[发明专利]基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建方法及系统，其中，方法包括：对人体进行深度图拍摄以得到单张深度图像；将单张深度图像变换为三维点云，并获取三维点云和重建模型顶点之间的匹配点对；根据匹配点对建立能量函数，共同求解重建模型上每一个顶点的非刚性运动位置变换参数和人体骨架运动参数；对能量函数进行求解，以根据求解结果将重建模型与三维点云进行对齐，并使用深度图更新和补全对齐后的模型，以实现三维人体重建。该方法可以利用深度相机对人体进行拍摄，从而获得深度图像作为系统输入信息，并基于该深度图像完成对动态人体进行实时三维重建的功能，求解准确鲁棒，简单易实现。

技术领域

本发明涉及计算机视觉和计算机图形学技术领域，特别涉及一种基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建方法及系统。

背景技术

人体三维重建是计算机图形学和计算机视觉领域的重点问题。高质量的人体三维模型在影视娱乐、人口数据统计分析等领域有着广泛的应用前景和重要的应用价值。

然而，高质量人体三维模型的获取通常依靠价格昂贵的激光扫描仪或者多相机阵列系统来实现，虽然精度较高，但是也显著存在着一些缺点：如扫描过程中要求被人保持绝对静止，微小的移动就会导致扫描结果存在明显的误差；而且造假昂贵，很难普及到普通民众日常生活中，往往应用于大公司或国家统计部门，并且速度慢，往往重建一个三维人体模型需要至少10分钟到数小时的时间，有待解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建方法，该方法求解准确鲁棒，速度快，简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建方法，包括以下步骤：对人体进行深度图拍摄以得到单张深度图像；将所述单张深度图像变换为三维点云，并获取所述三维点云和重建模型顶点之间的匹配点对；根据所述匹配点对建立能量函数，共同求解所述重建模型上每一个顶点的非刚性运动位置变换参数和人体骨架运动参数；对所述能量函数进行求解，以根据求解结果将所述重建模型与所述三维点云进行对齐，并使用深度图更新和补全对齐后的模型，以实现三维人体重建。

本发明实施例的基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建方法，可以利用深度相机对人体进行拍摄，从而获得深度图像作为系统输入信息，并基于该深度图像完成对动态人体进行实时三维重建的功能，所需的输入信息非常容易采集，并且可以实时的获得人体的动态三维模型，求解准确鲁棒，速度快，拥有广阔的应用前景，同时还可以在PC机或工作站等硬件系统上快速实现，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的基于骨架跟踪的动态实时三维人体重建方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述能量函数为：

E_t＝λ_nE_n+λ_sE_s+λ_gE_g+λ_bE_b，

其中，E_t为总能量项，E_n为非刚性运动约束项，E_s为人体骨架运动约束项，E_g为局部刚性运动约束项，E_b为人体骨架运动和非刚性运动一致性约束项，λ_n、λ_s、λ_g和λ_b分别为对应各个约束项的权重系数。