CN111914716B - 主动光刚体识别方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动作捕捉技术领域，公开了一种主动光刚体识别方法、装置、设备及存储介质。本方法包括：根据每个主动光刚体对应的编码信息控制主动光刚体发光源的亮灭状态，亮灭状态按照一个识别周期内的编码信息循环进行；获取同一识别周期内包含发光源的图像，并通过预先标定好的每个发光源的质心坐标值和获取的每个发光源的质心坐标值，确定属于同一刚体的发光源；根据每个发光源的编码数据和标识信息，获取相应发光源的编码信息，将该编码信息与预设的编码信息进行比对，识别图像中的刚体。本发明通过图像中待识别刚体对应的编码信息与预设的编码信息进行比对，提高了刚体的配置效率和主动式光学动作捕捉系统对刚体的识别速度。

Description

主动光刚体识别方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及动作捕捉技术领域，具体涉及一种主动光刚体识别方法、装置、终端设备、系统及存储介质。

背景技术

动作捕捉技术作为一种可以实现虚拟现实仿真的技术，近年来在影视、娱乐、医疗、教育、科研等领域应用广泛。动作捕捉主要依托光学动捕摄像机来实现现实物体的动作捕捉和采集，然后通过计算机等数据处理终端对光学动捕摄像机所采集到的电子图像数据进行处理，在计算机中虚拟数据的形式将现实中物体还原为虚拟物体。

现有的光学动作捕捉系统可分为主动式和被动式。然而，由于被动式的刚体光点容易损耗，而且受制于散热和供电以及反射式的光路等问题，相机接收到的光源亮度并不高，降低了摄像机过滤外部冗余信息的能力和相机的工作距离，严重减少其使用寿命。此外，市面上一些主动式的产品，虽然降低了光点的损耗和相机生产成本，在一定程度上也能增加动捕相机的工作距离。然而，由于涉及到供电问题往往比被动式刚体更难制作，并且，这种主动式的产品仍需要将刚体配置成不同的三维形态，从而进一步增加批量生产和批量配置的难度。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种主动光刚体识别方法、装置、终端设备、系统及存储介质，以解决刚体的配置效率过低且主动式光学动作捕捉系统对刚体的识别速度过慢的问题。

本发明第一方面提供了一种主动光刚体识别方法，包括：

根据每个主动光刚体对应的编码信息控制所述主动光刚体发光源的亮灭状态，所述亮灭状态按照一个识别周期内的所述编码信息循环进行；

获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，所述图像数据包括所述每个发光源的质心坐标值；

根据预先标定好的所述每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将所述相邻的发光源之间的距离值之和与所述发光源的数量相除，得到所述主动光刚体的中心点信息；

根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，确定属于同一所述主动光刚体的发光源；

根据每帧图像中所述每个发光源的编码数据和属于同一所述主动光刚体的所述每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，其中，所述编码信息包括：表头信息和表尾信息；

将每个发光源的所述编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找所述表头信息；

若未寻找到所述表头信息，则将所述获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的所述表头信息；

若寻找到所述表头信息，则将所述表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对所述主动光刚体的识别。

可选地，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，确定属于同一所述主动光刚体的发光源，包括：

根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，分别获得所述中心点与所述获取的图像数据中包括的所述每个发光源之间的第一距离值，以及所述中心点与所述预先标定好的所述每个发光源之间的第二距离值，将所述第一距离值与所述第二距离值进行对比，若对比结果在阈值范围内，则确定出属于同一所述主动光刚体的发光源。

可选地，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述根据每帧图像中所述每个发光源的编码数据和属于同一所述主动光刚体的所述每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，包括：

根据所述每个发光源对应的关联域面积和/或关联域灰度数据确定一个识别周期内每帧图像中所述每个发光源的编码数据；

根据所述属于同一主动光刚体的所述每个发光源的质心坐标值确定属于同一所述发光源的标识信息；

根据所述编码数据和标识信息，获取相应发光源的编码信息。

可选地，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述根据所述每个发光源对应的关联域面积和/或关联域灰度数据确定一个识别周期内每帧图像中所述每个发光源的编码数据包括：

根据所述识别周期内所述每个发光源的关联域面积，计算所述每个发光源的关联域面积平均值，将所述平均值作为所述每个发光源在所述识别周期内的关联域面积阈值；

将所述识别周期内所述每个发光源每一帧的关联域面积与所述关联域面积阈值进行比较，并根据比较结果赋予一个识别周期内每帧图像中所述每个发光源不同的编码数据；

和/或，

根据来自相机的所述识别周期内每帧图像中每个发光源的关联域灰度数据，确定所述每个发光源的关联域灰度数据的平均值，并将所述关联域灰度数据的平均值作为当前识别周期的灰度值阈值，所述关联域灰度数据包括：关联域平均灰度值或关联域总灰度值；

