CN117319582A - 一种人类动作视频采集和流畅合成的方法及装置 - Google Patents

一种人类动作视频采集和流畅合成的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种人类动作视频采集和流畅合成的方法及装置，其方法包括以下步骤：1)真人动作视频采集：使用视频采集设备，对每个动作进行捕捉和录制，获得原始动作视频片段；2)动作视频片段合成：通过插帧操作获得头部插帧段和尾部插帧段，将头部插帧段、原始动作视频片段和尾部插帧段，按照该顺序进行视频拼接，形成一个新的动作视频片段；对于库中的每一个视频片段，重复该操作，最终得到一组新的动作视频片段；将所有的新的动作视频片段，首尾与基准帧匹配，生成最终的视频输出；本发明能够实现对收集到的人类动作视频片段进行自由排列组合，实现无缝拼接，形成任意顺序的连续动作，进而为合成高质量的真人形象数字人视频奠定基础。

Description

一种人类动作视频采集和流畅合成的方法及装置
[技术领域]
本发明涉及信息处理技术领域，具体地说是一种人类动作视频采集和流畅合成的方法及装置。
[背景技术]
利用真人形象合成数字人，通常需要采集真人的动作片段，最终合成数字人的输出视频由这些预先采集的动作片段按一定顺序拼接而成。动作片段的拼接如果没有经过处理就会给人一种跳帧、不流畅的感觉。
流畅的动作合成技术目前多基于手工基准帧动画或者基于样本的动作融合技术。其中，通过手动编辑和基准帧，或是通过算法自动查找、拼接动作样例等方式，合成连续的动作序列；然而，手工方式工作量大、需要专门的技能和长时间的工作。基于样本的方式则需要大量的动作数据支持，而且在动作之间的过渡点合成效果往往不能达到理想的流畅程度，甚至会出现卡顿、动作失真等问题。
因此，若能提供一种让真人采集的任意动作视频片段能够随意流畅拼接的方法，将具有非常重要的意义。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种人类动作视频采集和流畅合成的方法，能够实现对收集到的人类动作视频片段进行自由排列组合，实现无缝拼接，形成任意顺序的连续动作，进而为合成高质量的真人形象数字人视频奠定基础。
一方面，本发明提供了一种人类动作视频采集和流畅合成的方法，包括以下步骤：
1)真人动作视频采集：使用视频采集设备，对每个动作进行捕捉和录制，获得原始动作视频片段；
2)动作视频片段合成：通过插帧操作获得头部插帧段和尾部插帧段，将这两个插帧段与原始动作视频片段进行视频拼接，形成新的动作视频片段。
作为一种实施例，步骤1)中，先设定一个基准姿势，该姿势贯穿整个动作的开始和结束；被采集者进入预设的基准姿势，然后开始执行特定动作；在动作执行完之后，被采集者再次回到基准姿势，以确保每个动作均有统一的起始和终点。
作为一种实施例，步骤1)中，使用视频采集设备，根据预定义的视频格式进行录制，对每个动作进行详细的捕捉和录制；所述视频采集设备包括动作捕捉系统和高清摄影机，所述预定义的视频格式包括但不限于分辨率和帧率。
作为一种实施例，步骤2)中，头部插帧段和尾部插帧段的获得步骤如下：首先，获取动作视频片段的首帧，并将该首帧与基准帧同步导入到插帧算法中，插帧算法根据两个输入帧，生成一段过渡性的视频片段，该过渡性的视频片段在视觉上平滑过渡从基准帧到当前动作视频片段的首帧，将其命名为头部插帧段；然后，再获取该动作视频片段的尾帧，将该尾帧与基准帧进行与上一步骤相同的插帧操作，插帧算法生成一个从当前动作片段尾帧行至基准帧的过渡视频片段，将其命名为尾部插帧段。
作为一种实施例，步骤2)中，获得头部插帧段和尾部插帧段之后，将头部插帧段、原始动作视频片段和尾部插帧段，按照该顺序进行视频拼接，形成一个新的动作视频片段；对于库中的每一个视频片段，重复上述操作，最终得到一组新的动作视频片段；将所有的新的动作视频片段，首尾与基准帧匹配，生成最终的视频输出，即得到流畅的动作视频。
作为一种实施例，步骤2)中，视频的插帧算法旨在给定续帧I0和I1和时间步t:0﹤t﹤1，合成中间帧其步骤如下：
输入帧I0、I1经过双向光流估计网络IFNet预估分别t→1和t→0的光流图Ft→1、Ft→0，最终由两个光流图合成中间帧其中，/>的合成如公式Ⅰ所示，M:0≤M≤1，为经过IFNet输出的I0、I1融合图，/>为逐像素相乘运算符；/>和/>分别如公式Ⅱ和公式Ⅲ所示，Ft→1、Ft→0分别为IFNet输出的光流估计结果，/>为图像向后扭曲；
