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1、生物医学工程学杂志2005;22(2)∶307～311JBiomedEng3利用图像序列和人体模型重构人体的三维运动$杨锋丁立杨春信袁修干(北京航空航天大学人机环境工程研究所,北京100083)摘要利用图像序列对人体运动进行重构是人体运动分析研究中的一项关键技术。在直接线性变换技术以及人体生物力学模型的基础上,给出了用单个固定摄像机所拍摄的运动图像序列进行了人体运动空间重构的方法。本文提出了一种新的摄像机标定方法,根据实际情况可以选择世界坐标系以简化定标工作。对一段人体运动录像进行了重构计算,将计算结果和试验
2、测试结果进行了比较,二者吻合良好。对该方法的优缺点进行了分析论述。关键词图像序列人体运动空间重构摄像机定标SpatialReconstructionofHumanMotionUtilizingTwoDimensionImagesandaBiomechanicalModel$YangFengDingLiYangChunxinYuanXiugan(InstituteofHuman2machineandEnvironmentEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandA
3、stronautics,Beijing100083,China)AbstractOneofthekeytechniquesintheresearchofhumanmotionanalysisisthereconstructionofhumanspatialmotionutilizingtheevaluationoftheanatomicpointspositionsthatcanuniquelydefinethepositionofallanatomicalsegments.Uponthebasesofdir
4、ectlineartransformandhumanbiomechanicalmodel,themethodtoreconstructanimagesequenceshotbyastationarycamerawasdescribed.Theresultofthereconstructionprocesswasasetofdatathatiskinematicallyconsistentwiththebiomechanicalmodelused.Anewmethodtocalibratecamerawasde
5、velopedwhichcanbecompletedinanyworldcoordinationsystemaccordingtothepracticalsituation.Apracticalmotionwasselectedastheinvestigatedsubject.Thepredictingandexperimentalresultswereingoodagreement.Thebenefitsandshortcomingofthemethodologywerediscussed.Keywords
6、ImagesequenceHumanmotionSpatialreconstructionCameracalibration在人体运动分析中,为了对人体运动能力进行DLT)由于在实际使用中具有诸多的优点而得到了分析评价,从图像序列或视频中提取运动信息是必广泛的应用,DLT算法需要至少两台摄像机来重构[1,2]须的。对人体运动进行三维分析,一般采取运动人体的运动信息。但在实际应用中,有时会遇到仅通学或动力学的方法,二者都需要建立人体的生物力过一个摄像机来重构人体运动信息的情况。如航天学模型,另外还需要有一定的人
7、体运动学数据,如人员在太空微重力环境下运动,一般情况下仅能得到体各关节及肢体的空间位置、速度以及加速度等。单摄像机摄制得的录像。为了验证计算机仿真航天一般生物力学模型是将人体看作由关节连接在员活动结果的正确性和合理性,需要对二维运动序一起的多刚体系统,各节段具有自身的参数,如长列进行三维重构,从而对仿真计算结果进行验证。另度、质量以及惯量等。这些参数一般都可以通过人体外,仅仅利用DLT算法的重构方法,隐含于人体力测量学的数据得到。运动信息的获取有以下两种方学模型中的运动约束难免不和DLT计算结果存在法,最初的
8、测量方法是利用测角仪绑附在人体上进[1]冲突,这就要求提供一种能够减少或避免这种冲行测量,这种方法会对人体的运动形成一定的限制。突的算法,本文在前人研究的基础上提出了一种利目前普遍采用的方法是基于普通摄像机的人体运动用二维图像序列进行运动信息重构的方法。该算法检测。对拍摄到的图像采用图像处理的方法提取出基于DLT方法以及人体生物力学模型,由于综合运动信息。这就是根据二维图像进行人体三维运动考虑了DL
