[发明专利]在成像系统中具有非刚性部分的人体表示

说明书

在成像系统中的具有非刚性部分的人体表示。为了人体表示，在人口内变化的骨长度或其它尺寸特性被合并到所述骨骼的几何模型中。所述几何模型可针对形状或组织建模被标准化，允许形状的建模而不使数据驱动形状模型的方面致力于长度或其它尺寸特性。在给定数据驱动形状模型的相同数目或范围的部件的情况下，形状的更大或更精细的细节可被建模，因为部件不致力于尺寸特性。

背景技术

本实施例涉及人体表示系统。成人身体具有206个骨头、多于600个骨骼肌和遍及人口的发散的脂肪组织分布，使人体成为要有效和高效地建模的复杂对象。然而，由于在医学扫描、计算机视觉、计算机图形和人类-计算机交互中的新兴应用，此类表示正变得越来越合乎需要。

在分析人体的外部形式（即身体姿势和形状）时，考虑负责创建外部形式的底层结构是有益的。在对人体建模中常见的此解剖学角度是支持几层可变形组织（包括肌肉、脂肪组织和皮肤）的关节式骨骼（articulated skeleton）。这些部件中的每个被建模并以各种方式合并以得到计及身体姿势和形状的变化的表示。

解剖学启发的几何身体模型是一个方法。使用几何模型来表示每个解剖学部件（例如骨骼、肌肉、脂肪和组织）。目标是具有人体的非常现实的表示，以便可合成具有各种姿势和形状的现实实例。这些方法通常用于计算机动画应用，其中可牺牲效率以便实现在视觉上更令人愉快的实例。在一个示例中，在上部身体中的大部分骨头和肌肉被建模，导致具有68个骨头（147个自由度）和814个骨骼肌的表示，其中每个肌肉使用分段线段模型（即肌肉组织的理想化）被建模。基于物理学的软组织模型创建高质量皮肤表面。此类模型被预期合成非常现实的实例，但是骨骼系统具有多于100个自由度，且肌肉系统具有要控制的数百个额外的参数。因此，在拟合情形中使用此类模型不是非常可行的。

用于拟合的另一方法是数据驱动身体模型，例如人的形状完成与动画（SCAPE）。对于大部分非图形应用，更简单或足够复杂的骨骼系统（例如15-20个刚性部分）仍然可被几何地表示。代替使用可变形组织的几何表示，数据驱动方法对数层可变形组织建模。这使由于姿势（例如骨头或骨骼的取向）引起的变形与由于形状（即人特定的尺寸和其它特性）引起的变形去耦且单独地表示每个。骨骼部分在除了取向之外的特性方面是刚性的或固定的，允许对取向的解决方案。不同地，使用线性子空间来对形状变形建模，允许患者特定的变化。因此，形状空间覆盖由于在骨骼系统中的变化和可变形组织两者引起的所有人特定的身体形状变形。即使这是直观表示，但是由于所处理的变化的量，形状空间是有限的。

发明内容

作为介绍，下面所述的优选实施例包括用于人体表示的方法、系统、指令和计算机可读介质。骨长度或在人口内变化的其它尺寸特性被合并到骨骼的几何模型中。几何模型可针对形状或组织建模被标准化，允许骨骼的建模而不是使数据驱动形状模型的各方面致力于长度或其它尺寸特性。在给定数据驱动形状模型的相同数目或范围的部件的情况下，形状的更大或更精细的细节可被建模，因为部件不致力于（commit to）尺寸特性。

在第一方面中，提供用于人体表示的系统。成像系统配置成对具有外部姿势和形状的人成像。建模器配置成使具有非刚性部分的关节式树结构骨骼模型变形到外部姿势，该变形包括使关节式树结构骨骼的非刚性部分的长度适应于人的外部姿势，并使网格模板变形到具有所适应的标准化长度的形状。存储器配置成基于已变形的骨骼模型和已变形的网格模板来存储该人的人体表示。

在第二方面中，提供用于人体表示的方法。传感器捕获表示身体的实例的数据集。身体的骨骼被建模为具有可变长度的骨头。身体的形状使用从培训数据学习的线性子空间被建模。线性子空间从可变长度去耦。骨骼和然后的形状被拟合到身体的实例的数据集。

在第三方面中，计算机可读存储介质具有在其中存储的数据，其表示由编程处理器可执行的用于人体表示的指令。存储介质包括用于将人体表示初始化到照相机捕获的人的实例的姿势和骨骼尺寸的指令，使人体表示变形到由于用于实例的组织而引起的形状，该变形基于该初始化被标准化到骨骼尺寸和姿势并传输所变形的人体表示。