CN107644243B - 柔体对象姿态的坐标计算方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了柔体对象姿态的坐标计算方法和系统，涉及坐标计算技术领域，包括根据柔体对象的运动类型和特性，设定柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与跟踪部位相匹配的定位标签；根据姿态稳定参数判断跟踪部位是否稳定；如果跟踪部位稳定，则获取稳定时间点；判断稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；如果识别，则计算与定位数据相匹配的跟踪部位的三维坐标，本申请通过引入定位系统来修正柔体对象姿态的坐标计算的误差。

Description

柔体对象姿态的坐标计算方法和系统

技术领域

本发明涉及坐标计算技术领域，尤其是涉及柔体对象姿态的坐标计算方法和系统。

背景技术

柔体对象是包括多个可活动部位并可进行自主运动的设备、人或物体，对于运动中的柔体对象姿态和坐标的采集，有较高的精度要求。

目前，在室外或较远距离的坐标处理通常可以通过GPS、高度仪等设备进行识别，但对于有较高精度(0.1米以内)的自主运动对象，由于长时间的非规则移动物体坐标的计算存在误差和漂移，要实时获取坐标及形态，目前缺乏有效手段和方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了柔体对象的坐标计算方法和系统，通过引入定位系统来修正柔体对象姿态的坐标计算的误差。

第一方面，本发明实施例提供了柔体对象姿态的坐标计算方法，包括：

根据柔体对象的运动类型和特性，设定所述柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与所述跟踪部位相匹配的定位标签；

根据所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定；

如果所述跟踪部位稳定，则获取稳定时间点；

判断所述稳定时间点的所述定位标签对应的定位数据是否能够识别；

如果识别，则计算与所述定位数据相匹配的所述跟踪部位的三维坐标。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定包括：

根据所述姿态稳定参数将所述跟踪部位在相邻时间点分别对应的姿态数据进行比较，其中，所述姿态数据包括位于前一时间点的第一姿态数据和位于后一时间点的第二姿态数据；

如果所述第一姿态数据和所述第二姿态数据相一致，则所述跟踪部位在所述稳定时间点处于稳定状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定还包括：

如果所述跟踪部位不稳定，则对所述姿态数据进行积分计算，得到所述跟踪部位的所述三维坐标。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述判断所述稳定时间点的所述定位标签对应的定位数据是否能够识别还包括：

在不能识别出与所述定位标签对应的所述定位数据的情况下，对所述姿态数据进行积分计算，得到所述跟踪部位的所述三维坐标。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：同步姿态采集时钟，并采集所述柔体对象的所述姿态数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括：同步定位数据采集时钟，并采集所述柔体对象的定位数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述计算与所述定位数据相匹配的所述跟踪部位的三维坐标还包括：

将所述三维坐标作为所述跟踪部位的初始坐标，并在所述三维坐标处还原所述柔体对象的运动姿态。

第二方面，本发明实施例还提供柔体对象姿态的坐标计算系统，包括：包括参数设定模块、稳定判断模块、识别模块和坐标计算模块；

所述参数设定模块，用于根据柔体对象的运动类型和特性，设定所述柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与所述跟踪部位相匹配的定位标签；

所述稳定判断模块，用于根据所述柔体对象的所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定，在所述跟踪部位稳定的情况下，获取稳定时间点；

所述识别模块，用于判断所述稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；

所述坐标计算模块，用于在所述跟踪部位能够识别的情况下，计算与所述定位数据相匹配的所述跟踪部位的三维坐标。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述稳定判断模块还用于根据所述姿态稳定参数将所述跟踪部位在相邻时间点分别对应的姿态数据进行比较，其中，所述姿态数据包括位于前一时间点的第一姿态数据和位于后一时间点的第二姿态数据，如果所述第一姿态数据和所述第二姿态数据相一致，则所述跟踪部位在所述稳定时间点处于稳定状态。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述坐标计算模块还用于在不能识别出与所述定位标签对应的所述定位数据的情况下，对所述姿态数据进行积分计算，得到所述跟踪部位的所述三维坐标。

本发明实施例提供了柔体对象姿态的坐标计算方法和系统，包括根据柔体对象的运动类型和特性，设定柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与跟踪部位相匹配的定位标签；根据姿态稳定参数判断跟踪部位是否稳定；如果跟踪部位稳定，则获取稳定时间点；判断稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；如果识别，则计算与定位数据相匹配的跟踪部位的三维坐标，本申请通过引入定位系统来修正柔体对象姿态的坐标计算的误差。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算方法流程图之一；