根据所述灰度值阈值和每帧图像中每个发光源的关联域灰度数据，分别确定一个识别周期内每帧图像中每个发光源的编码数据。

可选地，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述根据所述属于同一主动光刚体的所述每个发光源的质心坐标值确定属于同一所述发光源的标识信息包括：

获取前一帧属于同一主动光刚体的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，并分别为每个发光源赋予一标记信息；生成第一标记信息；

获取后一帧属于同一主动光刚体的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，并分别为每个发光源赋予一标记信息；生成第二标记信息；

将所述第一标记信息与第二标记信息进行匹配，若匹配成功，令第一标记信息取代第二标记信息，则第一标记信息为属于同一发光源的标识信息。

可选地，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述表头信息和表尾信息包括：

所述表头信息与所述表尾信息不相同，所述表头信息固定不变，所述每个发光源的表尾信息各不相同。

本发明第二方面提供了一种主动光刚体识别装置，包括：

配置模块，用于根据每个主动光刚体对应的编码信息控制所述主动光刚体发光源的亮灭状态，所述亮灭状态按照一个识别周期内的所述编码信息循环进行；

处理模块，用于获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，所述图像数据包括所述每个发光源的质心坐标值；根据预先标定好的所述每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将所述相邻的发光源之间的距离值之和与所述发光源的数量相除，得到所述主动光刚体的中心点信息；根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，确定属于同一所述主动光刚体的发光源；根据每帧图像中所述每个发光源的编码数据和属于同一所述主动光刚体的所述每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，其中，所述编码信息包括：表头信息和表尾信息；

识别模块，用于将每个发光源的所述编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找所述表头信息；若未寻找到所述表头信息，则将所述获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的所述表头信息；若寻找到所述表头信息，则将所述表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对所述主动光刚体的识别。

本发明第三方面提供了一种主动光动捕系统，包括：服务器、基站、相机及刚体，所述基站用于生成同步触发信号并向所述刚体和所述相机发送所述同步触发信号；所述刚体包括多个光点，用于在接收到所述同步触发信号之后，从自身存储的编码信息中调用编码数据并分配给每个所述光点，以使每个所述光点能够根据所述编码信息控制所述光点的亮度；所述相机用于在接收到所述同步触发信号之后，对所述刚体进行曝光拍摄，以及将拍摄得到的图像数据发送至所述服务器；所述服务器用于采用权利要求1-6中任一项所述的方法对所述刚体进行识别。

本发明第四方面提供了一种主动光刚体识别设备，包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；

所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述刚体识别设备执行上述的主动光刚体识别方法。

本发明的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的主动光刚体识别方法。

本发明提供的技术方案中，根据每个主动光刚体对应的编码信息控制主动光刚体发光源的亮灭状态，亮灭状态按照一个识别周期内的编码信息循环进行；获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，图像数据包括每个发光源的质心坐标值；根据预先标定好的每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将相邻的发光源之间的距离值之和与发光源的数量相除，得到主动光刚体的中心点信息；根据中心点信息与获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，确定属于同一主动光刚体的发光源；根据每帧图像中每个发光源的编码数据和属于同一主动光刚体的每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，编码信息包括：表头信息和表尾信息；最后将每个发光源的编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找表头信息；若未寻找到表头信息，则将获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的表头信息；若寻找到表头信息，则将表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对主动光刚体的识别。本发明通过先配置好每个发光源的亮灭状态，然后将拍摄到的亮灭状态图像中对应的编码信息与预设的编码信息进行比对，无需将运用于主动式光学动作捕捉系统中的刚体配置成不同的三维形态，提高了刚体的配置效率和主动式光学动作捕捉系统对刚体的识别速度。

附图说明

图1为本发明实施例中主动光刚体识别方法的第一个实施例示意图；

图2为本发明实施例中主动光刚体识别方法的第二个实施例示意图；

图3为本发明实施例中主动光刚体识别方法的第三个实施例示意图；

图4为本发明实施例中主动光刚体识别装置的一个实施例示意图；

图5为本发明实施例中主动光动捕系统的一个实施例示意图；

图6为本发明实施例中主动光刚体识别设备的一个实施例示意图。

具体实施方式

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，本发明实施例中主动光刚体识别方法的第一个实施例包括：

101、根据每个主动光刚体对应的编码信息控制主动光刚体发光源的亮灭状态，其中，亮灭状态按照一个识别周期内的编码信息循环进行；

本实施例中，首先进行主动光刚体配置，具体为主动光刚体上的LED灯即发光源根据配置信息表现出不同的亮灭状态，主动光刚体的配置是通过接收编码信息来决定每个LED灯每一帧的亮灭状态，可以将LED灯亮的状态记为1，把LED灯灭的状态记为0，值得注意的是LED灯灭的状态并不是完全灭掉，而是相对于LED灯亮的状态时亮度有明显的降低，LED灯的亮灭状态在指定的一个识别周期内循环进行。

