CN102855379A - 基于骨骼节点数据的标准化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于骨骼节点数据的标准化方法，包括将骨骼节点数据正定到标准坐标系上和将正定到标准坐标系上的骨骼肢体节点之间的距离标准化。本发明所设计的基于骨骼节点数据的标准化方法能够对骨骼节点数据做标准化处理，以便给动作识别等应用提供抹除个人差别的统一基准数据集合。
Description
技术领域
本发明涉及基于运动骨骼节点数据的动作分析领域。
背景技术
随着以红外扫描方式为核心的人体骨骼与动作识别方式的兴起，以体感输入隔空操作计算机将日益走入人们的生活。
这种方式在现有的技术条件下能够生成实时的人体骨骼节点数据，但是由于各人高矮胖瘦相差甚远，造成目前应用骨骼数据时的各项困难，尤其是在动作识别时，难以统一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对骨骼节点数据做标准化处理，以便给动作识别等应用提供抹除个人差别的统一基准数据集合的基于骨骼节点数据的标准化方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于骨骼节点数据的标准化方法，包括如下步骤：
步骤（1）：将骨骼节点数据正定到标准坐标系上；
步骤（2）：将步骤（1）中正定到标准坐标系上的骨骼肢体节点之间的距离标准化。
作为本发明的一种优化方法：所述标准坐标系为笛卡尔坐标系。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（1）包括如下具体处理：
步骤（101）：在标准坐标系中，选取一个标准站立姿势时所面向的方向为Df，头顶指向的方向为Dt，双手指向的方向Dl；
步骤（102）：分别定义原始骨骼数据节点的左肩l、右肩r和左右肩之间的中心点c的位置为pl、pr和pc，从而得到左肩l到中心点c的向量为dl = pl – pc，右肩r到中心点c的向量 dr = pr - pc；
步骤（103）：将步骤（102）中的向量dl和dr作向量归一化处理，取指向人体正前方的向量为df，即向量dl和dr的法向量为df = dl % dr，取指向人体正上方的方向向量为dt = (dl + dr)/2，取人体水平向左或水平向右的方向向量为dl，即df到dt的法向量dl = df % dt；
步骤（104）：分别计算df到Df的转换矩阵mf、dt到Dt的转换矩阵mt、dl到Dl的转换矩阵ml；
步骤（105）：针对每一个骨骼节点，采用下列两种方式中的任意一种方式：
（1）依次用所述步骤（104）中的三个转换矩阵mf、mt和ml做三次转换计算；
（2）先将这三个转换矩阵依次相乘，得到M，再针对每一个骨骼节点，都用M做一次转换计算。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（2）包括如下具体处理：
步骤（201）：定义第i个骨骼节点Ni与相邻的下一个骨骼节点N(i+1)之间的标准距离为di，所述第i个骨骼节点Ni的位置是ni，其中，i是自然数；
步骤（202）：计算标准坐标系上的骨骼肢体节点之间的距离，包括如下具体处理：
A．计算骨骼节点N（i+1）相对于Ni的相对位置pi= n（i+1）-ni；
B． 将步骤（A）中的相对位置pi归一化，得到相对方向Pi；
C．将前述相对方向Pi乘以标准距离di；
D．计算相对方向Pi与pi之间的位置差pd，pd=Pi- pi；
E．将第i个骨骼节点Ni的位置是ni减去pd。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计的基于骨骼节点数据的标准化方法采用标准化处理操作，能够给动作识别等应用提供抹除个人差别的统一基准数据集合。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明设计了一种基于骨骼节点数据的标准化方法，包括如下步骤：
步骤（1）：将骨骼节点数据正定到标准坐标系上；
在具体的实施例中：正定处理的要点是将骨骼数据所在的空间，转换为相对于骨骼节点本身的位置与方向，比如相对于躯干中心点和人体正面向前与向上的方向；
正定处理实际上是对骨骼数据做一次整体的坐标空间转换，将骨骼数据从原始数据坐标空间，转换到相对于骨骼节点本身的坐标空间；
正定处理实际上是对骨骼数据做一次整体的坐标空间转换，将骨骼数据从原始数据坐标空间，转换到相对于骨骼节点本身的坐标空间。
步骤（2）：将步骤（1）中正定到标准坐标系上的骨骼肢体节点之间的距离标准化。
作为本发明的一种优化方法：所述标准坐标系为笛卡尔坐标系。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（1）包括如下具体处理：