另一方面，本发明提供了一种人类动作视频采集和流畅合成的装置，包括：
真人动作视频采集模块，用于先设定一个基准姿势，被采集者进入预设的基准姿势，然后开始执行特定动作；使用视频采集设备，根据预定义的视频格式进行录制，对每个动作进行详细的捕捉和录制，获得原始动作视频片段；
动作视频片段合成模块，用于通过插帧操作获得头部插帧段和尾部插帧段，将头部插帧段、原始动作视频片段和尾部插帧段，按照该顺序进行视频拼接，形成一个新的动作视频片段；对于库中的每一个视频片段，重复该操作，最终得到一组新的动作视频片段；将所有的新的动作视频片段，首尾与基准帧匹配，生成最终的视频输出。
作为一种实施例，所述动作视频片段合成模块中，首先获取动作视频片段的首帧，并将该首帧与基准帧同步导入到插帧算法中，插帧算法根据两个输入帧，生成一段过渡性的视频片段，该过渡性的视频片段在视觉上平滑过渡从基准帧到当前动作视频片段的首帧，将其命名为头部插帧段；然后，再获取该动作视频片段的尾帧，将该尾帧与基准帧进行与上一步骤相同的插帧操作，插帧算法生成一个从当前动作片段尾帧行至基准帧的过渡视频片段，将其命名为尾部插帧段。
第三方面，本发明提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，所述程序执行上述方法。
第四方面，本发明提出了一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线；所述处理器与所述存储器通过所述总线连接；所述存储器用于存储程序，所述处理器用于运行程序，所述程序运行时执行上述方法。
本发明同现有技术相比，提供了一种人类动作视频采集和流畅合成的方法，该方法旨在公开一种让真人采集的任意动作视频片段能够随意流畅拼接的方法，通过该方法，能够实现对收集到的人类动作视频片段进行自由排列组合，实现无缝拼接，形成任意顺序的连续动作，进而为合成高质量的真人形象数字人视频奠定基础，值得推广应用。
[附图说明]
图1是本发明真人动作视频采集过程图；
图2是本发明视频采集片段合成流程图；
图3是本发明插帧算法光流估计流程图；
图4是本发明实施例流程示意图；
图5是本发明实施例过程中的图像一示意图；
图6是本发明实施例过程中的图像二示意图。
[具体实施方式]
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和具体实施例，对本发明作以下进一步说明：
作为本发明的一种实施方式，本发明提供了一种人类动作视频采集和流畅合成的方法，其具体步骤如下：
一、真人动作视频采集：
先设定一个基准姿势，这个姿势贯穿整个动作的开始和结束。请被采集者进入预设的基准姿势，然后开始执行特定动作，如附图1所示。
在动作执行完后，被采集者再次回到基准姿势。这一过程确保了每个动作均有统一的起始和终点，从而方便后期视频合成的连贯性。
使用高质量的视频采集设备，包括动作捕捉系统和高清摄影机，根据预定义的视频格式(例如分辨率，帧率等)进行录制。本发明对每个动作都严格按照这一过程进行详细的捕捉和录制。
二、动作视频片段合成：
获取其首帧，并将该首帧与基准帧同步导入到插帧算法中。插帧算法会根据两个输入帧，生成一段过渡性的视频片段，该过渡片段将在视觉上平滑过渡从基准帧到当前动作视频片段的首帧，将其命名为“头部插帧段”。
然后，再获取该动作视频片段的尾帧，与基准帧一起进行同样的插帧操作。同样地，插帧算法会生成一个从当前动作片段尾帧行至基准帧的过渡视频片段，将其命名为"尾部插帧段"。
有了这两个插帧段之后，将头部插帧段、原始动作视频片段和尾部插帧段，按照这个顺序进行视频拼接，形成一个新的动作视频片段。在这个合成的过程中，使用专门的视频合成算法，确保不同片段之间的无缝衔接，让整个视频看起来连贯自然。
对于库中的每一个视频片段，重复上述的操作。通过遍历和处理，最终会得到一组新的动作视频片段。
所有的新动作视频片段，都会首尾与基准帧匹配，也就是说，它们都可以任意顺序无缝拼接在一起，生成最终的视频输出。
通过以上步骤，每个新合成的视频片段的首尾帧都将以完全相同的画面(即设定的基准帧)为准，从而实现任何顺序的动作片段间的无缝拼接。
三、视频插帧算法：
