[发明专利]一种融合超宽带定位与惯性传感技术的多人动作捕捉系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像采集及处理技术领域，具体地，涉及一种融合超宽带定位与惯性传感技术的多人动作捕捉系统。

背景技术

运动捕捉技术是发展动漫产业的核心技术，为文化产业发展提供技术保障。三维动画的制作中，在建立了角色的数字模型之后，我们需要根据脚本的要求为模型定义运动，这是一项工作量巨大的工作，也是动画片生产中影响效率提高的瓶颈。运动捕捉技术的应用对动画片制作效率和质量的提高具有重要的意义，本来需要数月来完成的工作应用运动捕捉系统之后只需要短短数日即可完成。应该说运动捕捉技术的应用是动画片制作技术的重大突破，也是今后动画制作技术发展的趋势。

甘肃省十二五规划指出：培养和发展文化产业，重点发展现代传媒、出版发行、文娱演艺、文化旅游等优势产业，加快数字内容及影视动漫、广告会展、文化创意、体育健身等新业态发展。可见，需要以2011年国家文化部科技创新项目：基于微机械室人体动作信息捕捉技术开发及系统研制（编号：201109）为基础，并进一步拓展研究拟实现多人实时运动捕捉技术的研发，因此，基于微机械室人体动作信息捕捉技术开发及系统的研制，是动漫产业发展的核心技术之一，运动控制是制约动漫产业发展的瓶颈问题，尤其是多角色不同运动轨迹的运动控制情形。运动捕捉系统作为动漫产业的核心装备，关系到甘肃“推进文化繁荣发展，建设文化大省”的战略目标的实现。

超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术代表了一种新的共享使用频谱方式， 可用于任何一类通信系统， 其优点是: 传输速率高、系统容量大、低功耗、低成本、抗多径干扰能力和穿透能力强， 其功率谱密度极低， 能与现有通信系统共存，并且能获得比现有无线定位技术更高的测距定位精度。 

上世纪90年代， SCHOLTZR.A.首次提出采用冲激脉冲进行跳时调制用于多址通信系统，这篇具有里程碑式意义的论文开启了对UWB理论进行系统研究的先河，此后，UWB技术日渐成为当前无线通信研究中的热点，空间位置信息的获取是通信及信息科学领域的前沿课题之一。对于脉冲无线电超宽带（Impulse Radio Ultra-Wideband，简称IR-UWB）技术， 其脉冲宽度仅为纳秒（ns）或亚纳秒级，因此，UWB定位技术引起了学术界和业界的极大关注IEEE802.15.4a标准将UWB作为定位应用的首选技术。最新的FCC报告为UWB雷达与传感器应用开放了更宽的频带: 5.925~7.250GHz，16.2~17.7GHz，23.12~29.0GHz.UWB定位研究的著名学者FONTANA总结了近年来UWB测距应用，从不同精度需求和应用场合，可分为精确测距系统、防冲撞系统和入侵检测系统，可见UWB在精确定位测距领域的重要之处。

精密资产定位系统（Precision Asset Location System，简称PALS），是以测距为基础的精确定位系统，2003年美国海军研究机构开发了符合FCC民用规范的PALS650工作频段范围包括在3.1~10.6GHz之间。定位方式采用无线定位技术（Time Difference of Arrival，简称TDOA），在同步丢失（Lost of synchronous，简称LOS）环境下定位范围可达200m，接收信噪比（signal-to-noise ratio，简称SNR）较高时采用平均处理后的定位精度接近0.08m。

基于UWB定位技术的成熟度和精确度，在短距离范围内提供高速无限数据传输也将是UWB的重要应用领域，如果拟研发的多人动作实时捕捉技术将应用超宽带定位技术对多人动作捕捉系统中的表演者进行精确定位，则能提高多人实时运动捕捉系统中众多表演者之间相互位置的精确性。

而传统的基于接收信号的强度指标（Received Signal Strength Indicator，简称RSSI）信号强弱判断的射频识别即（Radio Frequency Identification，简称RFID，又称电子标签、无线射频识别）、Zigbee（是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，是一种低速短距离传输的无线网络协议）、WIFI【是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术】等射频技术，只能实现区域判断和位置感知的功能，并且受现场环境和天气环境影响比较大，系统的稳定性和可靠性十分不理想。能定位的，定位精度也在3-5米以上，不能做精确控制应用。