CN207732844U - 一种新型面部表情及动作捕捉系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型面部表情及动作捕捉系统，其结构简单，成本低，结构合理，可靠性高，可调节性好。本实用新型包含用于捕捉人体动作的摄像头调节组件和用于捕捉人体面部表情的面部捕捉组件；所述摄像头调节组件包含设置在人体附近的由多个摄像头组成的摄像头阵列，还包含控制连接所述摄像头阵列的控制器；所述面部捕捉组件包含用于采集人体面部表情图像信息的图像信息采集组件、佩戴在人体上的信息接收固定组件和用于显示及处理图像信息采集组件采集到的图像信息的监视器；所述摄像头组件通过设置在头盔后部的线缆连接至所述信息接收固定组件；所述信息接收固定组件包含腰带。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种图像采集系统，具体用于捕捉人体面部表情和人体动作。
背景技术
人体面部表情及人体动作采集是目前发展的较为快速的技术，有着美好的市场前景；面部表情捕捉依靠佩戴在头盔上的摄像头完成，动作采集依靠外部摄像头阵列以及一些佩戴在人体上的传感器完成；
同时进行面部表情采集和动作采集需要的系统目前非常庞大，造成了实施成本过高；低成本的现有装置在采集过程中，摄像头的角度调节无法实现，造成了对焦、调整的困难和繁琐；低成本的现有装置在采集过程中其可靠性也存在隐患，因此急需一种适于大范围推广且成本较低的面部表情及动作捕捉系统。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种新型面部表情及动作捕捉系统，其结构简单，成本低，结构合理，可靠性高，可调节性好。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型面部表情及动作捕捉系统，包含用于捕捉人体动作的摄像头调节组件和用于捕捉人体面部表情的面部捕捉组件；
所述摄像头调节组件包含设置在人体附近的由多个摄像头组成的摄像头阵列，还包含控制连接所述摄像头阵列的控制器；所述摄像头阵列中的每个摄像头安装在支架上，且通过支架上设置的水平传动部件和竖直传动部件分别实现相对于水平面的角度的转动和相对于竖直方向上的角度的转动；所述水平传动部件和竖直传动部件均包含驱动电机；所述驱动电机电连接至所述控制器；所述控制器控制所述驱动电机实现摄像头阵列的中点对准所述人体中点；
所述面部捕捉组件包含用于采集人体面部表情图像信息的图像信息采集组件、佩戴在人体上的信息接收固定组件和用于显示及处理图像信息采集组件采集到的图像信息的监视器；所述图像信息采集组件包含摄像头组件和用于固定摄像头组件的头盔支架组件；
所述摄像头组件通过设置在头盔后部的线缆连接至所述信息接收固定组件；所述信息接收固定组件包含腰带；所述腰带上可拆卸的穿设有用于为所述摄像头组件供电的供电设备和用于将所述摄像头组件采集的图像信息传输至远端的监视器的有线图传发射器；所述监视器通过有线图传接收器与所述有线图传发射器有线通讯。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述供电设备内置有可充电电池；所述供电设备和有线图传发射器均包含长方体结构的壳体，壳体上分别设置有供电接口和有线图传接口；壳体背面设置有用于穿设在腰带上的穿接环；所述有线图传发射器穿设在腰带上后还通过限位环环绕固定；