可以理解的是，在配置阶段，服务器可以根据预设的发光源的编码信息的编码长度和刚体上发光源的数量为每个刚体生成唯一的编码信息，而编码信息具体可以为二进制编码信息。刚体的编码信息包括：刚体上所有发光源的编码信息。举例来说，若一个刚体包括N个发光源，则该刚体的编码信息则包括N个发光源的编码信息。其中，一个发光源的编码信息内存储有一个发光源一个识别周期内的编码数据。在每一识别周期内，发光源依序根据编码信息的指示控制光源亮度，即发光源的光源亮度，一个识别周期循环一次。需要说明的是，在预先为每个刚体生成唯一的编码信息的过程中，服务器确定不同发光源的编码信息时应遵守的原则是：不同发光源的编码信息不一样，进而保证刚体的编码信息的唯一性。

102、获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，图像数据包括每个发光源的质心坐标值；

本实施例中，获取光学动捕系统中，通过同一个相机拍摄的在同一识别周期内放入包含有主动光刚体的图像数据，其中，这些图像数据中包含至少一帧图像，在每一帧图像中都有对应要识别的主动光刚体。每个刚体上至少有三个光点，该光点可为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，简称为光点。

识别周期是指完成一次刚体识别所需的时间，识别周期与相机的曝光拍摄次数相关，一个识别周期通常包括多次曝光拍摄。而图像数据包括：相机拍摄到的包含发光源的图像。

一般地，相机一次曝光拍摄一帧图像数据，然后对拍摄的图像数据进行处理，以及将处理后的数据发送给服务器，然后再进入下一次拍摄。其中，图像数据具体可以包括：光点的质心坐标值。即相机发送给服务器的图像数据具体为：光点的质心坐标值。

103、根据预先标定好的每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将相邻的发光源之间的距离值之和与发光源的数量相除，得到主动光刚体的中心点信息；

本实施例中，首先根据预先已知标定好的每个发光源的质心坐标值得到发光源的质心坐标值的平均值，即将相邻的发光源之间的距离值之和与发光源的数量相除，将该平均值坐标定义为主动光刚体的中心点信息。

104、根据中心点信息与获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，确定属于同一主动光刚体的发光源；

本实施例中，需要说明的是，相机在进行曝光拍摄时，可能会拍摄同一刚体或不同刚体上的发光源，也可能会拍摄到捕捉场地内的其他发光源。因此，相机传来的关于发光源的图像数据可能是不同刚体上发光源的图像数据，也可能是捕捉场地内其他发光源的图像数据。在识别刚体身份信息过程中，只需要分别捕捉同一刚体上的发光源图像数据即可完成识别，因此，服务器需要判断该发光源的数据是来自场内的其他发光源还是相同或不同刚体上的发光源。具体方法如下：

根据中心点坐标信息、预先已知标定好的每个发光源的质心坐标值以及获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值就可以分别计算出预先已知标定好的每个发光源的质心坐标值以及获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值与中心点坐标值的差值，根据这个差值就可以确定每个发光源是否来自同一刚体。

在该步骤中，例如，计算出预先已知标定好的每个发光源的质心坐标值与中心点坐标值的差值K1，同时计算出获取的图像数据中包括的对应每个发光源的质心坐标值与中心点坐标值的差值K2，通过比较K1与K2绝对值的大小即可确定每个发光源是否属于同一刚体上的发光源。需要说明的是，K1代表真实的同一刚体上的发光源数据与中心点数据之间的差值，因此，若K1与K2绝对值大小相近，则说明该发光源来自同一主动光刚体。

105、根据每帧图像中每个发光源的编码数据和属于同一主动光刚体的每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，编码信息包括：表头信息和表尾信息；

本实施例中，在确定来自同一主动光刚体之后，就可根据一个识别周期内每帧图像中每个发光源的编码数据和属于同一主动光刚体的每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，例如，可以依据一个识别周期内每帧图像中每个发光源的灰度值和关联域面积等识别该发光源的编码数据，然后结合属于同一刚体的每个发光源的标识信息，从而获得对应发光源的编码信息。

