体进行供电，启动模块用于控制主机的开关，无线通信模块与交换机进行无线通信，将相机的快门与曝光信号传输至控制模块，判断模块从控制模块读取相机的快门与曝光信号，并判断相机的快门是打开还是关闭，并将判断结果传输给控制模块。
如果相机的快门为打开状态，控制模块提供一个驱动信号给主动发光装置使主动发光装置点亮；如果相机的快门为关闭状态，控制模块提供另一个驱动信号给主动发光装置使主动发光装置熄灭。
主动发光装置包括顺次连接的控制器，限流电阻和红外发光二极管，控制器与主机的控制模块相连。红外发光二极管的数量为五，五个红外发光二极管的发光端朝向均不相同。将多个红外发光二极管集中在一起形成红外发光二极管组合，使其能够向多个方向照射，提升标记点探测距离，提升标记点定位精度。
为了避免一个红外发光二极管损坏导致整个电路瘫痪的现象发生，这五个发光二极管为并联连接。具体的，每个红外发光二极管均与控制器相连，每个红外发光二极管与控制器之间均设有一个限流电阻，限流电阻用于控制单个红外发光二极管的发光强度。
控制器提供驱动信号给每个红外发光二极管，控制红外发光二极管组合在相机快门打开的时候点亮，在相机快门关闭的时候熄灭。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种主动式光学动作捕捉系统，其特征在于：包括顺次连接的相机、交换机、主机和主动发光装置，交换机用于将相机的快门与曝光信号传输至主机；主机用于对主动发光装置供电以及控制主动发光装置的点亮和熄灭。
2.根据权利要求1所述的主动式光学动作捕捉系统，其特征在于：所述主动发光装置包括顺次连接的控制器，限流电阻和红外发光二极管，控制器与主机相连。
3.根据权利要求2所述的主动式光学动作捕捉系统，其特征在于：所述红外发光二极管的数量大于或等于二，每个红外发光二极管的发光端朝向均不相同。
4.根据权利要求3所述的主动式光学动作捕捉系统，其特征在于：所述发光二极管为并联连接。
5.根据权利要求1所述的主动式光学动作捕捉系统，其特征在于：所述主动发光装置与主机的接口相连，主机的接口为USB接口、Mini-USB接口、Type-C接口或Lightening接口。
6.根据权利要求1所述的主动式光学动作捕捉系统，其特征在于：所述主机包括控制模块以及分别与控制模块相连的无线通信模块、电池和判断模块，无线通信模块与交换机进行无线通信。
7.根据权利要求1所述的主动式光学动作捕捉系统，其特征在于：所述主机为背包式电脑，背包式电脑与交换机无线通信。
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