所述头盔支架组件包含用于佩戴在人体头部的头盔；右底座通过螺钉固定安装在头盔的右侧，右旋转平台安装在右底座上，左底座通过螺钉固定安装在头盔的左侧，左旋转平台安装在左底座上，用于安装摄像头组件的U型连杆的两个自由端分别安装在右旋转平台和左旋转平台上，所述右底座和左底座上都设有球头，所述右旋转平台和左旋转平台都采用矩形块结构形式，所述右旋转平台和左旋转平台上都安装有螺钉和螺母；
所述摄像头组件包含用于固定在U型连杆的弧形端的球关节组装板、用于调节摄像头壳体角度的球关节组件和安装有镜头的摄像头壳体。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述头盔用于佩戴在人体的头部，由人体的头部额头位置延伸覆盖至使用者后脑勺部位；所述头盔包含采用PP材料一体成型的用于佩戴在使用者头部的本体；所述本体由使用者头部额头位置开始分成三部分；分别为用于夹持使用者头部左侧的左夹持部、用于夹持使用者头部右侧的右夹持部和用于夹持使用者头部顶部位置的中间夹持部；
所述左夹持部与右夹持部为形状对称的弧形结构，分别由使用者头部的左侧和右侧延伸至对应一侧的后脑勺位置，且与人体头部左侧和右侧的形状相适应；所述中间夹持部由使用者的头部顶端延伸至使用者的后脑勺位置，且与使用者头部顶端的形状相适应；所述左夹持部、右夹持部和中间夹持部的靠近使用者后脑勺一端互不连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述中间夹持部、左夹持部和右夹持部上开设有用于减轻本体重量的镂空孔；所述左夹持部和右夹持部两侧对称设置有用于组装对外连接件的连接槽；连接槽的结构为圆角矩形结构；连接槽包含槽体，连接槽的槽体上对称开设两个连接孔，连接孔贯穿所述槽体和对应的左夹持部和右夹持部位置；所述对外连接件的连接底板嵌入所述槽体内，且所述连接底板上开设有与连接孔位置对应的螺母固定孔，紧固螺栓经由左夹持部和右夹持部内侧壁穿过所述连接孔和螺母固定孔后，与固定在螺母固定块内的螺母啮合连接；所述连接底板中心设置用于和外部支架连接的连接耳；所述本体中，左夹持部、右夹持部、中间夹持部相分离的部分所占的面积与左夹持部、右夹持部、中间夹持部相连接的部分所占的面积之比为9：1。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述本体的厚度为1.5mm～2mm；所述左夹持部和右夹持部的自由端上均布开设有用于穿设收缩松紧带后将左夹持部和右夹持部连接的收缩限位固定孔。
作为本实用新型的一种优选实施方式：所述支架包含柱子，柱子上安装多个水平传动部件，每个水平传动部件以柱子中心轴线为旋转轴转动，所述竖直传动部件安装在水平传动部件上，所述竖直传动部件包含水平的转轴，竖直传动部件的驱动电机驱动转轴转动，摄像头的背面固定安装在转轴上；所述水平传动部件包含驱动电机以及齿轮传动组件，驱动电机固定安装在柱子上，驱动电机的输出轴安装主动齿轮，被动齿轮与主动齿轮啮合，被动齿轮转动套装在柱子上，被动齿轮的齿面与所述竖直传动部件连接，带动所述竖直传动部件整体沿着水平方向角度的转动；还包含用于测量摄像头阵列与人体之间距离的测距装置，所述测距装置电连接至所述控制器，所述测距装置包含红外测距仪，超声波和深度摄像头；还包含用于测量所述摄像头的角度的转动角度的角度传感器，所述角度传感器电连接至所述控制器。
作为本实用新型的一种优选实施方式：还包含同步控制器，所述同步控制器通过BNC接口分别与所述摄像头调节组件的控制器以及面部捕捉组件的有线图传接收器连接；所述同步控制器的输出接口同样为BNC接口，所述同步控制器包含单片机。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
