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基于MIMU的人体动作捕捉技术研究

基于MIMU的人体动作捕捉技术研究

作者：刘阳阳燕山大学

学位级别：硕士

人体姿态分析与识别可以预测人体姿态行为、动作分类和异常行为检测,同时它对提升人机交互体验、医疗健康防护、运动分析、军事训练规范性等其他方面都有十分重要的意义。伴随着人体姿态分析与识别技术的发展,生活中很多高危工作需要可... 详细信息

人体姿态分析与识别可以预测人体姿态行为、动作分类和异常行为检测,同时它对提升人机交互体验、医疗健康防护、运动分析、军事训练规范性等其他方面都有十分重要的意义。伴随着人体姿态分析与识别技术的发展,生活中很多高危工作需要可穿戴式运动捕捉设备避免意外的发生来保障人身安全,对社会的发展有着重要的意义。基于以上实际需求,本文提出了基于扩展卡尔曼数据融合算法的可穿戴式MIMU人体动作捕捉系统,展开了以下理论分析和实验研究工作:首先,在分析目前可穿戴式人体动作捕捉系统的国内外研究现状和发展趋势的基础上,根据姿态检测原理和数据融合算法对可穿戴式人体动作捕捉系统的整体方案进行设计,研究了传感节点数量、穿戴位置,以及人体初始对准方案;然后,设计了上位机的数据处理平台,对数据进行接收、解析和扩展卡尔曼滤波算法数据融合,将融合后的数据显示、记录并传输到TCP模块上;设计了动作捕捉平台,利用3ds Max绘制的人体模型完成数据库文件提取、参数调试、TCP数据控制功能,实现人体姿态跟随;最后,分类研究BP神经网络、支持向量机、随机森林、长短时记忆网络四种分类算法对采集的人体数据集的处理效果,选择最优算法开展实验研究。实验分析可穿戴式式MIMU人体动作捕捉系统的功能、性能、姿态整体平均识别准确性等指标。本文基于MIMU的人体动作捕捉技术研究,具有低功耗、低成本、精度高等优点,为人体穿戴式传感器的应用提供实验依据和技术支持。

关键词：人体动作捕捉可穿戴设备数据处理平台动作捕捉平台实时显示

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基于视频图像的人体姿态及动作的捕捉与识别

基于视频图像的人体姿态及动作的捕捉与识别

作者：林意乔山东理工大学

学位级别：硕士

近年来,通过检测视频图像中人体关节点位置,从而识别出人体姿态的人体姿态检测技术,以及根据关节点信息实时跟踪人体部位的动作捕捉和分析肢体动作的动作识别,在人机交互、运动训练和安全监控等领域具有重要的应用价值和实际意义。但是... 详细信息

近年来,通过检测视频图像中人体关节点位置,从而识别出人体姿态的人体姿态检测技术,以及根据关节点信息实时跟踪人体部位的动作捕捉和分析肢体动作的动作识别,在人机交互、运动训练和安全监控等领域具有重要的应用价值和实际意义。但是目前基于视频图像实现的人体姿态检测、人体动作捕捉、人体动作识别,在环境、数据量、准确度、实时性等方面仍存在一定的缺陷,现有技术在算法和数据采集等方面都需要进一步的完善。基于上述情况,本文做了如下的工作:(1)针对Mediapipe在对3D人体姿态检测的过程中,由于光线环境变化导致人体姿态的2D坐标识别不准、由于人体倾斜和肢体动作变化导致3D人体姿态中Z值检测不准、由于短期内关节点速度变化过快导致出现脉冲干扰、长期内数值不稳定导致出现均匀噪声的问题,提出了基于Mediapipe的3D人体姿态域自适应检测的方法。检测方法具体为2D关节的速度阈值法、Z值人体倾斜统计法、Z值肢体比例仿真法,以及一欧元滤波、均值滤波的3D数值滤波方法。实验结果表明,该方法具有对不同人体姿态检测适应性强、对环境变化鲁棒性较好、对3D人体姿态的检测准确率高的优点。(2)针对传统反向运动学中虚拟人物的动作与真实人体动作差异程度大、肢体动作不符合人体运动学的问题,提出了基于四元数局部坐标系变换的人体动作捕捉的方法。系统的输入为基于Mediapipe的3D人体姿态域自适应检测的人体关节点坐标,根据Unity 3D模型中世界坐标系和局部坐标系的特点,利用四元数建立能表达关节局部坐标系变换的朝向函数Look Rotation和规范函数Normal Rotation,并对最后生成的关节欧拉角进行角度范围的限制。实验结果表明,该方法具有子节点相对父节点在空间上旋转更精准、人体各个关节的动作更加符合人体运动学的优点。最后针对服务端与客户端之间存在通信高延迟、不稳定的问题,提出一种基于响应式UDP的通信方式。实验结果表明,响应式UDP具有传输实时性强、安全性更好的优点。(3)针对学生在课堂和体育锻炼场景中静态动作和动态动作识别的问题,提出了基于静态分类器和动态分类器的人体动作识别的方法。静态分类器输入为人体关节点坐标,以关节点之间的联系来作为该静态动作的特征,并通过两次KNN实现对静态动作的分类识别;动态分类器输入为人体关节旋转角度,采用两个阈值划定了动态动作的时间窗口,在该时间内对动作进行完整性的判断来实现动作的识别和计数,最后通过EMA对分类结果中的异常值和噪声数据实现平滑处理。实验结果表明,该方法具有对动作的识别准确率高、实时性好的优点。