具体来说，例如，若一个发光源的编码信息的编码长度为16(即一个识别周期内的图像帧数为16帧)，即LED灯的亮灭状态每16帧循环一次，这时，将16帧LED灯的亮灭状态记为一条编码信息，同时将这16帧对应的编码信息中的前8帧数据称为表头信息，后8帧数据称为表尾信息，每个LED灯表尾信息中的8帧亮灭状态是不一样的，是独有的，实际上也就是这8帧表尾信息确定了每个LED灯独有的编码信息，而前8帧表头信息的作用只是为了更好提醒表尾信息的位置，因此表头信息亮灭状态可以相同也可以不相同，一般规定表头信息固定不变，比如，所有发光源的表头信息都是01111110，也就是说每个刚体的每个LED灯表头信息都是灭亮亮亮亮亮亮灭，而表尾信息的8帧亮灭状态依据汉明码设计，举例来说，一个LED灯表尾信息是11100001，即代表的亮灭状态是亮亮亮灭灭灭灭亮，那么结合上述固定的表头信息，该LED的16帧编码信息是0111111011100001，即亮灭状态是灭亮亮亮亮亮亮灭亮亮亮灭灭灭灭亮，然后不断周期性循环进行亮灭展示。这样，表头永远不会和表尾一样，即服务器端能够明显分开表头和表尾；同时也方便纠错，可以在一定程度上提升刚体的可识别性。

106、将每个发光源的编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找表头信息；若未寻找到表头信息，则将获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的表头信息；若寻找到表头信息，则将表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对主动光刚体的识别。

由于在实际应用中，收到的多帧图像数据并不总是以主动光刚体编码的起始帧开始的，而且也不能完全排除多帧数据中有偶尔的错误数据，所以想要将计算得到的编码信息与已知的主动光刚体编码信息匹配就必须先找到多帧数据的起始帧，也就是需找到表头信息，找到表头也就找到了起始帧。一种方法可以是，将计算得到的多帧编码信息进行成倍扩展，例如原本一个识别周期的16帧编码信息扩展为32帧，那么在这32帧编码信息中从头开始每8帧查找就能很快找到表头的位置，前8帧为表头，紧跟表头的后8帧即为表尾，这样就可以很快找到表头和表尾信息。如果找不到表头信息，则代表多帧数据存在错误的数据，此时快速将对应的错误编码信息排除，并继续寻找下一发光源的表头信息。

若已经找到了表头和表尾信息，接下来就是与已知的刚体编码信息一一匹配就可以了，此时，就意味着识别到了对应的LED灯。具体就是组合该表头信息和表尾信息，再与预设的刚体编码信息进行比对，从而得到该识别周期内发光源的编码信息，将同一主动光刚体的所有发光源编码信息进行组合，确定出该编码信息对应的刚体的名称或身份标识号(identification，ID)后，就可以完成对主动光刚体的识别。

请参阅图2，本发明实施例中主动光刚体识别方法的第二个实施例包括：

201、根据每个主动光刚体对应的编码信息控制主动光刚体发光源的亮灭状态，其中，亮灭状态按照一个识别周期内的编码信息循环进行；

202、获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，图像数据包括每个发光源的质心坐标值；

在实际采集环境中，获取的图像数据中的每帧图像中包含的主动光刚体上的发光源数据，有可能受到空间中其他发光源的干扰，因此，其与预先标定过程中得到的发光源数据很可能存在区别，下述步骤将详细讲解如何排除区别点。

203、根据预先标定好的每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将相邻的发光源之间的距离值之和与发光源的数量相除，得到主动光刚体的中心点信息；

本步骤中计算得出中心点信息就是为了便于区分步骤202中获取的发光源数据与标定好的发光源数据之间的区别，其中，中心点信息包括中心点坐标。

204、根据中心点信息与获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，分别获得中心点与获取的图像数据中包括的每个发光源之间的第一距离值，以及中心点与预先标定好的每个发光源之间的第二距离值，将第一距离值与第二距离值进行对比，若对比结果在阈值范围内，则确定出属于同一主动光刚体的发光源；

由于中心点与标定好的同一刚体上的发光源之间的相对位置是确定真实的，因此，只需要根据中心点信息与获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值来获得中心点与步骤202中获取的发光源之间的相对位置，进而和中心点与标定好的同一刚体上的发光源之间的相对位置进行对比，就可以确定发光源是否来自同一主动光刚体。

本实施例中，通过中心点坐标值与实际获得的发光源质心坐标值就可以得到第一距离值，同样也可以得到中心点与预先标定的发光源之间的第二距离值，其中，第二距离值代表真实的属于同一刚体上对应的每个发光源与中心点之间的相对位置关系，将第一距离值与第二距离值进行对比，只要对比结果在预设阈值范围内，就可以确定这些发光源是属于同一刚体上的光点。一般来说，若获取到的发光源数据不是来自同一刚体，则其与中心点之间的距离将超过第二距离值，使用该方法，可以准确排除串扰发光源数据。