本实用新型公开的一种新型面部表情及动作捕捉系统，其通过摄像头调节组件采集动作信息，通过面部捕捉组件采集面部表情；整体结构简单，成本低；本实用新型的摄像头调节组件采用控制器结合电机驱动完成集群式的摄像头自动调节采集的功能；其通过控制器的图像识别调节摄像头的角度，达到图像合成无缝拼接；集群式摄像头阵列中每个摄像头的位置固定，但每个摄像头的视角可以两个自由度移动。集群式摄像头阵列的中点对准被照待采集目标的中点，根据集群式摄像头阵列到待采集目标的距离和待采集目标的参数(可通过传感器获得)，可以根据计算出集群式摄像头阵列中每个摄像头应该偏转的位置；进行粗调之后，根据摄像头获取的图片合成计算，细调校准摄像头的角度；
本实用新型的面部捕捉组件将实时采集传输图像表演者图像信息所需要的组件进行了合理的布置；信息接收固定组件佩戴在人体上，使得整个系统的布置更加紧凑，表演者也能够将一些会增加重量的设备分布在腰部，相比全部布置在头盔位置是有非常好的稳定性的；本实用新型的结构可以让头盔位置的重量尽量减小，这样有助于表演者表演过程的自由发挥也能够降低佩戴头盔的不适感；结构合理，可靠。
附图说明
图1为本实用新型的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本实用新型的面部捕捉组件的结构示意图；
图3为本实用新型的面部捕捉组件的头盔的一种具体实施方式的结构示意图；
图4为图3的另一角度的结构示意图；
图5为本实用新型的摄像头调节组件的一种具体实施方式的结构示意图；
图6为本实用新型的摄像头调节组件的一种优选实施方式的结构示意图；
图7为本实用新型的单个摄像头水平方向调整角度的示意图。
附图标记说明：
1-支架，2-摄像头，3-人体，11-柱子，12-水平传动部件，13-竖直传动部件；
101-右底座，102-右旋转平台，103-连杆，104-左底座，105-左旋转平台， 106-头盔；110-摄像头组件，111-线缆；131-腰带，132-腰带扣，133-供电设备，134-有线图传发射器，35-有线图传接口，36-限位环，37-供电接口；
201-镂空孔，202-连接槽，203-左夹持部，204-中间夹持部，205-右夹持部，206-收缩限位固定孔，207-连接孔，208-连接底板，209-对外连接件，210- 螺母固定孔，211-连接耳。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
如图1～7所示，其示出了本实用新型的具体实施例；如图所示，本实用新型公开的一种新型面部表情及动作捕捉系统，包含用于捕捉人体动作的摄像头调节组件和用于捕捉人体面部表情的面部捕捉组件；
所述摄像头调节组件包含设置在人体附近的由多个摄像头组成的摄像头阵列，还包含控制连接所述摄像头阵列的控制器；所述摄像头阵列中的每个摄像头2安装在支架1上，且通过支架1上设置的水平传动部件12和竖直传动部件 13分别实现相对于水平面的角度的转动和相对于竖直方向上的角度的转动；所述水平传动部件和竖直传动部件均包含驱动电机；所述驱动电机电连接至所述控制器；所述控制器控制所述驱动电机实现摄像头阵列的中点对准所述人体中点；
所述面部捕捉组件包含用于采集人体面部表情图像信息的图像信息采集组件、佩戴在人体上的信息接收固定组件和用于显示及处理图像信息采集组件采集到的图像信息的监视器；所述图像信息采集组件包含摄像头组件110和用于固定摄像头组件的头盔支架组件；
