《基于计算机视觉的人体步态参数获取方法综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于计算机视觉的人体步态参数获取方法综述（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 0 5 中国控制与决策学术年会论文集P r o c e e d i n g so f2 0 0 5C h i n e s eC o n t r o la n dD e c i s i o nc k f e n c e5 6 1基于计算机视觉的人体步态参数获取方法综述傅莉“2 ，徐心和1( 1 东北大学人工智能与机器人研究所，辽宁沈阳】 0 0 0 4 ，2 沈阳大学机械工程学魔，豇宁沈阳1 1 0 0 4 4 )摘要：基于计算机视觉的人体步志参数获取方法的研究是计算机视觉领域中备受关注的前沿课题，是人体步杰分析的重要组成部分它广泛应用于康复医学、虚拟现实、体育训蒜、舞蹈、视燕监控苷场台
2、t 点论述了基于计算机视觉的人体步态参数获取方法的研究现状和关键技术同时指出其发展趋势关键调：步态挂剥 摄像机校堆 小波变换；步杰参麸l 立体匹配R e v i e wo nm e t h o d si nd a t ac a p t u r eo fh u m a ng a i to nb a s i so fc o m p u t e r - v i s i o nF UL i l ”。X Ux i n h e l( 1 I n s t i t u t eo fA r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e R o h o t i e s N o r
3、t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 4 ，C h i n a I2 S h e n y a n gU n i v e r s i t y S h e n y a n g1 0 0 4 4 。C h i n a C o r r e s p o n d e n t ：F UL i E - m a i l ：f f u l l i y a h o o t o m c n )A b s t r a c t | A so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc o m p o n
4、e n t sf o rh u m a ng a i ta n a l y s i sa n dc u t t i n ge d g er e s e a r c ht o p i c s t h es t u d yO nm e t h o d st Oc a p t u r eh u m a ng a i td a t ai sc a u s i n ga ni n c r e a s i n ga t t e n t i o ni nf i e l do fc o m p u t e rv i s i o nr e s e a r c h R e s u l t so ft h es t
5、 u d yh a v eb e e n u s e dw i d e l yi nf i e l d so fh e a l i n gm e d i c i n e v i r t u a lr e a l i t y ，a t h l e t i cp e r f o r m a n c ea n a l y s i s ，d a n c ea n dv i d e os u r v e i l l a n c e te t c I nt h i sp a p e r ，ao v e r v i e wo nm e t h o d si nd a t ac a p t u r eo fh
6、 u m a ng a i ta Mk e yt e c h n i q u e st od a t ei sg i v e n ，a sw e l la st h et r e n d so fd e v e l o p m e n t K e yw o r d s lg a i td e t e c t i o n ；c a m e r ac a l i b r a t i o n lw a v e l e tt r a n s f o r m Ig a i td a t a s t e r e ov i s i o n1 引言基于计算机视觉的人体步态参数获取方法的研究是人体运动视觉分析“
7、 领域中一个重要组成部分，同时，也是计算机视觉研究领域中倍受关注的前沿课题 2 】它的研究内容主要包括摄像机的校准图像序列中人体步态参数的检测，目标识别与跟踪，人体运动棍形图、轮廓图以及立体图的生成人体步态参数的获取是人体步态分析的核心内容o 基于计算机视觉的人体步态获取在视频监控颁域中的远距离身份鉴别，康复医学中病人的步态分析、假肢的设计与装配，人体运动工效学，虚拟现实、体育训练和舞蹈中人体的运动姿态分析，以及从大量的体育运动数据库中进行基于内容的快速搜索等领域有着广泛的应用前景，良好的社会效益和经济效益因此，吸引着国内外许多研究机构和商家的关注国际上关于人体步态分析的研究始于1 9 世纪末
8、，7 0 年代以后步态分析的研究发展较快，8 0 年代以后转向三维运动学研究从事该方向研究的机构主要有A r i e lD y n a m i c s ，M o t i o nA n a l y s i s ，O x f o r dM e t r i c s ，C h a r n w o o d ，N D I ，日本的藤吉研究室“ 以及G n i ta n dC l i n l c a lM o v e m e n tA n a l y s i sS o c i e t y( G C M A S ) E u r o p e a nS o c i e t yo fM o v e m e n tA