图2为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算方法流程图之二；

图3为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算系统功能模块框图；

图4为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算系统的应用场景示意图。

图标：10－参数设定模块；20－稳定判断模块；30－识别模块；40－坐标计算模块；100－服务器；200－姿态采集终端；300－定位数据采集器；35－定位标签。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，在室外或较远距离的坐标处理通常可以通过GPS、高度仪等设备进行识别，但对于有较高精度(0.1米以内)的自主运动对象，由于长时间的非规则移动物体坐标的计算存在误差和漂移，要实时获取坐标及形态，目前缺乏有效手段和方法。

基于此，本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算方法和系统，通过引入定位系统来修正柔体对象姿态的坐标计算的误差。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的柔体对象姿态的坐标计算方法进行详细介绍。

图1为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算方法流程图之一。

参照图1，柔体对象姿态的坐标计算方法包括以下步骤：

步骤S110，根据柔体对象的运动类型和特性，设定柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与跟踪部位相匹配的定位标签；

步骤S120，根据柔体对象的姿态稳定参数判断跟踪部位是否稳定；

步骤S130，如果跟踪部位稳定，则获取稳定时间点；

步骤S140，判断稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；

步骤S150，如果识别，则计算与定位数据相匹配的跟踪部位的三维坐标。

具体地，本发明实施例能够确定柔体对象在固定场景中的位置，尤其适用于对柔体对象的姿态和坐标有较高精度要求的系统，在对上下位置移的动对象进行修正的前提下，还可以确保水平方向的位移；

这里，通过柔体对象各个部位的九轴姿态仪，采用积分累计方式虽然也可以获得柔体对象的坐标，但长时间的累加以及一些滤波的处理会导致坐标计算的漂移和误差。因此，对于长时间的非规则移动物体坐标的计算需要通过中间的结果数据来对坐标进行修正，而一个系统无法进行自我修正，如人蒙着眼睛走路，再固定的步幅，产生的累计误差也会增加，需要通过引入外部参考对象的方法才能对坐标不断进行修正，实现减小计算误差的目的，本申请中引入定位系统定位数据作为外部参考对象，对柔体对象姿态坐标进行修正；

其中，固定场景是指背景相对固定，包括运动场地或固定场地；

进一步的，上述实施例柔体对象姿态的坐标计算方法中，步骤S120可用以下步骤实现：

步骤S202，根据姿态稳定参数将跟踪部位在相邻时间点分别对应的姿态数据进行比较，其中，姿态数据包括位于前一时间点的第一姿态数据和位于后一时间点的第二姿态数据；

步骤S204，如果第一姿态数据和第二姿态数据相一致，则跟踪部位在稳定时间点处于稳定状态。

具体地，柔体对象的跟踪部位可以设置成一个，或者多个，甚至包括所有的部位，跟踪部位的选取根据不同类型的运动方式以及跟踪部位的稳定状态决定；

这里，由于柔体对象包括许多部位，在连续运动中，柔体对象大部分部位都处于运动的不稳定状态，仅有少部分部位在运动过程中有短暂的稳定状态。因此针对不同的运动类型，需要确定可生产短暂稳定状态的部位，并确定其稳定状态；

例如，在单杠运动中，易于稳定的部位包括手部，则将手部设置为跟踪部位，在手部相对于地面水平轴保持水平的状态定义为稳定状态；

其中，在上述示例中，柔体对象的跟踪部位为手部，姿态稳定参数为对应的姿态采集终端在稳定状态时采集到的姿态数据，由于运动稳定状态包括时间点和时间段，所以这个姿态数据可以是姿态仪在稳态时间范围内的固定值或值的范围；

又如，在场地运动中，受重力影响，人体的脚掌会反复接触地面来减缓冲击和支撑发力，这个时间点上即使人体其他部位不断运动，但脚部是相对静止和稳定的，这样就可以设置脚掌为有效的跟踪部位。

进一步的，步骤S120还包括：

步骤S208，如果跟踪部位不稳定，则对姿态数据进行积分计算，得到跟踪部位的三维坐标。

进一步的，上述实施例柔体对象姿态的坐标计算方法中，步骤S140中判断稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别，还包括：