关键词：人体姿态检测人体动作捕捉人体动作识别局部坐标系分类器

基于无人机控制和最优视图视选择的动作捕捉方法

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传感器与微系统 2021年第10期40卷 51-55页

作者：孙冬河南工学院计算机科学与技术学院河南新乡453003

针对现有技术难以将相机自动定位在准确合适的位置进行人体动作捕捉,提出利用无人机(UAV)控制和视点最优选择进行不确定性估计的方法。首先,利用神经网络,从UAV视频当前帧中推导出2D和3D人体姿态;然后,使用过去k帧的2D姿态和相关3D姿态... 详细信息

针对现有技术难以将相机自动定位在准确合适的位置进行人体动作捕捉,提出利用无人机(UAV)控制和视点最优选择进行不确定性估计的方法。首先,利用神经网络,从UAV视频当前帧中推导出2D和3D人体姿态;然后,使用过去k帧的2D姿态和相关3D姿态以优化全局3D人体运动;最后,选择下一个最优视点,使得从该视点得到的人体姿态估计的不确定性最小化。实验通过合成和公开数据集进行仿真,结果表明:所提方法能够改善3D动作估计结果。在不受物理约束的情况下选择下一个视点时,所提方法性能优于基线方法。对于模拟UAV飞行模式,所提方法与不停环绕方法性能大致相当。

关键词：无人机(UAV)控制人体动作捕捉不确定性最优视点动作估计

时空序列联合约束下基于时空金字塔模型的套动作质量评估方法研究

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电子技术（上海） 2024年第1期53卷 46-52页

作者：宦晓辉邢凯马鲁恒中国科学技术大学计算机科学与技术学院安徽230027 中国科学技术大学苏州高等研究院江苏215123

阐述基于多目视觉的动作空间和动作序列时间上的联合约束,采用列文伯格-马夸尔特方法进行多坐标系融合计算,将可见光视觉下无标记动作捕捉方法的姿态识别精度从厘米级别提升到毫米级别。同时针对连续动作姿态序列,提出基于空间分层结构... 详细信息

阐述基于多目视觉的动作空间和动作序列时间上的联合约束,采用列文伯格-马夸尔特方法进行多坐标系融合计算,将可见光视觉下无标记动作捕捉方法的姿态识别精度从厘米级别提升到毫米级别。同时针对连续动作姿态序列,提出基于空间分层结构和多时间尺度特征的时空金字塔网络建模方法,以及适用于多类套动作的套动作质量评估深度学习方法,并在KIMORE和UI-PRMD数据集上取得全面优于现有康复评估方法的效果。

关键词：计算机工程运动质量评估人体动作捕捉三维重建多目视觉康复评估

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基于深度学习的单目视频人体动作捕捉研究

基于深度学习的单目视频人体动作捕捉研究

作者：杨起航新疆大学

学位级别：硕士

单目视频人体动作捕捉是近年来视觉算法领域的热门研究课题之一,在人机交互,虚拟现实,动漫,游戏等领域有着广泛的应用前景。本文主要研究单目视频人体动作捕捉问题,该问题可分为从图像空间中估计二维人体关键点坐标、利用二维关键点坐... 详细信息

