基于單目無標記點的人體3D運動估計關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、近年來，人體3D運動估計成為計算機視覺領(lǐng)域的熱點研究問題之一，其主要原因有以下三點：1）家用數(shù)字視頻設(shè)備的普及；2）廣泛的應(yīng)用前景，如虛擬現(xiàn)實，動畫制作、電腦游戲、高級人機交互、視頻監(jiān)控、體育輔助訓(xùn)練、機器人動作設(shè)計等領(lǐng)域；3）日益成熟的計算機視覺理論奠定了該研究方向飛速發(fā)展的基礎(chǔ)。
　　由于基于多攝像機系統(tǒng)和基于單目視頻有標記點的研究方法均無法應(yīng)用于人體自然運動，因此，越來越多的研究學(xué)者將研究重點轉(zhuǎn)向了基于單目視頻無標記點的人體

2、3D運動估計。然而，用于表達人體運動的高維狀態(tài)參數(shù)空間，運動過程中物體之間的遮擋現(xiàn)象和人體自遮擋現(xiàn)象等原因，嚴重阻礙了此方向上研究的發(fā)展，前者導(dǎo)致了龐大復(fù)雜的計算量；而后者則導(dǎo)致了估計過程中的二義性問題。
　　本文對基于單目視頻無標記點的人體3D運動估計的相關(guān)技術(shù)進行了研究，重點研究基于粒子濾波算法的人體3D運動估計。主要工作集中在如何提高粒子濾波算法的計算效率，以及由于人體運動過程中的自遮擋現(xiàn)象而導(dǎo)致的二義性問題，并獲得了一定的

3、成果。在此基礎(chǔ)上，對不同狀態(tài)下的人體運動估計進行了研究，以實現(xiàn)不同運動狀態(tài)下采取不同的策略對人體3D運動進行估計。論文完成的工作主要包括以下幾個方面：
　　1.對狀態(tài)空間的分解進行了研究。通過引入圖模型結(jié)構(gòu)，重點研究了基于關(guān)節(jié)圖模型結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間分解策略，將手臂運動狀態(tài)空間分解為兩個低維子空間，并根據(jù)自頂向下搜索策略，通過引入關(guān)節(jié)鏈的概念，利用粒子濾波算法對手臂3D運動進行估計。同時，為了加強人體運動約束，提出了一種新的粒子投影方

4、法。實驗表明，算法表現(xiàn)出了良好的計算性能，在一定程度上提高了計算效率。
　　2.在人體運動過程中，肢體之間有很強的內(nèi)在關(guān)系。通過采用基于運動關(guān)系的學(xué)習(xí)策略，對右臂運動過程中的右大臂和右小臂速度關(guān)系進行了分析，對肢體運動速度關(guān)系進行了研究。通過該模型，右小臂的運動可由右大臂的運動進行線性表示，從而在提高計算效率的同時，從一定程度上解決了人體自遮擋現(xiàn)象。
　　3.重點研究了利用膚色特征進行人體四肢自遮擋的檢測。在人體運動過程中，

5、人體不同肢體的膚色特征在不同的運動狀態(tài)下呈現(xiàn)出了一定的規(guī)律性。通過對這種規(guī)律性的統(tǒng)計分析，結(jié)合人體先驗運動知識，將步行人體運動按照人體四肢自遮擋的情況分為四種自遮擋狀態(tài)，利用馬爾科夫模型，將人體自遮擋的檢測轉(zhuǎn)換為計算人體運動自遮擋狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率的問題。
　　4.重點研究了如何利用混合跟蹤模型對不同狀態(tài)下的人體運動進行估計。在人體運動過程中，經(jīng)常會發(fā)生自遮擋現(xiàn)象，傳統(tǒng)的方法都是通過離線的方式對樣本進行學(xué)習(xí)以解決自遮擋問題，并利用單一的