一种光学标识点及光学动作捕捉系统及其控制方法与流程

本发明属于光化学材料领域，尤其是基于该材料的光学动作捕捉领域，具体地，涉及一种光学标识点及光学动作捕捉系统及其控制方法。

背景技术：

动作捕捉是一门综合计算机图形学、电子、机械、光学、计算机视觉等技术捕捉目标对象的肢体、表情、动作产生的三维数据，并对数据进行分析的技术方法。目前，动作捕捉技术不断发展，常用的动作捕捉可以分为机械式、声学式、电磁式、光学式。光学式动作捕捉是基于计算机视觉原理，由多个高速相机从不同角度对目标特征点的监视和跟踪来进行动作捕捉的技术。理论上对于空间中的任意一个点，只要它能同时为两部相机所见，就可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。这类系统采集传感器通常都是光学相机，不同的是目标传感器类型不一，一种是在物体上不额外添加标记，基于二维图像特征或三维形状特征提取的关节信息作为探测目标，这类系统可统称为无标记点式光学动作捕捉系统，另一种是在物体上粘贴标记点作为目标传感器，这类系统称为标记点式光学动作捕捉。光学式动作捕捉的优点是数据准确、捕捉空间大、速度快、标定简单、表演者受限小，缺点是现场光需要控制。

目前，对于室外动作捕捉，主动式光学动作捕捉系统存在只能在一定程度上进行室外动作捕捉且存在捕捉精度不够高的缺点。而被动式光学动作捕捉系统，受到视场内阳光干扰存在不适于室外应用的缺点。

针对目前的弊端，我们亟需一种光学标识点，其表面至少一部分包覆红外吸收材料，部分为红外反射材料，当所在环境红外干扰较弱时，通过红外反射材料反射红外光进行定位，当所在环境红外干扰较强时，通过红外吸收材料吸收红外光进行定位，从而可以减弱环境光线对动作捕捉系统的干扰。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种光学标识点及光学动作捕捉系统及其控制方法。