单目视频人体动作捕捉是近年来视觉算法领域的热门研究课题之一,在人机交互,虚拟现实,动漫,游戏等领域有着广泛的应用前景。本文主要研究单目视频人体动作捕捉问题,该问题可分为从图像空间中估计二维人体关键点坐标、利用二维关键点坐标估计三维深度信息和利用人体模型进行形体重建几个步骤。而目前的单目人体动作捕捉技术较传统动作捕捉技术虽然一定程度上降低了成本和使用场景限制,但仍存在运算耗时较大,重建的人体动作脚部有穿地、滑步和漂浮问题,不便于影视动画制作和虚拟直播等场景中的使用。针对上述问题,本论文提出一种基于深度学习的单目视频人体动作捕捉方法。主要研究工作包括以下几点:（1）通过对当前二维人体姿态估计方法和轻量级目标检测网络的综合研究分析,以现有网络结构设计简洁的二维人体姿态估计方法为基准,借鉴轻量级目标检测网络设计思路,提出了LiteHumanPoseNet方法,该方法具有参数量少、推理速度快、估计精度较高和训练方便的特点,并通过消融实验表明所提出的方法的有效性。（2）通过对传统人体动作捕捉系统对脚部动作仿真处理方法的研究与分析,结合当前成熟的深度学习方法,提出了一种结合二维姿态算法使用的脚部触地判别器用以判断视频帧中脚部关键点接触地面的情况。该脚部触地判别器可以实现和穿戴式传感器相近的功能,且成本更低,摆脱掉硬件和场地等条件的约束。（3）形体重建,主要利用人体模型拟合图像空间中的二维人体坐标和估计的深度坐标获取重建的人体动作,目前深度坐标的估计技术较为成熟,选择现有的技术。针对重建后动作出现的脚部有穿地、滑步和漂浮问题,提出了一种根据脚部触地情况优化拟合后人体模型脚部问题的方法。实验结果表明,该方法可以一定程度上代替传统动捕方法,简化动作捕捉的使用难度,降低动作捕捉成本。实验表明,本文提出的单目视频动作捕捉方法较之前的方法,更加适用于影视动画制作和虚拟主播等应用领域的需求,且对运行速度做了一定的优化。

关键词：人体动作捕捉轻量化脚部触地判断深度学习

基于权值优化的多相机OpenPose的三维动作捕捉

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现代电子技术 2022年第16期45卷 127-132页

作者：董鹏越张雷辛山北京建筑大学电气与信息工程学院北京100044

目前OpenPose应用于人体三维动作捕捉,仍然存在精度不够的问题。针对此问题,文中提出一种基于权值优化的多相机OpenPose的三维动作捕捉方法。首先,将多个相机对焦于同一捕捉区域,同步获取人体动作视频,并结合开源平台OpenPose的人体骨... 详细信息

目前OpenPose应用于人体三维动作捕捉,仍然存在精度不够的问题。针对此问题,文中提出一种基于权值优化的多相机OpenPose的三维动作捕捉方法。首先,将多个相机对焦于同一捕捉区域,同步获取人体动作视频,并结合开源平台OpenPose的人体骨架识别模块,来获取人体关节点像素坐标序列;然后,在多目视觉原理的基础上,提出基于权值优化的多目重建优化算法,实现人体关节点三维坐标的精确获取;最后,采用真实案例实现人体三维动作捕捉。实验结果表明,文中方法较基于OpenPose的最小二乘三维重建方法精度提高约3%,并且较目前基于体感相机Kinect的捕捉结果精度提高约5%,可为仿人机器人的应用提供可靠的数据基础。

关键词：人体动作捕捉 OpenPose 权值优化同步获取三维重建多目视觉

融合改进LM算法及动态时间规整算法的人体动作捕捉研究

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西南大学学报（自然科学版） 2024年第5期46卷 175-185页

作者：张欣宇邱国鹏三明学院艺术与设计学院福建三明365004 克拉斯诺达尔文化学院设计学院俄罗斯克拉斯诺达尔350072

人体动作捕捉是指通过技术手段捕捉人体的运动轨迹和姿态信息,广泛应用于娱乐、体育、医疗等领域.然而,现有的动作捕捉技术存在捕捉不准确、计算效率低等问题,影响了其在实时应用场景中的表现.针对这些问题,引入一种骨骼点坐标拟合优化L... 详细信息

人体动作捕捉是指通过技术手段捕捉人体的运动轨迹和姿态信息,广泛应用于娱乐、体育、医疗等领域.然而,现有的动作捕捉技术存在捕捉不准确、计算效率低等问题,影响了其在实时应用场景中的表现.针对这些问题,引入一种骨骼点坐标拟合优化Levenberg-Marquardt算法,并采用粒子群算法对其加以优化.同时采用动态时间规整算法进行人体动作捕捉及评估,以期实现人体动作的实时捕捉.结果显示,该算法对肩部侧平举这一动作的捕捉准确率最高达到了99.23%,明显优于其余对比算法.此外,该算法对深蹲动作的测试时间最短,仅为1.15 s,表明该算法在进行动作捕捉时具有显著的性能优势及很强的实际应用效果,为人体动作捕捉领域提供了新的解决方案.

