基于視頻的人體運(yùn)動(dòng)跟蹤與重構(gòu)方法研究.pdf

1、人體運(yùn)動(dòng)的視頻分析作為計(jì)算機(jī)視覺方面的一個(gè)研究熱點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于智能監(jiān)控、新一代人機(jī)交互、體育運(yùn)動(dòng)分析以及虛擬現(xiàn)實(shí)等研究領(lǐng)域。由于單目視頻數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，各種電影、體育運(yùn)動(dòng)和舞蹈都以單目視頻的形式存儲(chǔ)，因而基于單目視頻的運(yùn)動(dòng)跟蹤與分析成為當(dāng)前研究的一個(gè)重要方向。在單目視頻中，人體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)從三維投影到二維會(huì)造成深度信息丟失，因而僅從單目視頻恢復(fù)三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)是一件十分困難的事情，研究工作極富挑戰(zhàn)性，吸引了越來(lái)越多的研究者的關(guān)注。 本文

2、在總結(jié)和分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)視頻對(duì)象分割、基于單目視頻的人體運(yùn)動(dòng)跟蹤、三維姿態(tài)恢復(fù)和重構(gòu)等方面進(jìn)行了研究。其主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下： 1.提出一種利用先驗(yàn)概率模型及粒子濾波進(jìn)行視頻分割的算法 在傳統(tǒng)的背景減除來(lái)提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方法中，在背景像素值分布服從高斯模型并按照3δ規(guī)則進(jìn)行圖像分割時(shí)，雖然能夠很好地提取背景，但在前景的像素值分布與背景的像素值分布有重疊的區(qū)間時(shí)，會(huì)產(chǎn)生將前景誤分割為背景的現(xiàn)象。因

3、此本文算法通過(guò)粒子濾波及先驗(yàn)概率模型對(duì)下一幀中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)值得到一個(gè)自適應(yīng)分割閾值而進(jìn)行視頻對(duì)象分割，從而降低了分割結(jié)果中前景點(diǎn)誤分割為背景點(diǎn)的概率。 2.提出一種從二維圖像恢復(fù)人體關(guān)節(jié)三維坐標(biāo)的算法 在沒有先驗(yàn)知識(shí)的情況下，從二維圖像恢復(fù)對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)是一個(gè)病態(tài)問題。比例正交投影在滿足一定的約束條件下，可以重構(gòu)出人體關(guān)節(jié)的相對(duì)三維坐標(biāo)。由于比例正交投影只是真實(shí)投影的近似，因而由該方法重構(gòu)出的人體關(guān)節(jié)三維

4、坐標(biāo)與真實(shí)值偏差較大。本文在透視投影模型下建立了人體關(guān)節(jié)的三維相對(duì)坐標(biāo)值估算方法，采用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)獲得各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)歐拉角。與傳統(tǒng)算法相比，該算法具有無(wú)需攝像機(jī)標(biāo)定、對(duì)人體運(yùn)動(dòng)沒有特別約束、使用簡(jiǎn)單和人體關(guān)節(jié)三維坐標(biāo)估算精確等優(yōu)點(diǎn)。 3.提出一種適用于單目視頻的無(wú)標(biāo)記人體運(yùn)動(dòng)跟蹤方法 在現(xiàn)有的無(wú)標(biāo)記單目視頻運(yùn)動(dòng)跟蹤方法中，由于深度信息丟失，一般只能從視頻中跟蹤出人體的二維坐標(biāo)信息，而不能進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)跟蹤。另外，由于缺少顯著的特

5、征標(biāo)記，現(xiàn)有方法很難進(jìn)行長(zhǎng)序列人體運(yùn)動(dòng)跟蹤。針對(duì)這一現(xiàn)象，提出了一種基于形變外觀模板匹配進(jìn)行單目視頻的三維人體運(yùn)動(dòng)跟蹤算法。算法的創(chuàng)新在于：1)利用正向運(yùn)動(dòng)學(xué)及逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)得到二維圖像上某一候選關(guān)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的形變外觀模板，通過(guò)模板匹配從二維視頻中恢復(fù)人體三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)；2)采用層次化方法來(lái)恢復(fù)人體三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，其最優(yōu)三維人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)采用局部搜索獲得，能夠進(jìn)行長(zhǎng)序列人體運(yùn)動(dòng)跟蹤。 4.提出一種基于H-anim標(biāo)準(zhǔn)下的三維人體動(dòng)畫顯示方法