该插帧算法旨在给定续帧I0和I1和时间步t(0<t<1)，合成中间帧本方法中采用双向光流估计网络IFNet，实现中间帧的合成。输入帧I0、I1经过IFNet预估分别t→1和t→0的光流图Ft→1、Ft→0，最终又两个光流图合成/>如图3所示。其中/>的合成如公式(1)所示，M(0≤M≤1)为经过IFNet输出的I0、I1融合图，/>为逐像素相乘运算符。/>和/>分别如公式(2)公式(3)所示。Ft→1、Ft→0分别为IFNet输出的光流估计结果，/>为图像向后扭曲。
作为本发明的另一种实施方式，本发明提供了一种人类动作视频采集和流畅合成的装置，包括：真人动作视频采集模块和动作视频片段合成模块。其中，真人动作视频采集模块，用于先设定一个基准姿势，被采集者进入预设的基准姿势，然后开始执行特定动作；使用视频采集设备，根据预定义的视频格式进行录制，对每个动作进行详细的捕捉和录制，获得原始动作视频片段。动作视频片段合成模块，用于通过插帧操作获得头部插帧段和尾部插帧段，将头部插帧段、原始动作视频片段和尾部插帧段，按照该顺序进行视频拼接，形成一个新的动作视频片段；对于库中的每一个视频片段，重复该操作，最终得到一组新的动作视频片段；将所有的新的动作视频片段，首尾与基准帧匹配，生成最终的视频输出。
作为进一步的实施例，在动作视频片段合成模块中，首先获取动作视频片段的首帧，并将该首帧与基准帧同步导入到插帧算法中，插帧算法根据两个输入帧，生成一段过渡性的视频片段，该过渡性的视频片段在视觉上平滑过渡从基准帧到当前动作视频片段的首帧，将其命名为头部插帧段；然后，再获取该动作视频片段的尾帧，将该尾帧与基准帧进行与上一步骤相同的插帧操作，插帧算法生成一个从当前动作片段尾帧行至基准帧的过渡视频片段，将其命名为尾部插帧段。
此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的程序，程序执行上述本发明提供的问答机器人装置的问答方法。
进一步地，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器、存储器和总线；处理器与存储器通过总线连接，存储器用于存储程序，处理器用于运行程序，程序运行时执行上述本发明提供的问答机器人装置的问答方法。
如附图4所示，为本发明的另一具体实施例，使用该方法，用户只需输入基准帧、多个动作视频，即可得合成前后连贯的动作视频。
具体地，从算法的视角，该实施例每个过程图像的输入输出如下所示：
1.基准帧视频(1/12秒视频)，如附图5所示。
2.输入完整动作视频，视频中的动作前后均需要回到基准位置(此展示视频的基准位置为站立抱手)，如附图6所示；
3.对导入的完整动作视频开头补全序列；
4.对导入的完整动作视频结尾补全序列；
5.对合成的视频进行首位拼接，得到流畅的动作视频。
本发明实施例方法所述的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设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例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(可为个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)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、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而并非对其进行限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，但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申请各实施例技术方案的范围。
本发明不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人类动作视频采集和流畅合成的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)真人动作视频采集：使用视频采集设备，对每个动作进行捕捉和录制，获得原始动作视频片段；
