CN202394176U - 基于智能图像采集和运动识别技术的3d互动系统 - Google Patents
基于智能图像采集和运动识别技术的3d互动系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统，主要包括相互连接的智能图像采集和运动识别装置、智能图像处理单元、目标动作检测装置、数据计算装置；所述智能图像采集和运动识别装置上加设有滤光镜。本实用新型采用滤光镜，通过投影红外激光散斑图样，并实时拍摄现场内的变化的图样，提高了目标的获取与分离速度和精度，摒除了环境光线对测量精度和准确行的影响，为后期的处理提供了较好的数据源，使得目标肢体运动检测空间位移精度可达0.102mm。被捕捉的人员穿着正常的服装即可，不需要更换特定的服装。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种3D互动系统，具体地说是基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统。
背景技术
智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统应用范围广泛，涉及，教育，政府，军事，酒店，汽车，百货，工业产品，庆典等多个行业的互动广告和数字化展示。传统的广告硬性植入广告信息，消费者被动接受，很难得到消费者的认同。通过3D互动技术，可以让消费者主动了解自己想获取的广告信息，以及相关广告内容，不但容易得到消费者的认可，还提高了对广告信息的摄取量，提高了广告宣传效果。而在数字化展示领域，直观，生动，精确，丰富的多媒体效果等特点，使我们信息交换的效率大大的提高，而信息误差却极大的减少，使社会整体效率提升。
随着智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统的相关软硬件的成熟，3D互动系统的应用范围已经初具规模，在婚庆庆典领域我公司已经成功打开该行业市场，随着该领域的示范效用，已逐步覆盖房地产开发，酒店展示等其他行业。
与2D相比，3D场景具有更好的“体验性”和“互动性”特点。通过虚拟3D场景所构造的3D互动、体验式的行销平台，能够充分展示所营销产品的特点，让用户能够“身临其境”般地了解、体验产品的各种特性。
市场近来，随着视频分析硬件的发展(包括视频获取设备、图像采集卡、处理器和计算机等)，基于视频信息的分析迅速渗透到人民生活的各个方面。巨大的商业价值和应用价值使越来越多的公司和学术机构致力于这种技术的研究。早在20世纪80年代初，就开展了计算机人体运动捕捉的研究。在最近几年中，一些公司都发布了制作动画的商品化运动跟踪系统，而且，一些动画软件，如Softimage，将这些系统集成到了他们的系统。这些系统通常有两个主要缺点：一是价格非常昂贵，二是都会要求被跟踪对象佩戴上特殊的标记，既有侵扰性。
相对而言，国内在目标跟踪技术方面的研究起步较晚。目前基于视频的运动捕捉技术已经成为了一个多学科交叉的热点问题，融合了包括计算机视觉、计算机图形学、图像处理、人体运动学和人工智能甚至心理学等学科的研究内容，极具挑战性。
国内智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统应用刚刚开始，还没有成熟的产品。
项目产品可以广泛应用于房地产展示、婚礼现场展示、以及教育、娱乐事业。所以随着房地产、婚庆礼仪、教育等行业的兴起，为企业带来了更加广泛的市场空间。
就房地产行业而言，国家统计局网站消息显示，近几年来，在各方面因素的带动下，房地产价格呈现快速上涨、逐年攀升的态势。到2004年，全国商品房和商品住宅平均销售价格分别上涨14.4％和15.2％。而最近6年更是超速发展，与此而来的房地产展会事业也蓬勃发展，为此项目产品带来了极大的商机。
现有的3D互动科技中，传统的运动捕捉要在绝对的暗室中进行，被捕捉的人员要穿紧身衣。在身体的特定关节部位要贴上物理的marker标记。当然这种捕捉都是通过摄像头实现，但是摄像头在黑暗环境中采集不到光，只适合在明亮的环境下使用，所以如果要用上述方式解决，虽能解决一定问题，不过效果不好。
传统的目标动作采集采用普通的红外相机进行采集，对噪声非常的敏感，这样的话，为后期处理提供的数据源就不是很好，给数据分析带来了相当大的难度，影响了获取目标数据的速度和精度，在动态效果上，就不能精确的、及时地进行互动相应。
有鉴于此，针对上述问题，提出一种设计合理且能改善上述缺失的基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统，通过红外摄像头获取实时的视频数据，该数据通过智能图像处理单元，将视频流中的人体数据从复杂的图像中分离出来，同时将人体目标的肢体动作检测并识别出来，通过三维世界坐标系到二维图像坐标系的透视变换，计算出真实世界中人体运动对应的屏幕位置数据，实现实时的运动捕捉的3D互动系统。通过滤光镜，可以进行红外采集。通过投影红外激光散斑图样，并实时拍摄现场内的变化的图样，恢复出现场中每个像素点对应实际3D空间对应的包裹相位，利用相位展开技术和梯度变换技术将包裹的相位展开为对应实际深度信息的值，通过空间变换矩阵将相位信息映射到实际的深度信息。就解决了在室内较暗环境下运动捕捉问题。