所述摄像头组件110通过设置在头盔106后部的线缆连接至所述信息接收固定组件；所述信息接收固定组件包含腰带131；所述腰带上可拆卸的穿设有用于为所述摄像头组件供电的供电设备133和用于将所述摄像头组件采集的图像信息传输至远端的监视器的有线图传发射器134；所述监视器通过有线图传接收器与所述有线图传发射器有线通讯。
优选的，如图2所示：所述供电设备内置有可充电电池；所述供电设备和有线图传发射器均包含长方体结构的壳体，壳体上分别设置有供电接口37和有线图传接口35；壳体背面设置有用于穿设在腰带上的穿接环；所述有线图传发射器穿设在腰带上后还通过限位环36环绕固定；
所述头盔支架组件包含用于佩戴在人体头部的头盔106；右底座101通过螺钉固定安装在头盔的右侧，右旋转平台102安装在右底座上，左底座104通过螺钉固定安装在头盔的左侧，左旋转平台105安装在左底座上，用于安装摄像头组件的U型连杆的两个自由端分别安装在右旋转平台和左旋转平台上，所述右底座和左底座上都设有球头，所述右旋转平台和左旋转平台都采用矩形块结构形式，所述右旋转平台和左旋转平台上都安装有螺钉和螺母；头盔支架组件通过左右的旋转结构实现U型连杆的连接，U型连杆位置的调节实现了第一级别的大范围调节；通过球关节的结构实现了第二级别的大范围角度调节；因此整体调节范围非常更广泛。
所述摄像头组件包含用于固定在U型连杆的弧形端的球关节组装板、用于调节摄像头壳体角度的球关节组件和安装有镜头的摄像头壳体。
优选的，如图3和图4所示：所述头盔用于佩戴在人体的头部，由人体的头部额头位置延伸覆盖至使用者后脑勺部位；所述头盔包含采用PP材料一体成型的用于佩戴在使用者头部的本体；所述本体由使用者头部额头位置开始分成三部分；分别为用于夹持使用者头部左侧的左夹持部203、用于夹持使用者头部右侧的右夹持部205和用于夹持使用者头部顶部位置的中间夹持部204；关于三部分的弹力，由于其具备弧形结构，如果尺寸与当前使用者合适，则刚好佩戴，如果尺寸与当前使用者不合适，则可以在弹力作用下被使用者头部撑开，且保持收紧的弹力；关于弹力的形成，其可以采用现有的PP材料的弹力设计结构接口，比如其不同的弯曲程度对应不同的弹力值，这些完全采用现有技术，只要是具备大多数使用者头部的收缩弹力即可；
所述左夹持部与右夹持部为形状对称的弧形结构，分别由使用者头部的左侧和右侧延伸至对应一侧的后脑勺位置，且与人体头部左侧和右侧的形状相适应；所述中间夹持部由使用者的头部顶端延伸至使用者的后脑勺位置，且与使用者头部顶端的形状相适应；所述左夹持部、右夹持部和中间夹持部的靠近使用者后脑勺一端互不连接。本实施例通过连接槽来实现与外部支架连接的基础，连接槽能够单独通过本身强度的提升来保证对支架的可靠固定；支架部分可以为U型管，U型管的两个自由端固定在所述连接耳上即可；对外连接件嵌入槽体内，有助于提升稳固性以及降低厚度。
优选的，如图3和图4所示：所述中间夹持部、左夹持部和右夹持部上开设有用于减轻本体重量的镂空孔201；所述左夹持部和右夹持部两侧对称设置有用于组装对外连接件的连接槽202；连接槽的结构为圆角矩形结构；连接槽包含槽体，连接槽的槽体上对称开设两个连接孔207，连接孔贯穿所述槽体和对应的左夹持部和右夹持部位置；所述对外连接件的连接底板嵌入所述槽体内，且所述连接底板上开设有与连接孔位置对应的螺母固定孔，紧固螺栓经由左夹持部和右夹持部内侧壁穿过所述连接孔和螺母固定孔后，与固定在螺母固定块内的螺母啮合连接；所述连接底板中心设置用于和外部支架连接的连接耳211；所述本体中，左夹持部、右夹持部、中间夹持部相分离的部分所占的面积与左夹持部、右夹持部、中间夹持部相连接的部分所占的面积之比为9：1。此面积比例，经过我们实验，不仅保证了头盔本体的弹力、强度还能够尽可能的降低了头盔本体的重量。