步骤S302，在不能识别出与定位标签对应的定位数据的情况下，对姿态数据进行积分计算，得到跟踪部位的三维坐标。

进一步的，柔体对象姿态的坐标计算方法还包括：

步骤S160，同步姿态采集时钟，并采集柔体对象的姿态数据。

这里，柔体对象包括人体，但并不局限于人体，还包括能够自主运动并具备多部位的物体，可通过安装姿态采集终端来获取柔体对象实时的姿态数据；

其中，当姿态采集终端开启时，与服务器的时钟同步模块实现时针的精准同步，并在姿态数据采集后通过有线或无线方式上传到服务器；

进一步的，还包括：

步骤S170，同步定位数据采集时钟，并采集柔体对象的定位数据。

这里，定位数据采集器通过无线射频方式和/或光感应方式采集定位标签的定位数据。

具体地，定位数据采集终端基于无线射频技术和/或基于可见光或不可见光的定位采集技术采集定位数据，并将定位数据实时存储于定位数据库中；

其中，无线射频技术包括Zigbee、RFID、WIFI、蓝牙、GPS等；

这里，定位数据采集终端定时或不定时与服务器的时钟同步模块实现时针的精准同步，并将定位数据通过有线或无线方式上传到服务器；

需要说明的是，这里的姿态采集数据和定位数据都经过时间同步，进而打上了时钟标签；

进一步的，步骤S150还包括：

步骤S402，将三维坐标作为跟踪部位的初始坐标，并在三维坐标处还原柔体对象的运动姿态。

图2为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算方法流程图之二。

参照图2，柔体对象姿态的坐标计算方法包括以下步骤：

步骤S500，根据柔体对象的运动类型和特性，设定柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与跟踪部位相匹配的定位标签；

步骤S510，根据柔体对象的姿态稳定参数判断跟踪部位是否稳定；

步骤S520，如果跟踪部位稳定，则获取稳定时间点；

步骤S530，查询定位数据库中稳定时间点的定位标签对应的定位数据；

步骤S540，判断稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；

步骤S550，如果识别，则计算与定位数据相匹配的跟踪部位的三维坐标；

步骤S560，如果跟踪部位不稳定或不能识别，则对姿态数据进行积分计算，得到跟踪部位的三维坐标；

步骤S570，在三维坐标处还原柔体对象的运动姿态；

步骤S580，将三维坐标作为跟踪部位的初始坐标。

本发明实施例提供了柔体对象姿态的坐标计算方法，包括根据柔体对象的运动类型和特性，设定柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与跟踪部位相匹配的定位标签；根据姿态稳定参数判断跟踪部位是否稳定；如果跟踪部位稳定，则获取稳定时间点；判断稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；如果识别，则计算与定位数据相匹配的跟踪部位的三维坐标，本申请通过引入定位系统来修正柔体对象姿态的坐标计算的误差。

图3为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算系统功能模块框图。

参照图3，本发明实施例还提供了柔体对象姿态的坐标计算系统，包括参数设定模块10、稳定判断模块20、识别模块30和坐标计算模块40；

参数设定模块10，用于根据柔体对象的运动类型和特性，设定柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与跟踪部位相匹配的定位标签；

稳定判断模块20，用于根据柔体对象的姿态稳定参数判断跟踪部位是否稳定，在跟踪部位稳定的情况下，获取稳定时间点；

识别模块30，用于判断稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；

坐标计算模块40，用于在跟踪部位能够识别的情况下，计算与定位数据相匹配的跟踪部位的三维坐标。

进一步的，稳定判断模块20还用于根据姿态稳定参数将跟踪部位在相邻时间点分别对应的姿态数据进行比较，其中，姿态数据包括位于前一时间点的第一姿态数据和位于后一时间点的第二姿态数据，如果第一姿态数据和第二姿态数据相一致，则跟踪部位在稳定时间点处于稳定状态。

进一步的，坐标计算模块40还用于在跟踪部位不稳定或不能识别出与定位标签对应的定位数据的情况下，对姿态数据进行积分计算，得到跟踪部位的三维坐标。

进一步的，还包括姿态采集模块，用于同步姿态采集时钟，并采集柔体对象的姿态数据。

进一步的，还包括定位数据采集模块，用于同步定位数据采集时钟，并采集柔体对象的定位数据。

进一步的，坐标计算模块40还用于将三维坐标作为跟踪部位的初始坐标，并在三维坐标处还原柔体对象的运动姿态。

图4为本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算系统的应用场景示意图。

参照图4，通过姿态采集终端200中设置人体在各个部位的姿态传感器动态感应各个部位的姿态数据，并通过数据采集器采集，通过控制终端发送至服务器100；

定位数据采集器300通过固定杆设置于运动场地的特定位置，以使能够将柔体对象能够在定位感应范围内，采集设置在柔体对象上的定位标签35的定位数据，并将定位数据发送至服务器100；

