一种基于立体相机的骨架信息动作特征提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种骨架信息动作特征提取方法，尤其是涉及一种基于立体相机的骨 架信息动作特征提取方法。
【背景技术】
[0002] 人体运动特征在生物医学工程、物理疗法、医学诊断和康复学中都有所研究。对人 体运动特征的检测不仅在疗养院、医院等场所有广泛需求，在安全防护、战场侦察等领域也 有很多应用。在运动性能分析、视觉监视、生物测量学发展的推动下，提取和分析不同的人 体运动的方法受到广泛重视。
[0003] 目前，最通用的检测人体运动特征的方法是使用视觉图像序列。但是视觉感知人 体运动会受到距离、光线变化、服饰变化以及人体各部位在外观上遮挡的影响，检测性能降 低。雷达做为一种电磁传感器，由于作用距离远，白天和黑夜都可以工作且具有穿透墙体和 地面的能力，也常被用于对人体运动特征的检测。但是传统雷达的工作频率较低，人体运动 的微多普勒效应影响很小，在噪声环境下人体运动的特征更加难以进行高分辨人体目标运 动特征检测。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、应用方 便的立体相机提取骨架信息的动作特征的表示方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于立体相机的骨架信息动作 特征提取方法，包括以下步骤：
[0006] (1)利用立体相机获取人体各个关节点的坐标；
[0007] (2)确定人体坐标系；
[0008] (3)计算相机坐标系到人体坐标系的第一位置矩阵，所述的第一位置矩阵包括旋 转部分矩阵和平移部分矩阵；
[0009] (4)计算人体各个关节点到相机坐标系的第二位置矩阵；
[0010] (5)计算人体各个关节点关于人体坐标系的相对位置，并将该相对位置作为动作 识别的所需特征的一部分；
[0011] (6)对相邻两帧之间的旋转平移矩阵进行平滑化处理，并累加相邻两针之间的变 化量，得出从动作开始到当前时刻人体坐标系的平移变化量和旋转变化量；
[0012] (7)生成当前时刻的特征向量。
[0013] 所述的人体坐标系的原点0为人体左肩L及右肩R的连接线和人体对称轴的交点为 原点，所述的人体坐标系的X轴为原点〇到左肩L的射线，所述的人体坐标系的y轴为原点0到 人体中心T的射线，所述的人体坐标系的z轴与所述的X轴和y轴所在的平面垂直并满足右手 定则。
[0014] 所述的步骤(3)具体为:设立体相机获取的人体左肩L的坐标为(eXL，eY L，eZL)，人体 右肩R的坐标为(eXR，eYr，eZR)，人体中心T的坐标为( eXT，eΥτ，eZT)，旋转部分矩阵为 ("/?，则所 述的第一位置矩阵G尸二f q ，其中，qPcqrg为平移部分矩阵，qPcqrg = [ G0x，G0y，G0Z ]τ，
[0015]所述的旋转部分矩阵为通过式(1)计算得到，
[0017] 其中，瓦表示人体右肩到左肩的向量，元)表示人体中心到人体坐标系原点的向 量，蘇表示人体右肩到人体中心的向量，.麼X M D
[0018] 所述的步骤(4)具体为:将所述的第一位置矩阵中的旋转部分矩阵正交化，得到第 二位置矩阵，所述的第二位置矩阵为：
[0020] 其中，#为旋转部分矩阵，u和λ满足叩μ,為又,）_仏。由于通 过采集到的点云数据所计算的基于三个左肩、右肩和躯心得到的旋转部分矩阵不一定正 交，因此需要将旋转部分矩阵正交化，
[0021] 所述的步骤(5)具体为:将人体各个关节点的坐标通过坐标变换换算到人体坐标 系中，得到人体各个关节点关于人体坐标系的相对位置，解决了视角变化在动作识别中的 影响;但对于四肢运动区别不明显的动作序列，还需增加人体坐标系在运动中的变化，用以 区别例如旋转，跳跃等动作。
[0022] 所述的平滑化处理具体为：对求得的相邻两帧之间的旋转平移矩阵进行算术平 均。由于人体运动等效成为一个刚体，人体的运动在相邻两帧之间的变化较为平缓，不会发 生突变，因此对得到的相邻两帧之间的变化量进行平滑化处理。
[0023]所述的步骤(7)具体为:将步骤(5)中的相对位置与步骤(6)中的平移变化量和旋 转变化量作为当前时刻的特征向量。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0025] (1)本发明通过建立人体坐标系，从而不需要对场景信息进行建模，避免了计算水 平或者垂直参考坐标系所引入的额外误差；
[0026] (2)本发明的方法在识别出人体后，通过计算人体关节点相对于人体坐标系的相 对位置，解决了视角变化在动作识别中的影响；
[0027] (3)在实际测试中，本方法通过累加相邻两帧之间的变化量，减小了误差，提高动 作识别的准确率；
[0028] (4)本发明使用的立体相机弥补了传统单目相机在空间信息的丢失的缺陷，而且 由于比双目相机以及T0F相机具有价格优势，应用越来越广泛，提高了骨架的识别精度和能 力。
【附图说明】
[0029] 图1为本申请一种基于立体相机的骨架信息动作特征提取方法的流程图；
[0030] 图2为人体坐标系的不意图；
[0031 ]图3为t时刻人体从A点运动到B点的变换示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0033] 如图1所示，一种基于立体相机的骨架信息动作特征提取方法，包括以下步骤：
[0034] (1)利用立体相机获取人体各个关节点的坐标；
[0035] (2)确定人体坐标系，如图2所示，人体坐标系的原点0为人体左肩L及右肩R的连接 线和人体对称轴的交点为原点，人体坐标系的X轴为原点〇到左肩L的射线，人体坐标系的y 轴为原点〇到人体中心T的射线，人体坐标系的z轴与X轴和y轴所在的平面垂直并满足右手 定则。
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