一种图形处理的关节中心参数估计方法

摘要

本发明公开了一种图形处理的关节中心参数估计方法，其用于一通用计算机的运动捕获处理，包括以下步骤：对标志点进行刚性预处理；估计计算关节中心回归参数；从关节中心回归参数获得刚性点集；对刚性点集进行选择处理。本发明图形处理的关节中心参数估计方法由于采用了上述对标志点的刚性预处理，以及优化的关节中心初值估计方法，其在图形处理中消除了标志点的漂移，简化了处理过程，且提高了数据处理的准确性。

主权项

1.一种图形处理的关节中心参数估计方法，其用于一通用计算机的运动捕获处理，包括以下步骤：A、对标志点进行刚性预处理；所述的步骤A包括：A1、输入点集{X^j}_j＝1^k；A2、计算无噪声的点集相似变换参数{R_j}_j＝1^k，{t_j}_j＝1^k和{c_j}_j＝1^k；A3、i从1到n，同时j从1到k获得输出修正点集{Y^j}_j＝1^k的元素$y_i^j=c_j{R}_j{z}_i+t_j;$B、估计计算关节中心回归参数；所述的步骤B包括：B1、输入点集{P_i^j}_i＝1³和{C_i^j}_i＝1³；B2、采用非线性优化极小化误差函数$\mathrm{ERROR}=\underset{i=1}{\overset{F}{\Sigma }}{({\left|\right|{}^{i}J-{}^{i}C_1\left|\right|}^2-r^2)}^2;$其中，F为采集数据的帧数，ⁱJ为关节中心，ⁱC₁为子刚体上的标志点，r为回归坐标参数；B3、输出回归参数{a，b，c}；C、从关节中心回归参数获得刚性点集；所述的步骤C包括：C1、更新点集{P_i^j}_i＝1³和{C_i^j}_i＝1³，去除噪声；C2、计算矩阵A，B：采用相邻的父子刚体上各三个点，ⁱP₁、ⁱP₂、ⁱP₃是父刚体上的标志点，角标i表示帧数，ⁱC₁、ⁱC₂、ⁱC₃是子刚体上的标志点，关节中心ⁱJ相对于相邻刚体上的标志点始终保持不变，满足如下关系式：ⁱJ＝[ⁱP₁-ⁱP₂ ⁱP₁-ⁱP₃(ⁱP₁-ⁱP₂)×(ⁱP₁-ⁱP₃)ⁱP₁]·[a b c 1]^t      (1)ⁱJ＝[ⁱC₁-ⁱC₂ ⁱC₁-ⁱC₃(ⁱC₁-ⁱC₂)×(ⁱC₁-ⁱC₃)ⁱC₁]·[d e f 1]^t      (2)其中，{a，b，c，d，e，f}为回归坐标参数；两式联立可得到：[ⁱP₁-ⁱP₂ ⁱP₁-ⁱP₃(ⁱP₁-ⁱP₂)×(ⁱP₁-ⁱP₃)ⁱC₁-ⁱC₂ ⁱC₁-ⁱC₂(ⁱC₁-ⁱC₂)×(ⁱC₁-ⁱC₃)]·[a b c-d-e-f]^t＝-(ⁱP₁-ⁱC₁)                                (3)对于连续采集的F帧数据，得到如下方程组：AX＝B                                                 (4)其中：$A=\left[\begin{array}{cccccc}{}^{1}P_1-{}^{1}P_2& {}^{1}P_1-{}^{1}P_3& ({}^{1}P_1-{}^{1}P_2)\times ({}^{1}P_1-{}^{1}P_3)& {}^{1}C_1-{}^{1}C_2& {}^{1}C_1-{}^{1}C_2& ({}^{1}C_1-{}^{1}C_2)\times ({}^{1}C_1-{}^{1}C_3)\\ {}^{2}P_1-{}^{2}P_2& {}^{2}P_1-{}^{2}P_3& ({}^{2}P_1-{}^{2}P_2)\times ({}^{2}P_1-{}^{2}P_3)& {}^{2}C_1-{}^{2}C_2& {}^{2}C_1-{}^{2}C_2& ({}^{2}C_1-{}^{2}C_2)\times ({}^{2}C_1-{}^{2}C_3)\\ ·& ·& ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·& ·& ·\\ ·& ·& ·& ·& ·& ·\\ {}^{F}P_1-{}^{F}P_2& {}^{F}P_1-{}^{F}P_3& ({}^{F}P_1-{}^{F}P_2)\times ({}^{F}P_1-{}^{F}P_3)& {}^{F}C_1-{}^{F}C_2& {}^{F}C_1-{}^{F}C_2& ({}^{F}C_1-{}^{F}C_2)\times ({}^{F}C_1-{}^{F}C_3)\end{array}\right]---\left(5\right)$X＝[a b c-d-e-f]^tB＝[-(¹P₁-¹C₁)-(²P₁-²C₁)…-(^FP₁-^FC₁)]^t                (6)C3、计算矩阵X：当采集数据的帧数F超过3时，方程组变成超定方程组，可以最小二乘解为：X＝(A^tA)^-1A^tB                                         (7)通过式(6)或(7)计算出每一帧关节中心的位置；C4、输出回归参数{a，b，c，d，e，f}；D、对刚性点集进行选择处理；所述的步骤D包括：D1、输入点集，处理点集得到{z_i}_i＝1^K，变换参数{Rⁱ}_i＝1^F、{tⁱ}_i＝1^F，{cⁱ}_i＝1^F；D2、i从1到K计算$\{f_i=\frac{1}{F}\underset{j=1}{\overset{F}{\Sigma }}{\left|\right|y_i^j-c_j{R}_j{z}_i-t_j\left|\right|}^2\};$D3、按递减顺序给f_i排序成f_i0≤f_i1≤...≤f_ik-1；D4、按序号i1，i2，...，ik-1，从中选择与z_i0，z_i1不共线的第三点z_it，输出i0，i1，it。