优选的，如图所示：所述本体的厚度为1.5mm～2mm；所述左夹持部和右夹持部的自由端上均布开设有用于穿设收缩松紧带后将左夹持部和右夹持部连接的收缩限位固定孔206。收缩限位固定孔可以在使用时，防止过大的动作导致三个部分的自由端相互松开；此结构可以将左夹持部和右夹持部相对固定。
优选的，如图5、6、7所示：所述支架包含柱子11，柱子上安装多个水平传动部件，每个水平传动部件以柱子中心轴线为旋转轴转动，所述竖直传动部件安装在水平传动部件上，所述竖直传动部件包含水平的转轴，竖直传动部件的驱动电机驱动转轴转动，摄像头的背面固定安装在转轴上；所述水平传动部件包含驱动电机以及齿轮传动组件，驱动电机固定安装在柱子上，驱动电机的输出轴安装主动齿轮，被动齿轮与主动齿轮啮合，被动齿轮转动套装在柱子上，被动齿轮的齿面与所述竖直传动部件连接，带动所述竖直传动部件整体沿着水平方向角度的转动；还包含用于测量摄像头阵列与人体之间距离的测距装置，所述测距装置电连接至所述控制器，所述测距装置包含红外测距仪，超声波和深度摄像头；还包含用于测量所述摄像头的角度的转动角度的角度传感器，所述角度传感器电连接至所述控制器。
优选的：还包含同步控制器，所述同步控制器通过BNC接口分别与所述摄像头调节组件的控制器以及面部捕捉组件的有线图传接收器连接；所述同步控制器的输出接口同样为BNC接口，所述同步控制器包含单片机。结构采用BNC 结构，输入Genlock Sync信号，并将其协议转换为通用信号General Purpose Sync；本实施例可以很好的动作捕捉与面部捕捉同步。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种新型面部表情及动作捕捉系统，其特征在于：包含用于捕捉人体动作的摄像头调节组件和用于捕捉人体面部表情的面部捕捉组件；
所述摄像头调节组件包含设置在人体附近的由多个摄像头组成的摄像头阵列，还包含控制连接所述摄像头阵列的控制器；所述摄像头阵列中的每个摄像头安装在支架上，且通过支架上设置的水平传动部件和竖直传动部件分别实现相对于水平面的角度的转动和相对于竖直方向上的角度的转动；所述水平传动部件和竖直传动部件均包含驱动电机；所述驱动电机电连接至所述控制器；所述控制器控制所述驱动电机实现摄像头阵列的中点对准所述人体中点；
所述面部捕捉组件包含用于采集人体面部表情图像信息的图像信息采集组件、佩戴在人体上的信息接收固定组件和用于显示及处理图像信息采集组件采集到的图像信息的监视器；所述图像信息采集组件包含摄像头组件和用于固定摄像头组件的头盔支架组件；
所述摄像头组件通过设置在头盔后部的线缆连接至所述信息接收固定组件；所述信息接收固定组件包含腰带；所述腰带上可拆卸的穿设有用于为所述摄像头组件供电的供电设备和用于将所述摄像头组件采集的图像信息传输至远端的监视器的有线图传发射器；所述监视器通过有线图传接收器与所述有线图传发射器有线通讯。
2.如权利要求1所述的一种新型面部表情及动作捕捉系统，其特征在于：所述供电设备内置有可充电电池；所述供电设备和有线图传发射器均包含长方体结构的壳体，壳体上分别设置有供电接口和有线图传接口；壳体背面设置有用于穿设在腰带上的穿接环；所述有线图传发射器穿设在腰带上后还通过限位环环绕固定；
