行业案例

姿态分析光学式运动捕捉

  • 日期 2022-12-05
  • 作者dfgdfert
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  通过布置在视场中的多个光学透镜,从不同角度捕捉固定在人体/物体表面的反射标志的位置信息,并捕捉其动作姿态。根据被摄物体/人的不同特征,光学动态姿态分析捕捉还可以分为未标记点光学运动捕捉系统和标记点光学运动捕捉系统。


  (1)无标记点光学原理运动捕捉:


  第一种方法是基于普通视频图像的运动捕捉


  第二种是基于主动热源照射分离前景和背景信息的红外相机图像的运动捕捉,也称为热能型运动捕捉,其原理与第一种类似。


  第三个是三维深度信息的运动捕捉。该系统基于结构光编码投影,可以实时获取视场中物体的三维深度信息,根据三维形状检测人体轮廓,提取关节运动轨迹。


  总的来说,无标记点运动捕捉还是存在一些问题,比如动态捕捉准确率低,运动变形等。


  (2)标记点光学原理运动捕捉:


  标记光学运动捕捉系统通过多个光学相机从各个角度捕捉附着在被捕捉物体/人关键节点上的标记点,并实时传输到数据处理工作站。利用三角测量原理计算出该点的精确空间坐标,进而计算出骨骼的六自由度运动。主动和被动光学动态捕捉根据标记点的类型进行分类。


  A.活跃的


  以LED为识别点,将LED贴在人体的关节处,然后用电缆连接供电。


  优势:


  跟踪精度高,识别鲁棒性好。并且自带光源,室内室外皆可使用,不受场地限制。


  缺点:


  运动失真——时序编码的LED识别原理依靠摄像头采集每个时刻多个标记点的成像识别ID,破坏了同步性,有效动作帧的采样率低,不适合捕捉快速动作和数据分析;


  精度低———LED标记点的可视角度小,往往将两个摄像头集成在一个光学移动捕捉镜头中进行近距离采集,这种狭窄的基线结构直接影响视觉三维测量的精度;


  成本翻倍——和上一个问题一样,运动时运动遮挡造成数据丢失是必然的。要解决盲目遮挡的问题,只有镜头数量翻倍,设备成本也会上升;


  人数有限——仍受时序编码原理限制,系统只能携带一定数量的识别点,通常不超过2人同时进行动态抓拍采集。


  B.消极的


  在被动式光学运动捕捉系统中,反射式标记点附着在被捕获物体/人的关键节点上,光学运动相机发出的红外光被标记表面的反射涂层反射到运动相机中,在三维空间中定位该点。


  优势:


  技术成熟,精度高,采样率高,延时低,定位准确,无障碍性能,标记点成本低,点的增加和分布灵活,也适用于水下环境。


  缺点:


  环境约束——被动标志点自身不发光,通过调节光学相机的阈值来采集。阳光直射或其他反射物的干扰会影响捕捉效果;


  无遮挡阻力——一旦运动过程中反光标志点被完全遮挡,就会造成运动错位,后期需要手动修复数据,或者使用光线和惯性混合的方法避免遮挡。