本发明涉及舞台艺术的立体动作拍摄处理技术领域，特别涉及一种基于柔性传感器的舞蹈动态影像捕捉和还原系统及控制方法。
背景技术：
现代舞台艺术包括舞蹈、话剧、歌舞剧等表演形式，为了给观众呈现良好的视觉效果，对于表演者的立体动作捕捉和还原技术显得十分重要。现有的摄像机动作捕捉一般采用单摄像头，在拍摄不同的视角时，需要增加两三个机位，但立体动作的捕捉则不同，一个画面至少要两个镜头才能出现立体效果。人眼之所以能产生立体感，是因为两眼之间有一段距离，距离导致了两眼看到物体的角度不同，因而大脑接收到的画面也不同，在经过大脑的运算组合之后，两幅图片便成了具有一张立体感的图像(如图1所示)。
常规的立体动态图像捕捉主要是通过单台或多台摄像机对表演者的动作进行平面或立体摄录，从而获得表演者的动作构成，再对捕捉的图像和动作进行多角度还原，另外表演者在拍摄时，要穿上布满捕捉点的紧身衣裤，通过一套“协同工作摄影机”，形成一个捕捉舞台，专门拍摄从演员身上反射过来的光线，将这些数据传输到电脑中，从而构成整个特效镜头，最后再进行后期处理，将前面的图像和数据进行整合并还原。但目前的技术难实现对表演者在舞台或剧场的动作进行多角度重构，也无法反馈演员的身体状况和情绪调控是否到位等问题，特别是无法考虑多表演者的动作一致和重复性。由于常规的立体动作捕捉摄录系统为双镜头，如果要提高捕捉系统的效果，则需要昂贵的多镜头阵列组，立体化图像和动作捕捉多镜头阵列系统对表演者的动作和距离捕捉精度取决于光学系统的测距和不同镜头的精确定位关系(特别是多镜头阵列)，但出于运输和装配的原因，镜头之间的间距一般较紧凑，当捕捉大范围和广视角场景中的细微动作难免会有较大的系统误差。此外，在常规的动态影像捕捉和还原系统主要依靠光学系统的精度等决定着捕捉和还原动作的质量，但由于镜头拍摄角度的限制，很难获得演员全方位的位置信息，当演员人数较多时，受镜头数量限制，对每个演员的还原精度就会下降，立体效果大打折扣。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提出一种基于柔性传感器的舞蹈动态影像捕捉和还原系统，通过可穿戴柔性传感器和基座标定系统相结合的方案，不仅提升表演者动态影像捕捉的视角和各个体位还原精度，而且可以在线获得表演者的体征等生物学数据(如脉搏跳动速率)，辅助计算机分析演员的身体状况(如体能是否充沛)和心理状态，为表演者和编导分析编排的合理性(如特定时间段内演员的体能消耗强度是否过大)以及演员展现的感染力是否到位等提供帮助。
本发明的另一目的在于提出基于柔性传感器的舞蹈动态影像捕捉和还原系统的控制方法。
为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：
一种基于柔性传感器的舞蹈动态影像捕捉和还原系统，包括图像捕捉系统、agps总系统、agps分系统、同步模块、柔性传感器、数据分析模块、以及图像还原和数据输出系统；所述同步模块与图像捕捉系统、agps总系统、以及图像还原与数据输出系统连接；所述数据分析模块与图像还原和数据输出系统连接，所述agps分系统设置在舞台空间四角；所述柔性传感器由表演者佩戴在身体上；所述柔性传感器与agps定位结合，获取表演者的实时运动信息，再由同步模块将捕捉到的影像与实时运动信息进行同步，同时通过数据分析模块分析表演者的体征信息，最后将图像还原和输出数据；
所述图像捕捉系统用于捕捉表演者的动作并对捕捉的图像和动作进行多角度还原；
所述agps分系统用于从多角度向表演者佩戴的柔性传感器发送射频信号；并将反馈信息发送agps总系统；
所述柔性传感器用于获取传感器佩戴部位的实时运动信息，并将此信息反馈至agps分系统；此外，柔性传感器还用于将表演者的体征信息发送至数据分析模块；
所述agps总系统用于将agps分系统的反馈信息进行汇总；所述反馈信息为各传感器佩戴部位的实时运动信息；
所述同步模块用于通过帧同步算法，将图像捕捉系统与agps总系统接收到的反馈信息进行同步，并将同步信息发送至图像还原与输出系统；
所述数据分析模块用于对接收到的柔性传感器发送的演员的体征信息进行分析，并将最终数据发送至图像还原与数据输出系统。
作为优选的技术方案，所述图像捕捉系统为双镜头摄影机。
作为优选的技术方案，所述传感器佩戴部位包括脖子、手腕、以及膝盖。