2)动作视频片段合成：通过插帧操作获得头部插帧段和尾部插帧段，将这两个插帧段与原始动作视频片段进行视频拼接，形成新的动作视频片段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，先设定一个基准姿势，该姿势贯穿整个动作的开始和结束；被采集者进入预设的基准姿势，然后开始执行特定动作；在动作执行完之后，被采集者再次回到基准姿势，以确保每个动作均有统一的起始和终点。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)中，使用视频采集设备，根据预定义的视频格式进行录制，对每个动作进行详细的捕捉和录制；所述视频采集设备包括动作捕捉系统和高清摄影机，所述预定义的视频格式包括但不限于分辨率和帧率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，头部插帧段和尾部插帧段的获得步骤如下：首先，获取动作视频片段的首帧，并将该首帧与基准帧同步导入到插帧算法中，插帧算法根据两个输入帧，生成一段过渡性的视频片段，该过渡性的视频片段在视觉上平滑过渡从基准帧到当前动作视频片段的首帧，将其命名为头部插帧段；然后，再获取该动作视频片段的尾帧，将该尾帧与基准帧进行与上一步骤相同的插帧操作，插帧算法生成一个从当前动作片段尾帧行至基准帧的过渡视频片段，将其命名为尾部插帧段。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤2)中，获得头部插帧段和尾部插帧段之后，将头部插帧段、原始动作视频片段和尾部插帧段，按照该顺序进行视频拼接，形成一个新的动作视频片段；对于库中的每一个视频片段，重复上述操作，最终得到一组新的动作视频片段；将所有的新的动作视频片段，首尾与基准帧匹配，生成最终的视频输出，即得到流畅的动作视频。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
步骤2)中，视频的插帧算法旨在给定续帧I0和I1和时间步t:0﹤t﹤1，合成中间帧其步骤如下：
输入帧I0、I1经过双向光流估计网络IFNet预估分别t→1和t→0的光流图Ft→1、Ft→0，最终由两个光流图合成中间帧其中，/>的合成如公式Ⅰ所示，M:0≤M≤1，为经过IFNet输出的I0、I1融合图，/>为逐像素相乘运算符；/>和/>分别如公式Ⅱ和公式Ⅲ所示，Ft→1、Ft→0分别为IFNet输出的光流估计结果，/>为图像向后扭曲；
7.一种人类动作视频采集和流畅合成的装置，其特征在于，包括：
真人动作视频采集模块，用于先设定一个基准姿势，被采集者进入预设的基准姿势，然后开始执行特定动作；使用视频采集设备，根据预定义的视频格式进行录制，对每个动作进行详细的捕捉和录制，获得原始动作视频片段；
动作视频片段合成模块，用于通过插帧操作获得头部插帧段和尾部插帧段，将头部插帧段、原始动作视频片段和尾部插帧段，按照该顺序进行视频拼接，形成一个新的动作视频片段；对于库中的每一个视频片段，重复该操作，最终得到一组新的动作视频片段；将所有的新的动作视频片段，首尾与基准帧匹配，生成最终的视频输出。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述动作视频片段合成模块中，首先获取动作视频片段的首帧，并将该首帧与基准帧同步导入到插帧算法中，插帧算法根据两个输入帧，生成一段过渡性的视频片段，该过渡性的视频片段在视觉上平滑过渡从基准帧到当前动作视频片段的首帧，将其命名为头部插帧段；然后，再获取该动作视频片段的尾帧，将该尾帧与基准帧进行与上一步骤相同的插帧操作，插帧算法生成一个从当前动作片段尾帧行至基准帧的过渡视频片段，将其命名为尾部插帧段。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，所述程序执行权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线；所述处理器与所述存储器通过所述总线连接；所述存储器用于存储程序，所述处理器用于运行程序，所述程序运行时执行权利要求1至6中任一项所述的方法。
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