步骤（101）：在标准坐标系中，选取一个标准站立姿势时所面向的方向为Df，头顶指向的方向为Dt，双手指向的方向Dl；
步骤（102）：分别定义原始骨骼数据节点的左肩l、右肩r和左右肩之间的中心点c的位置为pl、pr和pc，从而得到左肩l到中心点c的向量为dl = pl – pc，右肩r到中心点c的向量 dr = pr - pc；
步骤（103）：将步骤（102）中的向量dl和dr作向量归一化处理，取指向人体正前方的向量为df，即向量dl和dr的法向量为df = dl % dr，取指向人体正上方的方向向量为dt = (dl + dr)/2，取人体水平向左或水平向右的方向向量为dl，即df到dt的法向量dl = df % dt；
步骤（104）：分别计算df到Df的转换矩阵mf、dt到Dt的转换矩阵mt、dl到Dl的转换矩阵ml；
步骤（105）：针对每一个骨骼节点，采用下列两种方式中的任意一种方式：
（1）依次用所述步骤（104）中的三个转换矩阵mf、mt和ml做三次转换计算；
（2）先将这三个转换矩阵依次相乘，得到M，再针对每一个骨骼节点，都用M做一次转换计算。
在具体的实施例中，骨骼肢体是指类似于手-腕-肘-肩或脚-髁-膝-胯的节点顺序，由于骨骼肢体节点之间定义了相对的标准距离，所以在进行骨骼肢体节点标准化处理时，首先是要按顺序依次处理每一个节点，并将相邻距离调整为定义的标准距离上的位置。
作为本发明的一种优化方法：所述步骤（2）包括如下具体处理：
步骤（201）：定义第i个骨骼节点Ni与相邻的下一个骨骼节点N(i+1)之间的标准距离为di，所述第i个骨骼节点Ni的位置是ni，其中，i是自然数；
步骤（202）：计算标准坐标系上的骨骼肢体节点之间的距离，包括如下具体处理：
A．计算骨骼节点N（i+1）相对于Ni的相对位置pi= n（i+1）-ni；
B． 将步骤（A）中的相对位置pi归一化，得到相对方向Pi；
C．将前述相对方向Pi乘以标准距离di；
D．计算相对方向Pi与pi之间的位置差pd，pd=Pi- pi；
E．将第i个骨骼节点Ni的位置是ni减去pd。
特别强调的是，骨骼肢体节点标准化处理过程中，每处理一个节点，都将以前处理过的节点同时做相同的平移。
Claims (4)
1.一种基于骨骼节点数据的标准化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1）：将骨骼节点数据正定到标准坐标系上；
步骤（2）：将步骤（1）中正定到标准坐标系上的骨骼肢体节点之间的距离标准化。
2.根据权利要求1所述的基于骨骼节点数据的标准化方法，其特征在于：所述标准坐标系为笛卡尔坐标系。
3.根据权利要求1所述的基于骨骼节点数据的标准化方法，其特征在于，所述步骤（1）包括如下具体处理：
步骤（101）：在标准坐标系中，选取一个标准站立姿势时所面向的方向为Df，头顶指向的方向为Dt，双手指向的方向Dl；
步骤（102）：分别定义原始骨骼数据节点的左肩l、右肩r和左右肩之间的中心点c的位置为pl、pr和pc，从而得到左肩l到中心点c的向量为dl = pl – pc，右肩r到中心点c的向量 dr = pr - pc；
步骤（103）：将步骤（102）中的向量dl和dr作向量归一化处理，取指向人体正前方的向量为df，即向量dl和dr的法向量为df = dl % dr，取指向人体正上方的方向向量为dt = (dl + dr)/2，取人体水平向左或水平向右的方向向量为dl，即df到dt的法向量dl = df % dt；
步骤（104）：分别计算df到Df的转换矩阵mf、dt到Dt的转换矩阵mt、dl到Dl的转换矩阵ml；
步骤（105）：针对每一个骨骼节点，采用下列两种方式中的任意一种方式：
（1）依次用所述步骤（104）中的三个转换矩阵mf、mt和ml做三次转换计算；
（2）先将这三个转换矩阵依次相乘，得到M，再针对每一个骨骼节点，都用M做一次转换计算。
4.根据权利要求1所述的基于骨骼节点数据的标准化方法，其特征在于，所述步骤（2）包括如下具体处理：
步骤（201）：定义第i个骨骼节点Ni与相邻的下一个骨骼节点N(i+1)之间的标准距离为di，所述第i个骨骼节点Ni的位置是ni，其中，i是自然数；
步骤（202）：计算标准坐标系上的骨骼肢体节点之间的距离，包括如下具体处理：
A．计算骨骼节点N（i+1）相对于Ni的相对位置pi= n（i+1）-ni；
B． 将步骤（A）中的相对位置pi归一化，得到相对方向Pi；
C．将前述相对方向Pi乘以标准距离di；
D．计算相对方向Pi与pi之间的位置差pd，pd=Pi- pi；
E．将第i个骨骼节点Ni的位置是ni减去pd。
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