[发明专利]基于椭圆柱的人体躯干建模及手臂区域分割和手臂骨架提取方法

权利要求书

1.一种基于椭圆柱估计的人体模型手臂及手臂骨架的分割提取方法，其特征在于，通过从人体模型的点集中采集两侧肩膀、脊柱中部和脊柱底部的位置坐标并生成类椭圆柱体点集作为躯干模型，并从躯干模型的两侧得到手臂点集，通过投影后得到的平面图中得到三维手臂骨架点集，最后通过从三维手臂骨架点集中与肩膀骨架点和手腕骨架点之间的距离判断得到肩膀骨架点集、手腕骨架点集和手肘骨架点集，从而组成完整人体手臂骨架点集；

所述的方法的具体步骤如下：

第一步、通过像素阈值过滤，从三维坐标下的人体三维点云中得到人体轮廓的中轴线坐标、从人体三维点云中估计得到两侧肩膀、脊柱中部和脊柱底部的位置坐标；

第二步、在人体三维点云中分别生成三个对应包含两侧肩膀、脊柱中部和脊柱底部的位置坐标的椭圆形横截面，根据估计得到的椭圆形横截面的参数，经插值得到类椭圆柱躯干模型；

第三步、将人体三维点云中位于类椭圆柱躯干模型中的点作为人体躯干点，其余作为人体手臂点，将人体手臂点中位于中轴线任意一侧的点集分别投影至对应坐标轴的三个平面；

第四步、选择三个平面的投影中点集所占面积最大的两个投影图进行细化和剪枝处理，得到三维手臂骨架点集，并从三维手臂骨架中依次提取出两侧肩膀、手腕和手肘骨架点集，从而组成一条完整的人体手臂骨架点集。

2.根据权利要求1所述的分割提取方法，其特征是，所述的中轴线，通过以下方式得到：

2.1对人体前景图中的每列进行统计，计算该列中人体前景图中的像素点个数，即前景像素点个数；

2.2计算各列统计的前景像素点个数中的最大值M；

2.3从人体轮廓的一侧向中间查看每列统计的前景像素点个数，当个数大于阈值T时，设定该列为肩膀边缘点x坐标x₁；

2.4从步骤2.3中相对的另一侧向中间查看每列统计的前景像素点个数，当个数大于阈值T时，设定该列为肩膀边缘点x坐标x₂；

2.5人体中轴线位置x坐标即为

3.根据权利要求1所述的分割提取方法，其特征是，所述的椭圆形横截面的参数，通过以下方式得到：

a)使用椭圆一般式拟合点集P，即使用最小二乘法拟合求解，得到椭圆参数长半轴a和短半轴b，即其中：x_i和y_i代表点集P第i个点的坐标；

b)对每个点p∈P，当则将该点p保留在点集P中，否则将p删除，其中ξ是松弛参数；

c)当在步骤b中没有点从点集P里删除或者循环次数达到上限，则步骤a得到的椭圆参数a、b即为椭圆形横截面的长半轴和短半轴；否则，回到步骤a。

4.根据权利要求1所述的分割提取方法，其特征是，所述的插值，采用线性插值实现，线性插值后的类椭圆柱躯干模型中根据不同高度h可对应得到该高度横截面的椭圆参数a_h、b_h。

5.根据权利要求1所述的分割提取方法，其特征是，所述的人体手臂区域分割，具体为：对于躯干上任一高度h，根据步骤三得到类椭圆柱躯干模型得到对应的横截面椭圆参数a_h、b_h，依次判断点云中的任意一点p：其中：x_p和y_p代表点p的坐标，ξ是松弛参数。