作为优选的技术方案，所述传感器佩戴部位的实时运动信息包括传感器佩戴部位的速度、角速度、以及到基准点的相对距离。
作为优选的技术方案，所述agps总系统具体为tk-911型tkstargps定位器；所述agps分系统具体为a6型多基站定位器，至少包括4-8个基准点。
作为优选的技术方案，所述同步模块包括客户端和服务器，所述客户端采用finalcutpro视频编辑软件，用于上传操作指令；所述服务器采用macpro高配，用于广播操作指令来进行画面帧前进。
作为优选的技术方案，所述数据分析模块对演员的体征信息进行分析，有效确认表演者的体能状况和情绪表达是否到位；所述数据分析模块包括eq-radio情绪检测仪和spss软件；所述表演者的体征信息包括脉搏的跳动速度和呼吸速率。
作为优选的技术方案，所述图像还原与输出系统具体为applemacintosh和photoshop软件。
基于柔性传感器的舞蹈动态影像捕捉和还原系统的控制方法，包括下述步骤：
s1、双镜头摄像机捕捉其镜头范围内的影像，同时，柔性传感器将演员不同部位的信息，包括相对位置、速度和角速度，发送到agps分系统，再经agps总系统汇总，发送至同步模块；
s2、将双镜头摄影机捕捉的影像和agps数据发送至同步模块后，利用帧同步算法，对影像和数据进行同步，具体步骤如下：
(1)同步随机数种子；
(2)客户端上传操作指令，所述指令包括对当前画面的操作和当前帧索引以及实时数据；
(3)服务器广播客户端的操作；若无操作，也要广播空指令来驱动画面帧前进；
(4)为实现画面的回放，客户端请求到操作文件再执行一次服务器记录所有的操作；
(5)上述步骤(1)-(4)操作完成后将处理后的数据发送至图像还原与数据输出系统；
s3、数据分析模块中，eq-radio情绪检测仪对柔性传感器发送的演员的体征信息进行分析，包括表演者的体能状况以及相应剧情的情绪表达是否到位，并将信息发送至图像还原与数据输出系统；spss软件对演员的体征数据信息同过去积累的信息进行对比分析，判断表演者的体能状况。
本发明的工作原理如下：
首先，摄影机捕捉表演者的动作并对对捕捉的图像和动作进行多角度还原。同时，agps分系统从多角度向表演者佩戴的柔性传感器发送射频信号，柔性传感器将佩戴部位到agps分系统的距离、佩戴部位的速度和角速度等信息反馈至分系统，再经agps总系统汇总。此外，柔性传感器将表演者的体征信息发送至数据分析模块，辅助演员和编导分析表演过程中的体征变化和情感波动；其次，同步模块通过帧同步算法，将图像捕捉系统和agps信息进行同步(对其相同时段不同部位的信息进行分析和计算，尤其是对处在摄像机盲区的部位进行还原，使3d效果更佳逼真)，并发送至数图像还原和数据输出系统，最后，由图像还原和数据输出系统展现所拍摄的画面。
本发明相对于现有技术具有如下的优点和效果：
(1)本发明采用基座标定系统和可穿戴柔性传感器与双镜头捕捉系统相结合的方式，辅助传统摄影机更好的捕捉摄影机盲区内的体位，实现了对表演者在舞台或剧场上的动作的多角度重构，产生立体感更强的3d影像，并且很好地解决了传统摄像机拍摄视角较窄的问题，使拍摄范围更广、反馈信息更丰富、还原效果更逼真。
(2)本发明通过柔性传感器在线获得表演者的体征等生物学数据(如脉搏跳动速率)，辅助计算机分析演员的身体状况(如体能是否充沛)和心理状态，为表演者和编导分析编排的合理性(如特定时间段内演员的体能消耗强度是否过大)以及演员展现的感染力是否到位等提供帮助。
(3)本发明将基座标定系统和可穿戴柔性传感器与传统摄影技术相结合，并辅以同步模块以及实时运动的距离、速度和角度等数据分析模块的结果，有效提升表演者动态影像捕捉的视角和各个体位的还原精度。
附图说明
图1为背景技术中立体化图像原理示意图。
图2为本实施例系统的结构原理示意图；其中，标注说明：1、图像捕捉系统；2、agps总系统；3、agps分系统；4、同步模块；5、柔性传感器；6、数据分析模块；7、图像还原和数据输出系统；8、室内。
图3为本实施例系统的信号控制流程示意图。
图4(a)-图4(b)为本实施例的图像捕捉系统改善前后的对比示意图；其中，图4(a)为传统形式的图像捕捉系统的捕捉效果示意图，图4(b)为改善后的图像捕捉系统的捕捉效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