205、根据每帧图像中每个发光源的编码数据和属于同一主动光刚体的每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，编码信息包括：表头信息和表尾信息；

需要说明的是，在识别出来自同一刚体之后，才能进行编码信息的识别，否则，若其他刚体上的发光源数据或者空间中其他发光源数据串到某一刚体上，则会发生串扰问题，因此，必须排除该串扰问题，首先确定出获取的发光源数据是来自同一刚体的。接下来，便开始识别一个识别周期内每一帧图像中每个发光源的编码数据，在识别出一帧图像中的编码数据时，还需要将同一刚体上相同的发光源进行标记，以确定在下一帧图像中的发光源数据是来自同一发光源的，也就是确定属于同一刚体的每个发光源的标识信息，才能获取一个识别周期内相应发光源的编码信息，且编码信息包括：表头信息和表尾信息。

206、将每个发光源的编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找表头信息；若未寻找到表头信息，则将获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的表头信息；若寻找到表头信息，则将表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对主动光刚体的识别。

请参阅图3，本发明实施例中主动光刚体识别方法的第三个实施例包括：

301、根据每个主动光刚体对应的编码信息控制主动光刚体发光源的亮灭状态，其中，亮灭状态按照一个识别周期内的编码信息循环进行；

302、获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，图像数据包括每个发光源的质心坐标值；

303、根据预先标定好的每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将相邻的发光源之间的距离值之和与发光源的数量相除，得到主动光刚体的中心点信息；

304、根据中心点信息与获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，确定属于同一主动光刚体的发光源；

305、根据每个发光源对应的关联域面积和/或关联域灰度数据确定一个识别周期内每帧图像中每个发光源的编码数据；根据属于同一主动光刚体的每个发光源的质心坐标值确定属于同一发光源的标识信息；根据编码数据和标识信息，获取相应发光源的编码信息，编码信息包括：表头信息和表尾信息；

本实施例中，在确定每个发光源来自同一刚体之后，进行识别刚体过程。该主动光刚体包括至少4个发光源，该发光源可为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，而编码信息包括与发光源的数量相同的编码子集，每个编码子集包括一个发光源一个识别周期内的编码数据，该编码数据包括0或1。识别周期是指完成一次刚体识别所需的时间，识别周期与相机的曝光拍摄次数相关，一个识别周期通常包括多次曝光拍摄。而图像数据包括：相机拍摄到的包含发光源的图像。一般地，相机一次曝光拍摄一帧图像数据，然后对拍摄的图像数据进行处理，以及将处理后的数据发送给服务器，然后再进入下一次拍摄。其中，图像数据具体可以包括：发光源的关联域面积、关联域灰度数据和质心坐标值，即相机发送给服务器的图像数据具体为：发光源的关联域面积、关联域灰度数据和质心坐标值。

服务器在确定刚体上发光源的编码数据时，操作方式例如可以是：在同一识别周期内，根据来自相机的每帧图像中每一发光源的关联域面积和/或关联域灰度数据，确定该识别周期内每一发光源的关联域面积和/或关联域灰度数据的平均值，并将该平均值作为当前识别周期内该发光源的关联域面积和/或灰度值阈值。关联域灰度数据包括：关联域平均灰度值或关联域总灰度值；然后，服务器根据关联域面积和/或灰度值阈值和每帧图像中每一发光源的关联域面积和/或关联域灰度数据，分别确定一个识别周期内每帧图像中每一发光源的编码数据；同时根据相机发送的一个识别周期内属于同一刚体的每帧图像的每一发光源的质心坐标值，确定属于同一发光源的标识信息，从而获取相应发光源的编码信息。

306、将每个发光源的编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找表头信息；若未寻找到表头信息，则将获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的表头信息；若寻找到表头信息，则将表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对主动光刚体的识别。

本发明实施例中刚体识别方法的第四个实施例包括：

根据每个主动光刚体对应的编码信息控制主动光刚体发光源的亮灭状态，其中，亮灭状态按照一个识别周期内的编码信息循环进行；

获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，图像数据包括每个发光源的质心坐标值；

根据预先标定好的每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将相邻的发光源之间的距离值之和与发光源的数量相除，得到主动光刚体的中心点信息；

根据中心点信息与获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，分别获得中心点与获取的图像数据中包括的每个发光源之间的第一距离值，以及中心点与预先标定好的每个发光源之间的第二距离值，将第一距离值与第二距离值进行对比，若对比结果在阈值范围内，则确定出属于同一主动光刚体的发光源；

