一种动作捕捉节点的标定方法、标定系统及标定基站与流程

本发明涉及动作捕捉技术领域，特别是涉及一种动作捕捉节点的标定方法、标定系统及标定基站。

背景技术：

当前的动作捕捉在使用中有若干个节点，每个节点的采集身体不同部位的姿态信息，然后传给上位机，上位机在显示时需要将数据区分是哪一个节点的数据。现有标定方案是每个节点在生产时烧录不同的应用程序，假设有17个节点，则需要17个程序，并且在硬件上需要做区分，生产时容易导致混淆，下错程序，生产效率很低，生成成本高。用户在使用时，也是根据节点上的文字提示，在固定的部位穿戴固定的节点，比如在头部就只能穿戴头部节点，不仅使用不便，如果用户穿错，还会导致数据错误，进而导致动作捕捉的失败。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种动作捕捉节点的标定方法、标定系统及标定基站，所述标定方法、标定系统和标定基站能够实现无区别节点的标定，生产商在生产节点时不需要区分节点，不需要给不同的节点下载不同的程序，不需要开发不同的模具，存放时也不需要专门做区分，这可大大提高生产效率，降低生产成。同时，在使用时也不需要区分节点，无需按照规定好的位置进行穿戴，可先穿戴后标定，标定时间短，学习成本低，对用户友好，具有良好的应用前景，便于推广实施。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种动作捕捉节点的标定方法，所述标定方法包括：

获取标定基站发出的旋转激光束，所述旋转激光束包括旋转轴相互垂直的两束面激光；

以一束所述面激光的旋转轴为x轴、另一束所述面激光的旋转轴为y轴建立直角坐标系；

获取标定时间基准、各个动作捕捉节点的脉冲信号、旋转激光束的扫描速度及各个动作捕捉节点在所述直角坐标系中的相对位置；

记录各个脉冲信号的实际到达时间；

根据所述标定时间基准、所述实际到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角；

根据各个所述夹角及所述相对位置标定各个动作捕捉节点，其中，在x轴方向上，x轴夹角大的动作捕捉节点的横坐标大于x轴夹角小的动作捕捉节点的横坐标；在y轴方向上y轴夹角大的动作捕捉节点的纵坐标大于y轴夹角小的动作捕捉节点的纵坐标。

可选的，所述根据所述标定时间基准、所述实际到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角，具体包括：

根据所述标定时间基准和各个脉冲信号的所述实际到达时间确定各个脉冲信号的脉冲到达时间，所述脉冲到达时间包括x轴脉冲到达时间和y轴脉冲到达时间；

根据所述脉冲到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角，所述夹角包括x轴夹角和y轴夹角。

可选的，所述根据所述标定时间基准和各个脉冲信号的所述实际到达时间确定各个脉冲信号的脉冲到达时间，具体包括：

根据公式：δtx＝tx-t0，确定x轴脉冲到达时间，其中，δtx表示x轴脉冲到达时间，tx表示x轴脉冲的实际到达时间，t0表示标定时间基准；

根据公式：δty＝ty-t0，确定y轴脉冲到达时间，其中，δty表示y轴脉冲到达时间，ty表示y轴脉冲的实际到达时间。

可选的，所述根据所述脉冲到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角，具体包括：

根据公式：θx＝δtx×ωx，确定x轴夹角，其中，θx表示x轴夹角，ωx表示旋转轴为x轴的面激光的扫描速度；

根据公式：θy＝δty×ωy，确定y轴夹角，其中，θy表示y轴夹角，ωy表示旋转轴为y轴的面激光的扫描速度。

一种动作捕捉节点的标定系统，所述标定系统包括：

旋转激光束获取模块，用于获取标定基站发出的旋转激光束，所述旋转激光束包括旋转轴相互垂直的两束面激光；

坐标系建立模块，用于以一束所述面激光的旋转轴为x轴、另一束所述面激光的旋转轴为y轴建立直角坐标系；

标定信息获取模块，用于获取标定时间基准、各个动作捕捉节点的脉冲信号、旋转激光束的扫描速度及各个动作捕捉节点在所述直角坐标系中的相对位置；

记录模块，用于记录各个脉冲信号的实际到达时间；

夹角确定模块，用于根据所述标定时间基准、所述实际到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角；

节点标定模块，用于根据各个所述夹角及所述相对位置标定各个动作捕捉节点，其中，在x轴方向上，x轴夹角大的动作捕捉节点的横坐标大于x轴夹角小的动作捕捉节点的横坐标；在y轴方向上y轴夹角大的动作捕捉节点的纵坐标大于y轴夹角小的动作捕捉节点的纵坐标。