为了达成上述目的，本实用新型提供了基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统，主要包括相互连接的智能图像采集和运动识别装置、智能图像处理单元、目标动作检测装置、数据计算装置；所述智能图像采集和运动识别装置上加设有滤光镜。
所述智能图像采集和运动识别装置为摄像头，由底座及底座上的遮罩构成，在遮罩内部的底座上设置有安装有滤光镜的探头。
相较于现有技术，本实用新型采用滤光镜，通过投影红外激光散斑图样，并实时拍摄现场内的变化的图样，提高了目标的获取与分离速度和精度，摒除了环境光线对测量精度和准确行的影响，为后期的处理提供了较好的数据源，使得目标肢体运动检测空间位移精度可达0.102mm。被捕捉的人员穿着正常的服装即可，不需要更换特定的服装。
通过红外线摄像机捕捉特定场景的实时的视频数据，并将数据传送到采集卡，通过视频的人体运动肢体检测技术，就是在视频图像序列中将人体的运动部位从图像帧中抽取出来。人体检测是人体运动分析的基础，是人体运动捕捉和姿态识别领域的关键技术。人体运动部位的有效分割对人体运动的跟踪、识别、互动等后期处理起着至关重要的作用，直接影响其最终的效果。
在人体运动分析时，把人体视为多个刚体组成的连接性物体，即简化为某种骨架模型。骨架模型中各个连接点即人的关节点的坐标是十分重要的，得到了关节点的坐标即可以求出关节的角度变化情况以及整个人或者人体各个环节的运动情况，进而得到关节的运动轨迹，将其和人体运动模型匹配，并驱动模型使其完成和人体相同的动作。这样的话，就能捕捉到其运动的轨迹，进而产生互动效果。
附图说明
图1为本实用新型基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统的摄像头的结构示意图；
图2为本实用新型基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统的工作路线图。
图中：1、遮罩；2、滤光镜；3、底座。
具体实施方式
有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。
请参照图1，本实用新型基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统，主要包括相互连接的智能图像采集和运动识别装置、智能图像处理单元、目标动作检测装置、数据计算装置；所述智能图像采集和运动识别装置上加设有滤光镜。所述智能图像采集和运动识别装置为摄像头，由底座3及底座上的遮罩1构成，在遮罩内部的底座上设置有安装有滤光镜2的探头。
智能图像获取技术
红外摄像机在采集视频时，不仅采集到运动的目标物体(或者人体)，而且也同时采集到周围凌乱的环境，并通过采集卡输送到计算机里，使用智能的图像处理单元，将视频流中的目标数据从复杂的图像中识别并分离出来。
虚拟现实中场景建模技术
在虚拟现实技术中，虚拟三维空间建模的好坏是产生沉浸感和真实感的先决条件.通过欧氏3D空间算法建立真实的3D空间模型，计算出准确的空间坐标矢量和实际空间的映射关系，解决虚拟世界的构造问题。
运动轨迹识别技术
通过特定算法在视频流数据中分离出运动或静止的人体目标，将人体目标的肢体动作进行标定并将人体的手臂、头部、躯干等识别出来并与标准的人体骨骼匹配，并计算出人体各个部分运动的空间3D坐标和轨迹，驱动动画工作以达到教育、动漫和教育相关领域应用的实现。
运动目标实时捕捉跟踪技术
对进入视频采集区的目标物体进行实时跟踪，图像采集帧率可达60fps，对于每一帧的采点精确度可达到99.5％以上。
从技术路线上来说，智能图像采集是基于视频的人体运动肢体检测技术，就是在视频图像序列中将人体的运动部位从图像帧中抽取出来。人体检测是人体运动分析的基础，是人体运动捕捉和姿态识别领域的关键技术。人体运动部位的有效分割对人体运动的跟踪、识别、互动等后期处理起着至关重要的作用，直接影响其最终的效果。
在人体运动分析时，把人体视为多个刚体组成的连接性物体，即简化为某种骨架模型。骨架模型中各个连接点即人的关节点的坐标是十分重要的，得到了关节点的坐标就可以求出关节的角度变化情况以及整个人体或者人体各个环节的运动情况，进而得到关节的运动轨迹，将其和人体运动模型匹配，并驱动模型使其完成和人体相同的动作。
从工作路线上来说如图2所示。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，非用以限定本实用新型的专利范围，其他运用本实用新型的专利精神的等效变化，均应俱属本实用新型的专利范围。
Claims (2)
1.基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统，主要包括相互连接的智能图像采集和运动识别装置、智能图像处理单元、目标动作检测装置、数据计算装置；其特征在于：所述智能图像采集和运动识别装置上加设有滤光镜。
2.如权利要求1所述的基于智能图像采集和运动识别技术的3D互动系统，其特征在于：所述智能图像采集和运动识别装置为摄像头，由底座及底座上的遮罩构成，在遮罩内部的底座上设置有安装有滤光镜的探头。
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