根据识别周期内每个发光源的关联域面积，计算识别周期内每个发光源的关联域面积平均值，将平均值作为每个发光源在识别周期内的关联域面积阈值；

将识别周期内每个发光源每一帧的关联域面积与关联域面积阈值进行比较，并根据比较结果赋予一个识别周期内每帧图像中每个发光源不同的编码数据；

和/或，

根据来自相机的识别周期内每帧图像中每个发光源的关联域灰度数据，确定识别周期内每个发光源的关联域灰度数据的平均值，并将关联域灰度数据的平均值作为当前识别周期的灰度值阈值，关联域灰度数据包括：关联域平均灰度值或关联域总灰度值；

根据灰度值阈值和每帧图像中每个发光源的关联域灰度数据，分别确定一个识别周期内每帧图像中每个发光源的编码数据；

本实施例中，确定每个发光源的编码数据的方式例如可以是：判断光点的关联域面积和/或关联域灰度数据是否大于或者等于关联域面积和/或灰度值阈值，若光点的关联域面积和/或关联域灰度数据大于或者等于关联域面积和/或灰度值阈值，则将发光源的编码数据确定为1，若发光源的关联域面积和/或关联域灰度数据小于关联域面积和/或灰度值阈值，则将发光源的编码数据确定为0，以此类推，便可确定出一个识别周期内每帧图像中每个发光源的编码数据。

需要说明的是，在另一实施例中，根据属于同一主动光刚体的每个发光源的质心坐标值确定属于同一发光源的标识信息的方式可以是：获取前一帧属于同一主动光刚体的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，并分别为每个发光源赋予一标记信息，生成第一标记信息；

获取后一帧属于同一主动光刚体的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，并分别为每个发光源赋予一标记信息，生成第二标记信息；

将第一标记信息与第二标记信息进行匹配，若匹配成功，令第一标记信息取代第二标记信息，则第一标记信息为属于同一发光源的标识信息。

举例来说，若首次接收到图像数据包括发光源T1和光点T2，且服务器为发光源T1和T2赋予不同的标记信息K1和K2。此时，还将发光源的2D坐标值、灰度值和关联域面积按照标记信息存储下来。当新收到一帧图像数据时，服务器依据新的图像数据中所有发光源(如T3、T4)的2D坐标信息与存储下来的图像数据中发光源(如T1、T2)的2D坐标根据距离关系对应匹配，若发光源T1与T3两点之间的距离关系满足预设匹配条件，则认为两个发光源(T3、T1)属于同一发光源，并赋予新的发光源T3以对应匹配发光源T1的旧标记K1，即赋予匹配发光源相同的标记信息；若发光源T2与T4两点之间的距离关系不满足预设匹配条件，则认为两发光源不匹配(T4、T2非同一观点)，则赋予发光源T4新标记K3，再将这一发光源T4的2D坐标、灰度值和关联域面积根据标记存储下来，以此循环。从而生成了属于同一发光源的标记信息，并将同一发光源不同时间对应的图像数据按照标记信息存储下来，以便后续进行发光源的运动轨迹追踪。

然后根据编码数据和标识信息，获取相应发光源的编码信息，编码信息具体包括：表头信息和表尾信息；其中，表头信息与表尾信息不相同，表头信息固定不变，且每个发光源的表尾信息各不相同。

最后将每个发光源的编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找表头信息；若未寻找到表头信息，则将获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的表头信息；若寻找到表头信息，则将表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对主动光刚体的识别。

将得到的刚体的编码信息与预设的刚体的编码信息进行匹配的过程中，理想的状态下，可以识别到一个刚体上例如全部8个LED灯，但由于使用过程中刚体会不可避免地被遮挡等不可抗力因素，可能很难达到如此完美的理想状态。其实，只要识别出4个LED灯就可以识别出一个主动光刚体了，而且4个LED灯也可以计算得到主动光刚体的姿态信息了。刚体的姿态信息求解方法是，知道了主动光刚体上每个LED灯的标记，也就直接得到了刚体三维坐标与LED灯标记点二维坐标的匹配关系，然后利用梯度下降法就能够计算得到刚体的姿态信息了。

本申请，通过根据相机发送的一个识别周期内的图像数据获取对应刚体的编码信息，然后根据编码信息和预设的刚体编码信息对主动光刚体进行识别，由于整个刚体识别方法与刚体的三维形态无关，不需要将运用于主动式光学动作捕捉系统中的刚体配置成不同的三维形态，从而大大提高了刚体的生产效率和主动式光学动作捕捉系统对刚体的识别能力。

