[发明专利]基于红外跟踪技术的人体运动特征捕捉系统

说明书

技术领域

本发明涉及使用红外跟踪技术捕捉人体运动特征，并实现人体运动特征识别。具体涉及红外跟踪、动作捕捉、动作识别领域。

背景技术

近年来，随着计算机科学和传感器技术的快速发展，动作捕捉技术在游戏设计，运动分析，舞蹈采集，虚拟现实等技术中得到了越来越广泛的应用，而人体运动视觉分析是其中最活跃的研究方向之一。现有的视频式及光学式动作捕捉是人体运动特征分析的主要手段,特别是目前应用广泛的光学式动作捕捉，光学式动作捕捉可以分为主动式和被动式两种，其主要区别在于主动式捕捉的采用发光二极管等主动发光设备，而被动式捕捉的主要则采用涂有特殊材质从而在摄像机的捕捉下会显得格外明亮的小球，无论主动式还是被动式动作捕捉所需设备复杂，都需在人体各部位进行标记，并且各种成像设备价格昂贵，检测及识别算法复杂度高，运算量大。

本发明利用单个红外探测器实现对人体运动特征中的运动路径及运动方向识别，无需在人体各部位进行标记，期望提供一种基于红外跟踪技术的人体运动特征捕捉系统。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有技术中存在的不足，提供一种基于红外跟踪技术的人体运动特征捕捉系统。

本发明提供的基于红外跟踪技术的人体运动特征捕捉系统，包括红外跟踪器和人体运动特征捕捉数据处理设备；

所述的红外跟踪器：采用单个红外探测器，用于探测人体运动特征中的运动路径及运动方向。红外探测器为近距离的敏感红外探测器并且可调节焦距。

所述的人体运动特征捕捉数据处理设备：包括数据采集模块、运动特征分析模块。

数据采集模块：接收从所述单个红外探测器采集的信号并产生二维数据文件。

运动特征分析模块：将接收到的数据采集模块产生的二维数据文件存储并且提取运动特征频谱和STFT能量特征，并进行分析识别。

所述的红外跟踪器捕捉人体运动特征的方法是：

将红外探测器安装在距离地面2m高的墙壁上，根据红外探测器的角度，确定探测器的明暗视区。红外探测器对人体穿过的明暗视区的运动进行跟踪，获得有效的红外信号。

其基本原理为：当人体穿越红外探测器明暗视区时,探测器输出时变信号的峰值正负相间。信号相邻过零点的时间差可以反映一定的运动趋势,即运动方向由近到远时,穿越明暗区的时间将增加,过零点的时间将变长;而从远处向近处运动时,穿越明暗区的时间将减少,过零点时间相应的变短;如果沿着圆弧路径运动过零点的时间差将保持不变;若随机行走则过零点的时间也表现出随机性。信号过零点的时间变化趋势可以利用信号的短时傅里叶变换（STFT）频谱能量来表示。离散STFT把时变信号分解到时间—频率域,从而提供每个信号频谱能量随时间的演化趋势。基于上述原理，红外跟踪器实现对人体运动特征的捕捉。

所述的人体运动特征捕捉数据处理设备进行人体运动特征的识别方法包括：

步骤1：数据采集模块采集红外探测器探测的预先定义的6种不同人体运动特征信号，同时产生二维数据文件；6种不同人体运动包括：运动1为沿与探测器中心线夹角分别为+45°、方向从近到远的运动；运动2为沿与探测器中心线夹角分别为+45°、方向从远到近的运动；运动3为沿与探测器中心线夹角分别为-45°、方向从近到远的运动；运动4为沿与探测器中心线夹角分别为-45°、方向从远到近的运动；运动5为沿垂直于探测器中心线或弧线路径的运动；运动6为随机行走路径、随机方向的运动。

步骤2：运动特征分析模块将数据采集模块产生的二维数据文件存储。

步骤3：运动特征分析模块从二维数据文件中提取运动特征参数，包括运动特征频谱和STFT能量特征，并通过获得的运动特征频谱和STFT能量特征对人体运动特征进行分析。

步骤4：运动分析模块通过对数据进行降维和分类，完成对单一运动特征和融合运动特征的识别。

本发明的优点和积极效果：

基于红外跟踪技术的人体运动特征捕捉系统是比较和分析现有的人体运动特征捕捉技术相关发展情况、实现方式和优缺点下提出的，目前主流的人体运动特征捕捉方案的检测及识别算法复杂度高,运算量大。基于红外跟踪技术的人体运动特征捕捉系统克服在其他运动特征捕捉系统存在的信号在传输过程中受到干扰而漂移的问题，捕捉精度也大大的提高。

附图说明：

图1系统结构图。

图2是运动特征定义图，图中，a为运动1、2的运动特征图；b为运动3、4的运动特征图；c为运动5的运动特征图；d为运动6的运动特征图。