根据本发明的一个方面，提供一种光学标识点，所述光学标识点的至少一部分由红外吸收材料组成。

优选地，所述红外吸收材料可以为如下材料中的任一种或任多种：

有机类吸收材料；以及

无机类吸收材料。

优选地，所述有机类吸收材料包括如下材料中的任一种或任多种：

菁染料；

酞菁染料

硫代双烯染料；

芳甲烷类染料；以及

醌型染料。

进一步地，所述无机类吸收材料包括如下材料中的任一种或任多种：

金属微粒；

无机化合物；以及

半导体纳米粒子。

进一步地，所述的有机吸收材料，其中菁染料与硫代双烯镍染料混合染料的制备工艺流程为：

a.将红外吸收染料0.15wt％菁染料nir775和0.2wt％硫代双烯镍染料nir858加入到二氯甲烷中,通过磁力搅拌，得到均一的溶液；

b.将丙烯酸树脂与树脂固化剂加入到含有红外吸收染料的溶液中，继续使用磁力搅拌器搅拌，体系分散均匀后得到红外线吸收涂层材料；

c.将红外吸收涂层材料包覆在光学标识点上,包覆厚度为0.2mm。

进一步地，所述红外吸收材料外部覆盖有透明膜。

进一步地，所述红外吸收材料吸光度a(a为absorbance缩写)为：≥0.1。

进一步地，所述红外吸收材料吸光度a为：≥0.5。

进一步地，所述红外吸收材料包覆面积为：≥1％。

进一步地，所述红外吸收材料被设置于朝向光学识别装置的方向。

进一步地，所述红外吸收材料形状为轴对称。

进一步地，所述光学标识点上的红外吸收材料与红外反射材料呈间隔分布。

进一步地，所述光学标识点上的红外吸收材料的数目≥1。

进一步地，所述光学标识点上的红外吸收材料的数目≥2。

进一步地，所述光学标识点上的红外吸收材料被设置为如下情形中的任一种：

散布于所述光学标识点上；或

多个红外吸收材料组成一个圆形或三角形或四边形或直线。

本发明的另一个方面，提供了一种光学动作捕捉系统，至少包括：光学标识点、动作捕捉相机、信号传输设备以及数据处理工作站，且所述光学标识点为前述光学标识点。

本发明的另一个方面，提供了一种光学动作捕捉控制方法，用于基于红外进行光学动作捕捉，具体包括如下步骤：

a.接收来自至少一个光学标识点的反馈光线，其中所述反馈光线被所述光学标识点上红外吸收材料减弱。

进一步地，所述光学标识点为前述光学标识点。

本发明为了解决目前运动捕捉系统不能有效减少环境光线干扰的缺点，提供了一种光学标识点，用于基于红外的光学动作捕捉，还提供了一种基于所述光学标识点的光学动作捕捉系统及其光学动作捕捉控制方法，本发明的特点在于，光学标识点上至少有一部分包覆红外吸收材料，在强红外光环境下，红外吸收材料吸收红外光，动作捕捉镜头以红外吸收材料部分定位光学标识点，在弱红外光条件下，红外反射材料反射红外光，动作捕捉镜头以红外反射材料部分定位光学标识点，从而实现了在各种光照环境下均可准确获取光学标识点的信息，受环境光线影响小，动作捕捉准确高效，具有极高的商业价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明的第一实施例的，红外吸收材料散布于所述光学标识点上的结构示意图；

图2示出根据本发明的第二实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一个圆形的结构示意图；

图3示出根据本发明的第三实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一个三角形的结构示意图；

图4示出根据本发明的第四实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一个四边形的结构示意图；

图5示出根据本发明的第五实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一条直线的结构示意图；

图6示出本发明的另一方面的，一种光学动作捕捉系统的模块示意图；

图7示出本发明的另一方面的，一种光学动作捕捉控制方法的流程图；

图8示出了本发明的第六实施例的，有机类红外吸收材料的工艺流程图；

图9示出了本发明的第七实施例的，有机类红外吸收材料的制备样品；

图10示出了本发明的第八实施例的，nir756吸收剂不同添加量下的光学标识点吸光度；

图11示出了本发明的第九实施例的，nir858吸收剂不同添加量下的光学标识点吸光度；

图12示出了本发明的第十实施例的，制备样品吸光度值与吸收剂添加量关系表；以及

图13示出了本发明的第十一实施例的，透过率与波长关系曲线图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施例的，红外吸收材料散布于所述光学标识点上的结构示意图。

优选地，所述红外吸收材料可以为如下材料中的任一种或任多种：有机类吸收材料；以及无机类吸收材料。本领域技术人员理解，有机类吸收材料主要有菁染料、酞菁染料、硫代双烯染料、芳甲烷类染料，以及醌型染料等，其中菁染料具有高摩尔消光系数，即对光的吸收能力较强，菁染料的吸收波长可调范围较大，无机类吸收材料主要有金属微粒、无机化合物、半导体纳米粒子等，无机类红外吸收材料的吸收能力稍弱，但耐光性非常优异。

进一步地，有机类红外吸收材料的制备及性能测试的具体实施例如下：

1.1原料

聚碳酸酯(拜耳3208型)、液状石蜡、二氯甲烷，红外吸收染料分别为蒽醌染料nir756、硫代双烯镍染料nir858。

1.2工艺流程

图8示出了本发明的第六实施例的，有机类红外吸收材料的工艺流程图，如图9所示，使用染料-高聚物混合的方法将红外吸收染料作为功能添加剂分散在聚碳酸酯中，然后将红外吸收材料包覆在光学标识点上。包覆厚度为2.5mm。

1.3性能测试

如图10所示，将nir756和nir858分别加入到pc材料中制备了试样。对比2种吸收剂在二氯甲烷中与pc基材中的吸光度。在包覆厚度不变的前提下，改变红外吸收染料的添加量制备了一系列包覆厚度为2.5mm光学标识点，1#～4#添加吸收剂nir756，5#～8#添加吸收剂nir858，红外吸收染料的添加量分别为0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％和0.04wt％。所制备样品的颜色表现为绿色，且颜色随着吸收剂的添加量加大而不断加深。

a组为分别添加0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％和0.04wt％nir756吸收剂的光学标识点。b组为分别添加0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％和0.04wt％nir858吸收剂的光学标识点。选择吸收区的两端820nm处和960nm处进一步分析了样品的吸光度值见图12。