上面对本发明实施例中主动光刚体识别方法进行了描述，下面对本发明实施例中主动光刚体识别装置进行描述，请参阅图4，本发明实施例中主动光刚体识别装置的一个实施例包括：

配置模块401，用于根据每个主动光刚体对应的编码信息控制主动光刚体发光源的亮灭状态，亮灭状态按照一个识别周期内的所述编码信息循环进行；

处理模块402，用于获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，图像数据包括所述每个发光源的质心坐标值；根据预先标定好的每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将相邻的发光源之间的距离值之和与发光源的数量相除，得到主动光刚体的中心点信息；根据中心点信息与获取的图像数据中包括的每个发光源的质心坐标值，确定属于同一主动光刚体的发光源；根据每帧图像中每个发光源的编码数据和属于同一主动光刚体的每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，其中，编码信息包括：表头信息和表尾信息；

识别模块403，用于将每个发光源的编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找表头信息；若未寻找到表头信息，则将获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的表头信息；若寻找到表头信息，则将表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对主动光刚体的识别。

本发明实施例中，采用简单的识别装置，通过图像中主动光刚体对应的编码信息与预设的编码信息进行比对，无需将运用于主动式光学动作捕捉系统中的刚体配置成不同的三维形态，提高了主动光刚体的配置效率和主动式光学动作捕捉系统对刚体的识别速度。

请参阅图5，进一步地，对本发明实施例中一种主动光动捕系统进行描述，具体包括：

服务器501、基站502、相机503、刚体504及交换机505，基站502用于生成同步触发信号并向刚体504和相机503发送同步触发信号；刚体504包括多个光点，用于在接收到同步触发信号之后，从自身存储的编码信息中调用编码数据并分配给每个光点，以使每个光点能够根据编码信息控制光点的亮度；相机503用于在接收到同步触发信号之后，对刚体504进行曝光拍摄，以及将拍摄得到的图像数据发送至服务器501；服务器501用于采用上述描述的识别方法对刚体进行识别。上述同步触发信号以及图像数据是通过交换机505进行传输的，交换机505具体作用是：实现服务器501与基站502之间的数据交换，实现基站502与相机503之间的数据交换，在服务器501生成唯一的编码信息之后，该编码信息可以通过交换机505发送给基站502，当然，交换机505还可以接收基站502发送的同步触发信号，并将同步触发信号发送至相机503。

本发明实施例中，通过采用主动光学动捕系统，由于主动光刚体带有编码信息，在进行刚体识别时，可以不再依赖于刚体结构，而是可以直接根据编码信息得到2D坐标与3D坐标的匹配关系，刚体的姿态运算更加快速的同时也更加精确。

上面图4和图5从模块化功能实体的角度对本发明实施例中的主动光刚体识别装置进行详细描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中主动光刚体识别设备进行详细描述。

图6是本发明实施例提供的一种主动光刚体识别设备的结构示意图，该刚体识别设备600可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)610(例如，一个或一个以上处理器)和存储器620，一个或一个以上存储应用程序633或数据632的存储介质630(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器620和存储介质630可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质630的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对刚体识别设备600中的一系列指令操作。更进一步地，处理器610可以设置为与存储介质630通信，在刚体识别设备600上执行存储介质630中的一系列指令操作。

刚体识别设备600还可以包括一个或一个以上电源640，一个或一个以上有线或无线网络接口650，一个或一个以上输入输出接口660，和/或，一个或一个以上操作系统631，例如Windows Serve，Mac OS X，Unix，Linux，FreeBSD等等。本领域技术人员可以理解，图6示出的主动光刚体识别设备结构并不构成对本申请提供的刚体识别设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述主动光刚体识别方法的步骤。

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，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

集成的单元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全部或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(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种主动光刚体识别方法，其特征在于，包括：

根据每个主动光刚体对应的编码信息控制所述主动光刚体发光源的亮灭状态，所述亮灭状态按照一个识别周期内的所述编码信息循环进行；

获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，所述图像数据包括所述每个发光源的质心坐标值；

根据预先标定好的所述每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将所述相邻的发光源之间的距离值之和与所述发光源的数量相除，得到所述主动光刚体的中心点信息；

根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，确定属于同一所述主动光刚体的发光源；

根据每帧图像中所述每个发光源的编码数据和属于同一所述主动光刚体的所述每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，其中，所述编码信息包括：表头信息和表尾信息；

将每个发光源的所述编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找所述表头信息；

若未寻找到所述表头信息，则将所述获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的所述表头信息；

若寻找到所述表头信息，则将所述表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对所述主动光刚体的识别。

2.根据权利要求1所述的主动光刚体识别方法，其特征在于，所述根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，确定属于同一所述主动光刚体的发光源，包括：

根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，分别获得所述中心点与所述获取的图像数据中包括的所述每个发光源之间的第一距离值，以及所述中心点与所述预先标定好的所述每个发光源之间的第二距离值，将所述第一距离值与所述第二距离值进行对比，若对比结果在阈值范围内，则确定出属于同一所述主动光刚体的发光源。