所述头盔支架组件包含用于佩戴在人体头部的头盔；右底座通过螺钉固定安装在头盔的右侧，右旋转平台安装在右底座上，左底座通过螺钉固定安装在头盔的左侧，左旋转平台安装在左底座上，用于安装摄像头组件的U型连杆的两个自由端分别安装在右旋转平台和左旋转平台上，所述右底座和左底座上都设有球头，所述右旋转平台和左旋转平台都采用矩形块结构形式，所述右旋转平台和左旋转平台上都安装有螺钉和螺母；
所述摄像头组件包含用于固定在U型连杆的弧形端的球关节组装板、用于调节摄像头壳体角度的球关节组件和安装有镜头的摄像头壳体。
3.如权利要求1所述的一种新型面部表情及动作捕捉系统，其特征在于：所述头盔用于佩戴在人体的头部，由人体的头部额头位置延伸覆盖至使用者后脑勺部位；所述头盔包含采用PP材料一体成型的用于佩戴在使用者头部的本体；所述本体由使用者头部额头位置开始分成三部分；分别为用于夹持使用者头部左侧的左夹持部、用于夹持使用者头部右侧的右夹持部和用于夹持使用者头部顶部位置的中间夹持部；
所述左夹持部与右夹持部为形状对称的弧形结构，分别由使用者头部的左侧和右侧延伸至对应一侧的后脑勺位置，且与人体头部左侧和右侧的形状相适应；所述中间夹持部由使用者的头部顶端延伸至使用者的后脑勺位置，且与使用者头部顶端的形状相适应；所述左夹持部、右夹持部和中间夹持部的靠近使用者后脑勺一端互不连接。
4.如权利要求3所述的一种新型面部表情及动作捕捉系统，其特征在于：所述中间夹持部、左夹持部和右夹持部上开设有用于减轻本体重量的镂空孔；所述左夹持部和右夹持部两侧对称设置有用于组装对外连接件的连接槽；连接槽的结构为圆角矩形结构；连接槽包含槽体，连接槽的槽体上对称开设两个连接孔，连接孔贯穿所述槽体和对应的左夹持部和右夹持部位置；所述对外连接件的连接底板嵌入所述槽体内，且所述连接底板上开设有与连接孔位置对应的螺母固定孔，紧固螺栓经由左夹持部和右夹持部内侧壁穿过所述连接孔和螺母固定孔后，与固定在螺母固定块内的螺母啮合连接；所述连接底板中心设置用于和外部支架连接的连接耳；所述本体中，左夹持部、右夹持部、中间夹持部相分离的部分所占的面积与左夹持部、右夹持部、中间夹持部相连接的部分所占的面积之比为9：1。
5.如权利要求3所述的一种新型面部表情及动作捕捉系统，其特征在于：所述本体的厚度为1.5mm～2mm；所述左夹持部和右夹持部的自由端上均布开设有用于穿设收缩松紧带后将左夹持部和右夹持部连接的收缩限位固定孔。
6.如权利要求1所述的一种新型面部表情及动作捕捉系统，其特征在于：所述支架包含柱子，柱子上安装多个水平传动部件，每个水平传动部件以柱子中心轴线为旋转轴转动，所述竖直传动部件安装在水平传动部件上，所述竖直传动部件包含水平的转轴，竖直传动部件的驱动电机驱动转轴转动，摄像头的背面固定安装在转轴上；所述水平传动部件包含驱动电机以及齿轮传动组件，驱动电机固定安装在柱子上，驱动电机的输出轴安装主动齿轮，被动齿轮与主动齿轮啮合，被动齿轮转动套装在柱子上，被动齿轮的齿面与所述竖直传动部件连接，带动所述竖直传动部件整体沿着水平方向角度的转动；还包含用于测量摄像头阵列与人体之间距离的测距装置，所述测距装置电连接至所述控制器，所述测距装置包含红外测距仪，超声波和深度摄像头；还包含用于测量所述摄像头的角度的转动角度的角度传感器，所述角度传感器电连接至所述控制器。
7.如权利要求1所述的一种新型面部表情及动作捕捉系统，其特征在于：还包含同步控制器，所述同步控制器通过BNC接口分别与所述摄像头调节组件的控制器以及面部捕捉组件的有线图传接收器连接；所述同步控制器的输出接口同样为BNC接口，所述同步控制器包含单片机。
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