如图10、11所示：可以看到，在本实验的吸收剂添加量水平下(≤0.04wt％)，近红外吸收材料的吸光度与红外吸收染料添加量呈现出良好的线性关系。

进一步地，有机类红外吸收材料的制备及性能测试的另一具体实施例如下：

2.1原料

红外吸收染料菁染料nir775、硫代双烯镍染料nir858、丙烯酸树脂、树脂固化剂、二氯甲烷

2.2工艺流程

首先，将红外吸收染料0.15wt％菁染料nir775和0.2wt％硫代双烯镍染料nir858加入到二氯甲烷中，通过磁力搅拌，得到均一的溶液；然后，将丙烯酸树脂与树脂固化剂加入到含有红外吸收染料的溶液中，继续使用磁力搅拌器搅拌，体系分散均匀后得到红外线吸收涂层材料。然后将红外吸收涂层材料包覆在光学标识点上。包覆厚度为0.2mm。

2.3性能测试

图13透过率与波长关系曲线图

t为透过率(t是transmittance缩写,t＝1/10^a)。

如图13所示：采用nir775添加量0.15wt％，nir858添加量0.20wt％。将两种吸收剂混合添加到基体中制备了红外吸收材料，并涂布在光学标识点上，涂布厚度为0.2mm，其透过率曲线如上图所示。测试表明，在700～930nm区间内形成了一个连续且强烈的吸收区，这个区间内的平均透过率为0.10％，吸光度a≥3。可以充分吸收掉红外线干扰光，是一种吸光性能较好的光学标识点。

进一步地，所述红外吸收材料外部覆盖有透明膜，本领域技术人员理解，透明膜的作用一是使得增透红外线，二是保护红外吸收材料。

进一步地，所述红外吸收材料吸光度a(a为absorbance缩写)为：≥0.1。

进一步地，所述红外吸收材料吸光度a为：≥0.5，本领域技术人员理解，吸光度a是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数lg(l0/l1)，其中l0为入射光强，l1为透射光强，即a＝lg(1/t)，其中，a为吸光度(a为absorbance缩写)，t为透过率(t是transmittance缩写)。

进一步地，所述红外吸收材料包覆面积为：≥1％，本领域技术人员理解，红外吸收材料包覆面积低于1％时，对红外光的有效吸收不够，当环境的红外光较强时，运动捕捉相机捕捉到的标识点红外吸收材料的衰减不强烈，不能利用红外吸收材料有效定位标识点。

进一步地，所述红外吸收材料被设置于朝向光学识别装置的方向，本领域技术人员理解，红外吸收材料朝向光学识别装置，光照到光学识别点上时，红外线才能被光学识别点上的红外吸收材料吸收，从而捕捉到运动动作。

进一步地，所述红外吸收材料形状为轴对称，本领域技术人员理解，轴对称的红外吸收材料使得对红外线的吸收是均匀对称的，从而光学识别装置识别到的光学标识点形状也是对称的，不会影响对光学标识点的识别。

进一步地，所述光学标识点上的红外吸收材料与红外反射材料呈间隔分布，本领域技术人员理解，间隔分布可以避免光学标识点上的红外吸收材料分布过于集中，从而对红外线的吸收比较均匀，从而在环境中红外线干扰较强时，可以通过红外吸收材料定位标识点，而当环境中红外线较弱时，可以通过红外反射材料起定位作用。

进一步地，所述光学标识点上的红外吸收材料的数目≥1。

进一步地，所述光学标识点上的红外吸收材料的数目≥2，本领域技术人员理解，红外吸收材料数目太少无法实现有效吸收红外线的作用。

图2示出根据本发明的第二实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一个圆形的结构示意图，本领域技术人员理解，圆形结构为轴对称结构。