服务器100对姿态数据进行分析，得到柔体对象跟踪部位的稳定时间点，按照稳定时间点对定位数据进行识别处理，并计算与定位数据匹配的跟踪部位的三维坐标。

其中，姿态传感器的设置部位根据运动类型和特性可任意选择，包括腰部、肘部、腕部、手部、脚部、肩部、脊柱、背部、大臂、小臂、大腿、小腿中的一种或几种；

本发明实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算系统，与上述实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的柔体对象姿态的坐标计算方法以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的柔体对象姿态的坐标计算方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的柔体对象姿态的坐标计算方法的步骤。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种柔体对象姿态的坐标计算方法，其特征在于，包括：

根据柔体对象的运动类型和特性，设定所述柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与所述跟踪部位相匹配的定位标签；

根据所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定；

如果所述跟踪部位稳定，则获取稳定时间点；

判断所述稳定时间点的所述定位标签对应的定位数据是否能够识别；

如果识别，则计算与所述定位数据相匹配的所述跟踪部位的三维坐标；

所述根据所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定包括：

根据所述姿态稳定参数将所述跟踪部位在相邻时间点分别对应的姿态数据进行比较，其中，所述姿态数据包括位于前一时间点的第一姿态数据和位于后一时间点的第二姿态数据；

如果所述第一姿态数据和所述第二姿态数据相一致，则所述跟踪部位在所述稳定时间点处于稳定状态；

所述根据所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定还包括：

如果所述跟踪部位不稳定，则对所述姿态数据进行积分计算，得到所述跟踪部位的所述三维坐标。

2.根据权利要求1所述的柔体对象姿态的坐标计算方法，其特征在于，所述判断所述稳定时间点的所述定位标签对应的定位数据是否能够识别还包括：

在不能识别出与所述定位标签对应的所述定位数据的情况下，对所述姿态数据进行积分计算，得到所述跟踪部位的所述三维坐标。

3.根据权利要求2所述的柔体对象姿态的坐标计算方法，其特征在于，还包括：同步姿态采集时钟，并采集所述柔体对象的所述姿态数据。

4.根据权利要求3所述的柔体对象姿态的坐标计算方法，其特征在于，还包括：同步定位数据采集时钟，并采集所述柔体对象的定位数据。

5.根据权利要求1所述的柔体对象姿态的坐标计算方法，其特征在于，所述计算与所述定位数据相匹配的所述跟踪部位的三维坐标还包括：

将所述三维坐标作为所述跟踪部位的初始坐标，并在所述三维坐标处还原所述柔体对象的运动姿态。

6.一种柔体对象姿态的坐标计算系统，其特征在于，包括参数设定模块、稳定判断模块、识别模块和坐标计算模块；

所述参数设定模块，用于根据柔体对象的运动类型和特性，设定所述柔体对象的跟踪部位、姿态稳定参数和与所述跟踪部位相匹配的定位标签；

所述稳定判断模块，用于根据所述柔体对象的所述姿态稳定参数判断所述跟踪部位是否稳定，在所述跟踪部位稳定的情况下，获取稳定时间点；

所述识别模块，用于判断所述稳定时间点的定位标签对应的定位数据是否能够识别；

所述坐标计算模块，用于在所述跟踪部位能够识别的情况下，计算与所述定位数据相匹配的所述跟踪部位的三维坐标；

所述稳定判断模块还用于根据所述姿态稳定参数将所述跟踪部位在相邻时间点分别对应的姿态数据进行比较，其中，所述姿态数据包括位于前一时间点的第一姿态数据和位于后一时间点的第二姿态数据，如果所述第一姿态数据和所述第二姿态数据相一致，则所述跟踪部位在所述稳定时间点处于稳定状态；

所述坐标计算模块还用于在不能识别出与所述定位标签对应的所述定位数据的情况下，对所述姿态数据进行积分计算，得到所述跟踪部位的所述三维坐标。