9、 n a l y a i si nA d u l t sa n dC h i l d r e n ( E S M A C ) 。S o c i e t aI t a l i a n ad iA n a l i s id e lM o v i m e n t oi nC l i n i c s( S I A M O ) a n dt h eI n t e r n a t i o n a lS o c i e t yf o rP o s t u r ea n dG a i tR e s e a r c h ( I S P G R ) 等国内从事该领域的研究起步较晚，且早期的研究大多偏重于动力学研究
10、o 】近年来，中国科学院自动化研究所、清华犬学、上海交通大学、国防科技大学等科研院所相继开展基金砸目- 国寒自拣科学基金硬且( 6 0 4 7 5 0 3 6 ) 作者越彳r ，傅辅( 1 9 6 8 一) 女辽宁风城人，副教授博士生从事图像处理、模式识别及人体步杰分析等研究5 6 22 0 0 5 中国控制与决策学术年会论文集了基于计算机视觉的人体步态参数获取方面的研究工作，并取碍了一定的研究成果2 基于计算机视觉的人体步态参数获取方法的研究现状国外研制的基于计算机视觉的人体运动分析系统，主要是通过摄取标志点发出或反射的红外线获取关节位置、速度和加速度等步态参数图1 为美国的A r i e
11、lD y n a m i c s 公司研制的A r i e lP e r f o r m a n c eA n a l y s i sS y s t e m ( A P A s ) 人体运动分析系统，利用摄像机记录有源标志点发出的红外光得到人体各关节的运动信息图2 为加拿大N D I 公司研制的O p t o t r a kC e r t u s 运动检测系统，通过检测红外发光标志点或普通标志点的运动信息获取人体步态参数这些系统检测精度较高，但其使用、维护复杂，硬件成本高，限制了该系统的普及和推广圈1A P A s 人体运动检测系统重2O p t o t r a kC = r t u s 运动
12、撩鬻累镰同时，国内外也开展了大量基于普通摄像机的人体运动检测系统的研发工作，大大降低了系统的成本，但增加了图像序列中人体步态参数的检测、目标识别与跟踪的难度对人体步态参数获取的方法也提出了更高的要求本文主要针对自由背景下基于普通摄像机的人体步态参数的获取方法的研究，分别从摄像机的校准图像序列中人体步态参数的检测，目标匹配与跟踪，人体运动棍形图、轮廓图以及立体图的生成几个方面加以阐述2 1 摄像机的标定摄像机标定是计算机视觉的基础问题之一摄像机标定的目的是确定摄像机的图像坐标系与物理空间中的三维参考坐标系之间的对应关系只有当摄像机被恰当地标定之后，才能根据图像平面中的二维坐标推导对应物体空闻中的
13、实际位置，或反之基于视觉的人体运动检测系统的性能很大程度上依赖于摄像机的标定精度文献 6 将摄像机的标定方法分为两类，即传统的摄像机标定方法和摄像机自定标方法传统的摄像机标定方法又可分为四类：利用最优化算法的定标方法，利用摄像机变换矩阵的方法，考虑畸变补偿的两步法和采用更为台理的摄像机成像模型的双平面定标方法并对各种方法进行较为详细的论述本文介绍两种较为常用的标定方法直接线性转换( D L T ) ：通过求解线性方程的手段求取摄像机模型的参数，算法速度快，但没有考虑摄像机镜头的非线性畸变为提高精度，常在求解过程中使用非线性最优化算法由于这种方法比较简单，因而在线性标定中应用最为广泛”J 张正友
14、方法：该方法是近年来应用较为广泛的一种比较成熟的方法该方法假设标定用平面图板在世界坐标系中z ；0 ，通过线性模型分析计算得出摄像机参数的优化解，然后用基于最大似然法进行非线性求精在这个过程中标定出考虑镜头畸变的目标函数，最后求出所需的内、外参数“ 其他一些有代表性的摄像机标定方法主要有：T s a i 方法“、F a u g e r a s T o s c a n i 方法口“、M a r t i n s 的两平面方法 、P o l l a e t r i 方法o ”和C a p r i l e T o r t e 方法“等一般来说，随着对摄像机模型的准确度要求的提高，其模型的复杂度和计算代
15、价也在不断提高2 2 图像序列中人体步态参数的检硼基于生物运动学原理，步态是对人体双腿移动姿态随时同周期性变化的描述。人体步态检测是将双腿的运动信息从背景中分离出来基于普通摄像机的人体运动图像信号噪声一般较大，且由于光照等外界因素的影响，使图像标志点边缘模糊和不平滑，增加了图像处理的复杂程度所以，一般的处理方法是首先排除背景、光线等外界干扰得到相对于傅莉等：基于计算机视觉的人体步态参数获取方法综述5 6 3扰度较小的运动人体图像，然后再复原标志点模糊的轮廓下面论述几种适用于人体步态的检测方法2 + 2 1 差分图像法差分图像法通常用于简单的均匀或静止背景中它的特点是实现简单，运算速度快，检测效
16、果较好，但对动态场景的变化( 如光照) 敏感”“其基本原理就是将前后两侦图像对应像素点的灰度值相减，在环境灰度变化不大的情况下，如果对应像素灰度相差很小，可以认为此处景物是静止的，如果图像区域某处的灰度变化很大，可以认为这是由于图像中运动物体引起的，将这些区域标记下来利用这些标记的像素区域，就可以求出运动目标在图像中的位置由于目标大小、背景亮度的差别，对差分图像的分割方法也不尽相同常用的方法有用值法、帧差分，纹理斑点分割、立体深度剪除等另外当目标有阴影干扰时还要进行特殊处理“”2 2 2 光流法光流法检铡运动目标的基本原理 1 6 3 是给图像中的每一个像素点赋予一个速度矢量，这就形成了一个图像运费场，在运动的一个特定时刻，图像上的点与兰维物体上的点一一对应。这种对应关系可以由投影关系得到，根据各个像索点的速度矢量特征，可以对图像进行动态分析如果图像中投有运动目标，则光流矢置在