可选的，所述夹角确定模块包括：

脉冲到达时间确定单元，用于根据所述标定时间基准和各个脉冲信号的所述实际到达时间确定各个脉冲信号的脉冲到达时间，所述脉冲到达时间包括x轴脉冲到达时间和y轴脉冲到达时间；

夹角确定单元，用于根据所述脉冲到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角，所述夹角包括x轴夹角和y轴夹角。

可选的，所述脉冲到达时间确定单元包括：

x轴脉冲到达时间确定子单元，用于根据公式：δtx＝tx-t0，确定x轴脉冲到达时间，其中，δtx表示x轴脉冲到达时间，tx表示x轴脉冲的实际到达时间，t0表示标定时间基准；

y轴脉冲到达时间确定子单元，用于根据公式：δty＝ty-t0，确定y轴脉冲到达时间，其中，δty表示y轴脉冲到达时间，ty表示y轴脉冲的实际到达时间。

可选的，所述夹角确定单元包括：

x轴夹角确定子单元，用于根据公式：θx＝δtx×ωx，确定x轴夹角，其中，θx表示x轴夹角，ωx表示旋转轴为x轴的面激光的扫描速度；

y轴夹角确定子单元，用于根据公式：θy＝δty×ωy，确定y轴夹角，其中，θy表示y轴夹角，ωy表示旋转轴为y轴的面激光的扫描速度。

一种动作捕捉节点的标定基站，所述标定基站用于标定动作捕捉节点，所述标定基站包括：硅光电池、旋转光束产生装置、处理器和光电池解码电路，其中，

所述旋转光束产生装置用于产生旋转激光束，所述旋转激光束包括旋转轴相互垂直的两束面激光；每个所述动作捕捉节点上设置有一个所述硅光电池，且各个所述硅光电池的敏感区对应所述旋转光束产生装置的出射光路设置；所述光电池解码电路与所述硅光电池连接，所述光电池解码电路用于解码解析所述硅光电池发出的信号获得各个动作捕捉节点的脉冲信号，所述处理器与所述光电池解码电路连接，所述处理器用于根据所述的标定方法标定各个所述动作捕捉节点。

可选的，所述旋转光束产生装置包括：外转子电机、平面镜、一字透镜和激光发生器，其中，

所述平面镜和所述一字透镜均固设于所述外转子电机的外壳，所述平面镜设置在所述激光发生器的出射光路上，所述一字透镜设置在所述平面镜的反射光路上。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的动作捕捉节点的标定方法、标定系统及标定基站，首先以标定基站发出的旋转激光束中的一束面激光的旋转轴为x轴、另一束面激光的旋转轴为y轴建立直角坐标系；然后记录各个动作捕捉节点对应的脉冲信号的实际到达时间，根据标定时间基准、实际到达时间和旋转激光束的扫描速度确定各个脉冲信号与直角坐标系的坐标轴的夹角；最后将各个夹角按照大小关系进行排序后，与各个动作捕捉节点在直角坐标系中的相对位置进行对照实现标定，在x轴方向上，x轴夹角大的动作捕捉节点的横坐标大于x轴夹角小的动作捕捉节点的横坐标；在y轴方向上y轴夹角大的动作捕捉节点的纵坐标大于y轴夹角小的动作捕捉节点的纵坐标。可见，本发明能够实现无区别节点的标定，生产商在生产节点时不需要区分节点，不需要给不同的节点下载不同的程序，不需要开发不同的模具，存放时也不需要专门做区分，这可大大提高生产效率，降低生产成。同时，在使用时也不需要区分节点，无需按照规定好的位置进行穿戴，可先穿戴后标定，标定时间短，学习成本低，对用户友好，具有良好的应用前景，便于推广实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种动作捕捉节点的标定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种动作捕捉节点的标定系统的结构框图；

图3为本发明实施例提供的一种动作捕捉节点的标定基站的结构框图；

图4为本发明实施例提供的标定基站与节点的位置示意图；

图5为本发明实施例提供的旋转光束产生装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的直角坐标系的示意图；