如图2所示，一种基于柔性传感器的舞蹈动态影像捕捉和还原系统，包括图像捕捉系统1、agps总系统2、agps分系统3、同步模块4、柔性传感器5、数据分析模块6、以及图像还原和数据输出系统7；所述同步模块4与图像捕捉系统1、agps总系统2、以及图像还原与数据输出系统连接6；所述数据分析模块6与图像还原和数据输出系统连接7，所述agps分系统3设置在室内8的舞台空间四角；所述柔性传感器5由表演者佩戴在身体上；所述柔性传感器与agps定位结合，获取表演者的实时运动信息，再由同步模块将捕捉到的影像与实时运动信息进行同步，同时通过数据分析模块分析表演者的体征信息，最后将图像还原和输出数据；
所述图像捕捉系统1用于捕捉表演者的动作并对捕捉的图像和动作进行多角度还原；
如图3所示，所述agps分系统3用于从多角度向表演者佩戴的柔性传感器发送射频信号；并将反馈信息发送agps总系统；
所述柔性传感器5用于获取传感器佩戴部位的实时运动信息，并将此信息反馈至agps分系统；此外，柔性传感器还用于将表演者的体征信息发送至数据分析模块，辅助演员和编导分析演员表过程中的体征变化和情感波动；
所述agps总系统2用于将agps分系统的反馈信息进行汇总；所述反馈信息为各传感器佩戴部位的实时运动信息；
所述同步模块4用于通过帧同步算法，将图像捕捉系统与agps总系统接收到的反馈信息进行同步，并将同步信息发送至图像还原与输出系统7；
所述数据分析模块6用于对接收到的柔性传感器发送的演员的体征信息进行分析，并将最终数据发送至图像还原与数据输出系统。
在本实施例中，所述图像捕捉系统为双镜头摄影机；
所述传感器佩戴部位包括脖子、手腕、以及膝盖；
所述传感器佩戴部位的实时运动信息包括传感器佩戴部位的速度、角速度、以及到基准点的相对距离；
所述agps总系统具体为tk-911型tkstargps定位器；所述agps分系统具体为a6型多基站定位器，至少包括4-8个基准点；
所述同步模块包括客户端和服务器，所述客户端采用finalcutpro视频编辑软件，用于上传操作指令；所述服务器采用macpro高配，用于广播操作指令来进行画面帧前进；
所述数据分析模块对演员的体征信息进行分析，有效确认表演者的体能状况和情绪表达是否到位；所述数据分析模块包括eq-radio情绪检测仪和spss软件；所述表演者的体征信息包括脉搏的跳动速度和呼吸速率；
所述图像还原与输出系统具体为applemacintosh和photoshop软件。
图4(a)所示为传统形式的图像捕捉系统的捕捉效果示意图，由于传统摄像机视角(60°～75°)和机位的限制，很难捕捉到个体全方位的信息，当演员人数较多时就更为困难，因此处于盲区的部位的信息就很难获得较精确补偿量。图4(b)所示为本实施改善后的图像捕捉系统的捕捉效果示意图，通过在舞台空间四角增加四个(或者更多的)定位辅助系统，并结合演员佩戴的柔性传感器，不仅可以辅助摄像机更好的捕捉视角内的动作细节，更可以对摄像机盲区内的细节进行捕捉，同时经柔性传感器将演员的体征等生物信息传输到经计算机处理后获得更加逼真的3d效果，具体控制流程图如图3所示。
本实施例的一种基于柔性传感器的舞蹈动态影像捕捉和还原系统的控制方法，包括下述步骤：
s1、双镜头摄像机捕捉其镜头范围内的影像，同时，柔性传感器将演员不同部位的信息，包括相对位置、速度和角速度，发送到agps分系统，再经agps总系统汇总，发送至同步模块。
s2、将双镜头摄影机捕捉的影像和agps数据发送至同步模块，利用帧同步算法，对影像和数据进行同步，具体步骤如下：
(1)同步随机数种子；
(2)客户端上传操作指令，所述指令包括对当前画面的操作和当前帧索引以及实时数据；
(3)服务器广播客户端的操作；若无操作，也要广播空指令来驱动画面帧前进；
(4)为实现画面的回放，客户端请求到操作文件再执行一次服务器记录所有的操作；
(5)上述步骤(1)-(4)操作完成后将处理后的数据发送至图像还原与数据输出系统；
s3、数据分析模块中，eq-radio情绪检测仪对柔性传感器发送的演员的体征信息进行分析，包括表演者的体能状况以及相应剧情的情绪表达是否到位，并将信息发送至图像还原与数据输出系统；spss软件对演员的体征数据信息同过去积累的信息进行对比分析，判断表演者的体能状况。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求所述为准。