进一步地，本实施例的其他要求同图1所示实施例，在此不予赘述。

图3示出根据本发明的第三实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一个三角形的结构示意图，本领域技术人员理解，三角形可以为轴对称结构，例如等腰三角形、等边三角形。

进一步地，本实施例的其他要求同图1所示实施例，在此不予赘述。

图4示出根据本发明的第四实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一个四边形的结构示意图，本领域技术人员理解，四边形结构可以为轴对称结构，例如长方形、正方形等。

进一步地，本实施例的其他要求同图1所示实施例，在此不予赘述。

图5示出根据本发明的第五实施例的，光学标识点上的多个红外吸收材料组成一条直线的结构示意图，本领域技术人员理解，直线为轴对称结构。

进一步地，本实施例的其他要求同图1所示实施例，在此不予赘述。

图6示出根据本发明的另一个方面，一种光学动作捕捉系统的模块示意图，具体地，至少包括如下模块:

光学标识点、动作捕捉相机、信号传输设备以及数据处理工作站。

进一步地，所述动作捕捉设备为高分辨率摄像机，负责捕捉光学识别点，摄像镜头数目≥2，一般会随着捕捉的细致程度确定摄像机的数目。

进一步地，所述信号传输设备用来完成大量的运动数据从动作捕捉设备到数据处理工作站的传输。

进一步地，所述信息处理工作站将捕捉到的数据经过修正、处理后，全面获取关键部件与变量的动态信息，实时显示或者记录回放关键部件运动。

进一步地，所述信息处理工作站，至少具备红外强衰减机器视觉信息的数据与信息处理，能够有效降低阳光中红外光的干扰影响，实现在强光照条件下的动作捕捉。

进一步地，所述光学标识点即为前述光学识别点，本领域技术人员理解，当环境为弱红外光条件时，光学标识点上的红外反射材料反射红外光明显，动作捕捉镜头捕捉到的图像突出反射图像，获得红外强反射机器视觉信息，信息处理工作站对该红外强反射机器视觉信息进行处理，当环境为强红外光照条件时，光学标识点上的红外吸收材料吸收红外光，动作捕捉镜头捕捉到的图像突出衰减图像，获得红外强衰减机器视觉信息，信息处理工作站对该红外强衰减机器视觉信息进行处理。

图7示出了本发明的另一个方面，一种光学动作捕捉控制方法的流程图，具体地，包括如下步骤：

进入步骤s101，接收来自至少一个光学标识点的反馈光线，其中所述反馈光线被所述光学标识点上红外吸收材料减弱，本领域技术人员理解，光学标识点上至少一部分被红外吸收材料覆盖，当环境光为强红外光照条件时，即为晴天、室外等环境，红外吸收材料可以吸收环境中的红外光，降低红外反射强度，因此在可视图像上突出显示出的为红外吸收材料的部分光学标识点的图像，该部分光学标识点灰暗，即获得强红外衰减机器视觉信息；

当环境光为弱红外光照条件时，即为阴天、室内等环境，标识点的红外吸收材料吸收红外光不明显，反馈光线减弱但不明显，此时光学标识点上红外反射材料部分反射红外光明显，可视图像上突出显示的为红外反射部分的光学标识点图像，该部分光学标识点明亮，即获得强红外反射机器视觉信息；

对于一个光学标识点，不论是强红外光照条件还是弱红外光照条件，均可以捕捉到该点位置；

相似地，对于多个光学标识点，动作捕捉镜头可以对所述多个光学标识点进行红外成像，获得多个光学标识点的信息，从而可以获得目标对象的动作信息，完成对目标对象动作的连续记录。

进一步地，所述光学标识点为前述光学标识点。

本发明提供了一种光学标识点，用于基于红外的光学动作捕捉，还提供了一种基于所述光学标识点的光学动作捕捉系统及其光学动作捕捉控制方法，可以减弱红外光对光学动作捕捉的干扰，实现各种光照条件下的光学动作捕捉。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。