关键词： Levenberg-Marquardt算法动态时间规整算法人体动作捕捉粒子群算法骨骼点数据提取

硅树脂介电弹性体位移检测软传感器的设计及实验研究

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硅树脂介电弹性体位移检测软传感器的设计及实验研究

作者：葛永哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,对人体动作捕捉的需求在运动健身、人机交互等领域变得日益迫切,并且要求也越来越高。为了对高柔性多自由度的人体进行动作捕捉,通常要求检测系统具备高精度和可靠性、高柔性和灵活性、较强环境适应性和舒适美观等特点。目前,摄... 详细信息

近年来,对人体动作捕捉的需求在运动健身、人机交互等领域变得日益迫切,并且要求也越来越高。为了对高柔性多自由度的人体进行动作捕捉,通常要求检测系统具备高精度和可靠性、高柔性和灵活性、较强环境适应性和舒适美观等特点。目前,摄像捕捉、加速度陀螺仪和压阻传感等检测方式尚不能满足所有要求,而介电弹性体软传感器具有实现所有要求的巨大潜力。软传感器类似于柔性电容器,外力改变软传感器的形状会引起电容值的变化。根据此原理,可以制成拉伸、压缩、剪切等各种工作模式的软传感器。本文主要进行拉伸模式软传感器的研究。首先,对软传感器制备工艺进行研究。利用介电弹性体硅树脂的硬度可调、反应迅速、设计灵活等特性,进行软传感器的制备。本文针对不同的硅树脂特性设计了3套详细的薄膜制备方案,对制备模具、材料、工具和流程进行了系统的研究。为了制备出满足性能要求的柔性电极,设计了石墨弹性体复合电极制备工艺流程。通过对制备工艺的多次改进,成功设计出可供研究的软传感器。其次,建立了软传感器单轴拉伸状态的机电系统模型。模型对研究软传感器机理有很大的促进作用。利用传统的应变能函数模型对软传感器机械模型进行了推导,设计相关实验对模型参数进行拟合,最终选择Yeoh模型建立软传感器机械模型;然后利用理论和实验相结合的方法,建立了软传感器的电气模型;最后找出机械模型和电气模型的关联性,建立了软传感器机电系统模型。然后,设计出线性度误差<0.3%的传感电路。由于柔性电极电阻的影响,使得常用的电容检测方法准确度很低。本文利用电流积分法设计出一种新型的电容检测电路,很好的抑制了电极电阻对检测精度的影响。通过模块化设计,完成了电路的原理分析、方案设计、电路调试和性能测试。最后,进行了软传感器的相关实验研究。通过实验,定量分析了工艺参数对固化薄膜性能的影响,给出了工艺最优化设计参数。搭建了测定软传感器性能的一维拉伸运动平台,对不同材料和尺寸结构的5种型号传感器进行研究。设计测定软传感器线性度、迟滞、重复性、灵敏度、稳定性和静态误差等性能参数的实验方法。

关键词：人体动作捕捉介电弹性体硅树脂软传感器电流积分法

基于kinect的人体动作捕捉与模式语义解读分析

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电脑知识与技术 2015年第6期11卷 169-170,173页

作者：肖何刘建明桂林电子科技大学计算机科学与工程学院广西桂林541004

Kinect人体动作捕捉系统从字面上就可以看出,它的核心就是Kinect体感摄影机,对人体的动作、人脸表情以及人体动作姿势进行检测捕捉的技术,这项技术不但能使运行效果达到很好,也使开发效率大大提高,与此同时也降低了开发成本,使它们三者... 详细信息

Kinect人体动作捕捉系统从字面上就可以看出,它的核心就是Kinect体感摄影机,对人体的动作、人脸表情以及人体动作姿势进行检测捕捉的技术,这项技术不但能使运行效果达到很好,也使开发效率大大提高,与此同时也降低了开发成本,使它们三者之间达到最优平衡。在Kinece核心基础上,另外与3DMAX和开放源代码结合,设计了这款系统,具有硬件简单性、廉价性、高精度性以及实时性等优点,能够应用的领域非常广泛,下面我们就来了解kinect的人体动作捕捉系统。

关键词： Kinect 人体动作捕捉模式语义解读分析