一种动作捕捉系统的动态定位算法技术方案

本发明专利技术公开了一种动作捕捉系统的动态定位算法，涉及动作捕捉技术领域，所述动作捕捉系统中拍摄真实场景的相机固定在可以水平和垂直转动的云台上，每次所述云台运动之后，通过所述动态定位算法，达到精确捕捉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动作捕捉
，尤其是一种动作捕捉系统的动态定位算法。
技术介绍
动作捕捉在尖端武器、飞行器研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域均有广泛应用。而动作捕捉的关键技术问题，主要有跟踪和定位技术以及摄像机标定技术，准确地跟踪感兴趣目标在三维坐标系下的位置以及目标和摄像机之间的相对位置十分重要。传统的动作捕捉实现方法通常需要预先在已知位置上放置基准标记，通过识别和跟踪这些标记来间接跟踪感兴趣目标，其优点是在确定或可控环境下能够实现鲁棒性较高的跟踪效果，缺点是不能实现直接对目标进行三维坐标信息提取和跟踪。
技术实现思路
本专利技术提出的一种动作捕捉系统的动态定位算法，通过动态定位，达到精确捕捉的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种动作捕捉系统的动态定位算法，所述动作捕捉系统中拍摄真实场景的相机固定在可以水平和垂直转动的云台上，每次所述云台运动之后，通过所述动态定位算法，达到精确捕捉，包括以下步骤：步骤1，将初始位置的相机坐标系1原点平移至旋转坐标系的原点，需要一个平移矩阵T：步骤2，相机坐标系绕Xr轴旋转π-β度，由于相机坐标系Xc1轴与旋转坐标系的Xr轴方向相同，且两坐标系的Yc1轴与Yr轴所成角度与Zc1轴与Zr轴所成角度相同，做这样的变换之后，相机坐标系与旋转坐标系重合，绕Xr轴的旋转矩阵Rx：步骤3，将变换后的坐标系绕Zc1轴水平旋转α角，需要一个选择矩阵RZ：步骤4，将相机光线C1平移至位置2时的光心位置C2，这就是步骤1的反变换T-1；步骤5，做围绕Xc1轴的旋转运动使得相机坐标系1与相机坐标系2重合，需要做步骤2的逆变换Rx-1，得出相机坐标系1与相机坐标系2的变换矩阵P：令M＝TRx，则：步骤6，由于云台实际的转动轴很有可能与摄像机坐标系中的ZC轴并不相交，则对于实际的云台运动来讲，还需要将实际的云台坐标系与旋转坐标系做一个坐标系的变换。将云台坐标系变换到旋转坐标系，这需要将云台坐标系的原点平移到旋转坐标的原点处，然后再将云台实际的坐标系绕Zr轴旋转ω角，使两个坐标系重合：则完整的变换公式为：其中，从上面的公式可以看出对于每次旋转运动来讲，M′中的参数ω,β,R,x0,y0,z0，是固定不变的，变化的仅仅是RZ矩阵，只要能够确定运动时候的M′，则每次水平旋转运动之后的射影矩阵P(θ)就仅仅与转动角度θ有关。本专利技术通过提供的的动态定位算法，其有益效果在于：拍摄真实场景的相机固定在可以水平和垂直转动的云台上，每次云台运动之后，通过动态定位，就能使虚拟物体跟随真实场景同步运动，从而达到精确捕捉的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术动态定位算法的推导示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。由射影几何的知识，当摄像机围绕空间中某一直线做旋转运动的时候，相机运动之后的射影参数矩阵仅仅与运动角度和初始射影矩阵有关。在本申请应用的动作捕捉系统中，拍摄真实场景的相机固定在可以水平和垂直转动的云台上，每次云台运动之后，通过动态定位，就能使虚拟物体跟随真实场景同步运动，从而达到精确捕捉。如图1所示，云台从第一个位置1水平旋转角度α到达位置2。图中参数解释如下：1.云台从初始位置1水平旋转运动α角度后到达位置2；2.摄像机主光轴ZC与世界坐标系的XW-O-YW平面夹角为β；3.以云台实际的旋转轴为Zr轴，建立云台坐标系or-xr-yr-zr；4.初始位置时相机的坐标系为C1-XC-YC-ZC，水平旋转α角度之后的相机坐标系为C2-XC-YC-ZC；5.大地坐标系原点取为球场中圈圆心OW，过OW且平行于中线的单位向量取为YW轴，过OW且与球场边线平行的单位向量取为XW轴。由于云台平放在地面上，则大地坐标系与云台坐标系的Z轴相互平行，xroyr面与XWOYW平面相互平行；6.旋转坐标系为一个中间坐标系，它由实际的云台坐标系经过变换得来。取过相机坐标系下的点A:(0,0,-R)且与ZC轴夹角为π-β的单位向量取为Zr轴；取过初始位置时相机的光心OC1且与相机坐标系1的ZC1轴夹角为(π/2-β)的单位向量为Yr轴，Z轴与Y轴的交点为坐标系原点Or，过O且垂直YOZ平面的单位向量为Xr轴。这样初始位置1时的相机坐标系的YC1-OC1-ZC1平面与旋转坐标系的YrOrZr在同一平面上。