图7为本发明实施例提供的节点穿戴位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种动作捕捉节点的标定方法、标定系统及标定基站，所述标定方法、标定系统和标定基站能够实现无区别节点的标定，生产商在生产节点时不需要区分节点，不需要给不同的节点下载不同的程序，不需要开发不同的模具，存放时也不需要专门做区分，这可大大提高生产效率，降低生产成。同时，在使用时也不需要区分节点，无需按照规定好的位置进行穿戴，可先穿戴后标定，标定时间短，学习成本低，对用户友好，具有良好的应用前景，便于推广实施。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种动作捕捉节点的标定方法的流程图。如图1所示，一种动作捕捉节点的标定方法，所述标定方法包括：

步骤101：获取标定基站发出的旋转激光束，所述旋转激光束包括旋转轴相互垂直的两束面激光；

步骤102：以一束所述面激光的旋转轴为x轴、另一束所述面激光的旋转轴为y轴建立直角坐标系；

步骤103：获取标定时间基准、各个动作捕捉节点的脉冲信号、旋转激光束的扫描速度及各个动作捕捉节点在所述直角坐标系中的相对位置；

步骤104：记录各个脉冲信号的实际到达时间；

步骤105：根据所述标定时间基准、所述实际到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角；

步骤106：根据各个所述夹角及所述相对位置标定各个动作捕捉节点，其中，在x轴方向上，x轴夹角大的动作捕捉节点的横坐标大于x轴夹角小的动作捕捉节点的横坐标；在y轴方向上y轴夹角大的动作捕捉节点的纵坐标大于y轴夹角小的动作捕捉节点的纵坐标。

具体地，所述步骤105：根据所述标定时间基准、所述实际到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角，具体包括：

根据所述标定时间基准和各个脉冲信号的所述实际到达时间确定各个脉冲信号的脉冲到达时间，所述脉冲到达时间包括x轴脉冲到达时间和y轴脉冲到达时间。

其中，根据公式：δtx＝tx-t0，确定x轴脉冲到达时间，其中，δtx表示x轴脉冲到达时间，tx表示x轴脉冲的实际到达时间，t0表示标定时间基准；

根据公式：δty＝ty-t0，确定y轴脉冲到达时间，其中，δty表示y轴脉冲到达时间，ty表示y轴脉冲的实际到达时间。

根据所述脉冲到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角，所述夹角包括x轴夹角和y轴夹角。

其中，根据公式：θx＝δtx×ωx，确定x轴夹角，其中，θx表示x轴夹角，ωx表示旋转轴为x轴的面激光的扫描速度；

根据公式：θy＝δty×ωy，确定y轴夹角，其中，θy表示y轴夹角，ωy表示旋转轴为y轴的面激光的扫描速度。

图2为本发明实施例提供的一种动作捕捉节点的标定系统的结构框图。如图2所示，一种动作捕捉节点的标定系统，所述标定系统包括：

旋转激光束获取模块201，用于获取标定基站发出的旋转激光束，所述旋转激光束包括旋转轴相互垂直的两束面激光；

坐标系建立模块202，用于以一束所述面激光的旋转轴为x轴、另一束所述面激光的旋转轴为y轴建立直角坐标系；

标定信息获取模块203，用于获取标定时间基准、各个动作捕捉节点的脉冲信号、旋转激光束的扫描速度及各个动作捕捉节点在所述直角坐标系中的相对位置；

记录模块204，用于记录各个脉冲信号的实际到达时间；

夹角确定模块205，用于根据所述标定时间基准、所述实际到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角；

节点标定模块206，用于根据各个所述夹角及所述相对位置标定各个动作捕捉节点，其中，在x轴方向上，x轴夹角大的动作捕捉节点的横坐标大于x轴夹角小的动作捕捉节点的横坐标；在y轴方向上y轴夹角大的动作捕捉节点的纵坐标大于y轴夹角小的动作捕捉节点的纵坐标。

具体地，所述夹角确定模块205包括：

脉冲到达时间确定单元，用于根据所述标定时间基准和各个脉冲信号的所述实际到达时间确定各个脉冲信号的脉冲到达时间，所述脉冲到达时间包括x轴脉冲到达时间和y轴脉冲到达时间。