3.根据权利要求1中所述的主动光刚体识别方法，其特征在于，所述根据每帧图像中所述每个发光源的编码数据和属于同一所述主动光刚体的所述每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，包括：

根据所述每个发光源对应的关联域面积和/或关联域灰度数据确定一个识别周期内每帧图像中所述每个发光源的编码数据；

根据所述属于同一主动光刚体的所述每个发光源的质心坐标值确定属于同一所述发光源的标识信息；

根据所述编码数据和标识信息，获取相应发光源的编码信息。

4.根据权利要求3所述的主动光刚体识别方法，其特征在于，所述根据所述每个发光源对应的关联域面积和/或关联域灰度数据确定一个识别周期内每帧图像中所述每个发光源的编码数据包括：

根据所述识别周期内所述每个发光源的关联域面积，计算所述每个发光源的关联域面积平均值，将所述平均值作为所述每个发光源在所述识别周期内的关联域面积阈值；

将所述识别周期内所述每个发光源每一帧的关联域面积与所述关联域面积阈值进行比较，并根据比较结果赋予一个识别周期内每帧图像中所述每个发光源不同的编码数据；

和/或，

根据来自相机的所述识别周期内每帧图像中每个发光源的关联域灰度数据，确定所述每个发光源的关联域灰度数据的平均值，并将所述关联域灰度数据的平均值作为当前识别周期的灰度值阈值，所述关联域灰度数据包括：关联域平均灰度值或关联域总灰度值；

根据所述灰度值阈值和每帧图像中每个发光源的关联域灰度数据，分别确定一个识别周期内每帧图像中每个发光源的编码数据。

5.根据权利要求3所述的主动光刚体识别方法，其特征在于，所述根据所述属于同一主动光刚体的所述每个发光源的质心坐标值确定属于同一所述发光源的标识信息包括：

获取前一帧属于同一主动光刚体的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，并分别为每个发光源赋予一标记信息；生成第一标记信息；

获取后一帧属于同一主动光刚体的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，并分别为每个发光源赋予一标记信息；生成第二标记信息；

将所述第一标记信息与第二标记信息进行匹配，若匹配成功，令第一标记信息取代第二标记信息，则第一标记信息为属于同一发光源的标识信息。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的主动光刚体识别方法，其特征在于，所述表头信息和表尾信息包括：

所述表头信息与所述表尾信息不相同，所述表头信息固定不变，所述每个发光源的表尾信息各不相同。

7.一种主动光刚体识别装置，其特征在于，所述刚体识别装置包括：

配置模块，用于根据每个主动光刚体对应的编码信息控制所述主动光刚体发光源的亮灭状态，所述亮灭状态按照一个识别周期内的所述编码信息循环进行；

处理模块，用于获取通过相机连续拍摄的同一识别周期内每个发光源的多帧亮灭状态图像数据，其中，所述图像数据包括所述每个发光源的质心坐标值；根据预先标定好的所述每个发光源的质心坐标值得到相邻的发光源之间的距离值之和，将所述相邻的发光源之间的距离值之和与所述发光源的数量相除，得到所述主动光刚体的中心点信息；根据所述中心点信息与获取的图像数据中包括的所述每个发光源的质心坐标值，确定属于同一所述主动光刚体的发光源；根据每帧图像中所述每个发光源的编码数据和属于同一所述主动光刚体的所述每个发光源的标识信息，获取相应发光源的编码信息，其中，所述编码信息包括：表头信息和表尾信息；

识别模块，用于将每个发光源的所述编码信息进行成倍扩展，并从扩展后的编码信息中寻找所述表头信息；若未寻找到所述表头信息，则将所述获取的相应发光源的编码信息排除，并继续寻找下一发光源的所述表头信息；若寻找到所述表头信息，则将所述表头信息与表尾信息组合后与预设的刚体编码信息进行比对，以完成对所述主动光刚体的识别。

8.一种主动光动捕系统，其特征在于，包括服务器、基站、相机及刚体，所述基站用于生成同步触发信号并向所述刚体和所述相机发送所述同步触发信号；所述刚体包括多个光点，用于在接收到所述同步触发信号之后，从自身存储的编码信息中调用编码数据并分配给每个所述光点，以使每个所述光点能够根据所述编码信息控制所述光点的亮度；所述相机用于在接收到所述同步触发信号之后，对所述刚体进行曝光拍摄，以及将拍摄得到的图像数据发送至所述服务器；所述服务器用于采用权利要求1-6中任一项所述的方法对所述刚体进行识别。

9.一种主动光刚体识别设备，其特征在于，所述刚体识别设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令，所述存储器和所述至少一个处理器通过线路互连；

所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述刚体识别设备执行如权利要求1-6中任一项所述的刚体识别方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的主动光刚体识别方法。