定位步骤如下：步骤1，将初始位置的相机坐标系1原点平移至旋转坐标系的原点，需要一个平移矩阵T：步骤2，相机坐标系绕Xr轴旋转π-β度，由于相机坐标系Xc1轴与旋转坐标系的Xr轴方向相同，且两坐标系的Yc1轴与Yr轴所成角度与Zc1轴与Zr轴所成角度相同，做这样的变换之后，相机坐标系与旋转坐标系重合，绕Xr轴的旋转矩阵Rx：步骤3，将变换后的坐标系绕Zc1轴水平旋转α角，需要一个选择矩阵RZ：步骤4，将相机光线C1平移至位置2时的光心位置C2，这就是步骤1的反变换T-1；步骤5，做围绕Xc1轴的旋转运动使得相机坐标系1与相机坐标系2重合，需要做步骤2的逆变换Rx-1，得出相机坐标系1与相机坐标系2的变换矩阵P：令M＝TRx，则：步骤6，由于云台实际的转动轴很有可能与摄像机坐标系中的ZC轴并不相交，则对于实际的云台运动来讲，还需要将实际的云台坐标系与旋转坐标系做一个坐标系的变换。将云台坐标系变换到旋转坐标系，这需要将云台坐标系的原点平移到旋转坐标的原点处，然后再将云台实际的坐标系绕Zr轴旋转ω角，使两个坐标系重合：则完整的变换公式为：其中，从上面的公式可以看出对于每次旋转运动来讲，M′中的参数ω,β,R,x0,y0,z0，是固定不变的，变化的仅仅是RZ矩阵，只要能够确定运动时候的M′，则每次水平旋转运动之后的射影矩阵P(θ)就仅仅与转动角度θ有关。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动作捕捉系统的动态定位算法，所述动作捕捉系统中拍摄真实场景的相机固定在可以水平和垂直转动的云台上，每次所述云台运动之后，通过所述动态定位算法，达到精确捕捉，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将初始位置的相机坐标系1原点平移至旋转坐标系的原点，需要一个平移矩阵T：T=1000010Rsinβ00100001]]>步骤2，相机坐标系绕Xr轴旋转π‑β度，由于相机坐标系Xc1轴与旋转坐标系的Xr轴方向相同，且两坐标系的Yc1轴与Yr轴所成角度与Zc1轴与Zr轴所成角度相同，做这样的变换之后，相机坐标系与旋转坐标系重合，绕Xr轴的旋转矩阵Rx：Rx=10000cos(π-β)sin(π-β)00-sin(π-β)cos(π-β)00001]]>步骤3，将变换后的坐标系绕Zc1轴水平旋转α角，需要一个选择矩阵RZ：Rz=cosαsinα00-sinαcosα0000100001]]>步骤4，将相机光线C1平移至位置2时的光心位置C2，这就是步骤1的反变换T‑1；步骤5，做围绕Xc1轴的旋转运动使得相机坐标系1与相机坐标系2重合，需要做步骤2的逆变换Rx‑1，得出相机坐标系1与相机坐标系2的变换矩阵P：P=TRxRzRx-1T-1]]>令M＝TRx，则：M=10000cos(π-β)sin(π-β)Rsinβ0-sin(π-β)cos(π-β)00001]]>P=TRxRzRx-1T-1=MRzM-1]]>步骤6，由于云台实际的转动轴很有可能与摄像机坐标系中的ZC轴并不相交，则对于实际的云台运动来讲，还需要将实际的云台坐标系与旋转坐标系做一个坐标系的变换。将云台坐标系变换到旋转坐标系，这需要将云台坐标系的原点平移到旋转坐标的原点处，然后再将云台实际的坐标系绕Zr轴旋转ω角，使两个坐标系重合：Po2or=100x0010y0001z00001cosωsinω00-sinωcosω0000100001=cosωsinω0x0-sinωcosω0y0001z00001]]>则完整的变换公式为：其中，M′=cosωsinω*cos(π-β)sinω*sin(π-β)x0-sinωcosω*cos(π-β)cosω*sin(π-β)Rsinβ+y00-sin(π-β)cos(π-β)z00001]]>从上面的公式可以看出对于每次旋转运动来讲，M′中的参数ω,β,R,x0,y0,z0，是固定不变的，变化的仅仅是RZ矩阵，只要能够确定运动时候的M′，则每次水平旋转运动之后的射影矩阵P(θ)就仅仅与转动角度θ有关。...

【技术特征摘要】
1.一种动作捕捉系统的动态定位算法，所述动作捕捉系统中拍摄真实场景的相机固定在可以水平和垂直转动的云台上，每次所述云台运动之后，通过所述动态定位算法，达到精确捕捉，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将初始位置的相机坐标系1原点平移至旋转坐标系的原点，需要一个平移矩阵T：T=1000010Rsinβ00100001]]>步骤2，相机坐标系绕Xr轴旋转π-β度，由于相机坐标系Xc1轴与旋转坐标系的Xr轴方向相同，且两坐标系的Yc1轴与Yr轴所成角度与Zc1轴与Zr轴所成角度相同，做这样的变换之后，相机坐标系与旋转坐标系重合，绕Xr轴的旋转矩阵Rx：Rx=10000cos(π-β)sin(π-β)00-sin(π-β)cos(π-β)00001]]>步骤3，将变换后的坐标系绕Zc1轴水平旋转α角，需要一个选择矩阵RZ：Rz=cosαsinα00-sinαcosα0000100001]]>步骤4，将相机光线C1平移至位置2时的光心位置C2，这就是步骤1的反变换T-1；步骤5，做围绕Xc1轴的旋转运动使得相机坐标系1与相机坐标系2重合，需要做步骤2的逆变换Rx-1，得出相机坐标系1与相机坐标系2的变换矩阵P：P=TRxRzRx-1T-1]]>令M＝TRx，则：M=10000cos(π-β)sin(π-β)Rsinβ0-sin(π...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海盟云移软网络科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31