进一步地，所述脉冲到达时间确定单元包括：

x轴脉冲到达时间确定子单元，用于根据公式：δtx＝tx-t0，确定x轴脉冲到达时间，其中，δtx表示x轴脉冲到达时间，tx表示x轴脉冲的实际到达时间，t0表示标定时间基准；

y轴脉冲到达时间确定子单元，用于根据公式：δty＝ty-t0，确定y轴脉冲到达时间，其中，δty表示y轴脉冲到达时间，ty表示y轴脉冲的实际到达时间。

夹角确定单元，用于根据所述脉冲到达时间和所述扫描速度确定各个脉冲信号与所述直角坐标系的坐标轴的夹角，所述夹角包括x轴夹角和y轴夹角。

进一步地，所述夹角确定单元包括：

x轴夹角确定子单元，用于根据公式：θx＝δtx×ωx，确定x轴夹角，其中，θx表示x轴夹角，ωx表示旋转轴为x轴的面激光的扫描速度；

y轴夹角确定子单元，用于根据公式：θy＝δty×ωy，确定y轴夹角，其中，θy表示y轴夹角，ωy表示旋转轴为y轴的面激光的扫描速度。

图3为本发明实施例提供的一种动作捕捉节点的标定基站的结构框图。图4为本发明实施例提供的标定基站与节点的位置示意图。如图3和图4所示，一种动作捕捉节点的标定基站，所述标定基站用于标定动作捕捉节点1，所述标定基站包括：硅光电池2、旋转光束产生装置3、处理器4和光电池解码电路5，其中，

所述旋转光束产生装置3用于产生旋转激光束，所述旋转激光束包括旋转轴相互垂直的两束面激光；每个所述动作捕捉节点1留有用于设置一个所述硅光电池2的开孔，且各个所述硅光电池2的敏感区对应所述旋转光束产生装置3的出射光路设置；所述光电池解码电路5与所述硅光电池2连接，硅光电池2接收到光信号后传给光电池解码电路5，所述光电池解码电路5用于解码解析所述硅光电池2发出的信号获得各个动作捕捉节点的脉冲信号，所述处理器4与所述光电池解码电路5连接，所述处理器4用于根据所述的标定方法标定各个所述动作捕捉节点。本实施例中，所述光电池解码电路5选用的是ts3633芯片，所述硅光电池2为bpw34光电二极管。

图5为本发明实施例提供的一种旋转光束产生装置的结构示意图。如图5所示，所述旋转光束产生装置3包括：外转子电机301、平面镜302、一字透镜303和激光发生器304，其中，

所述平面镜302和所述一字透镜303均固设于所述外转子电机301的外壳，所述平面镜302设置在所述激光发生器304的出射光路上，所述一字透镜303设置在所述平面镜302的反射光路上。激光发生器304发出一束激光后，照射在平面镜302上，光路改变后从一字透镜303射出，由于一字透镜303的存在，使得激光由原来的线激光变成了面激光，经过外转子电机301的转动使得整个空间都能接收到激光信号。

本发明的实施过程如下：

步骤1：在每个动作捕捉节点上增加一个额外的硅光电池，用来接收标定基站所发出的x轴方向和y轴方向的红外激光。

步骤2：使用者将节点不做区别的随便穿戴在身体的相应部位上，但需要保证硅光电池的敏感区在前面，不被遮挡。

步骤3：打开标定基站，基站会有两束旋转激光射出，x轴的激光从基站表面由左至右扫描，y轴的激光从基站表面由上至下扫描。如图6所示，设当激光平面同基站表面垂直时为零时刻，对于x轴激光而言，如果节点在零平面的左面，则为正，如果节点在零平面的右面，则为负。对于y轴激光而言，如果节点在零平面的上面，则为正，如果节点在零平面的下面则为负。

步骤4：如图7所示，保证使用者成“大”字型站立，此时每个节点的硅光电池均会接收到由基站发出的两束激光信号。处理器根据各个节点收到两束激光的时间及各节点的相对位置就可以判定该节点处在身体的哪个位置。x轴方向的8个节点对应的夹角关系为：θx1＞θx2＞θx3＞θx4＞θx5＞θx6＞θx7＞θx8，θxi表示第i个节点对应的x轴夹角，y轴的情况与之类似不再赘述。处理器完成标定工作，将节点的id发给上位机，至此，整个标定过程结束。

本发明提供了一种无区别节点的标定方法、标定系统及标定基站，各个节点在生产中不需要下载不同的程序，不需要开发不同的模具，存放时也不需要专门做区分，能够大大提高生产效率，节约生产费用。在使用时，不需要按照规定好的位置进行穿戴，先穿戴后标定，标定时间短，学习成本低，对用户友好，具有良好的应用前景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。