分析三度空間人體肢節運動的計算機視覺

Abstract

本論文旨在提出一套方法來從一系列的人體肢節運動照片中，重建其三度空間結構以 其動作變化。在第一階段我們將先分析各單張照片中人體的可能結構。假照片中臉部 的六個以上特徵點及其他關節點之位置均已知，而且人體之各肢節(rigid segment) 之長度亦已知。那麼從麼單張照片重建人體可能的三度空間結構。我們所採用的方法 是：在頭部定義一個座標系，再利用頭部特徵在此座標系之座標及其投影來決定座標 轉換矩陣〔T 〕；再由〔Ｔ〕分離出對應於頭部座標系的 相機模式(Camara Model) ；最後反求得頭部各特徵點在相機座標系之座標。我們所說的特徵點含頸子、左右眼 、左右耳和鼻子。 找到相機座標系中頸子之座標後，可逐步找出其他關節點在相機座標系之座標。但是 ，由於二度至三度空間的轉換有一對多的關係，所以當已佑芋一肢節之一端點座標時 ，另一端點之座標可能有兩個。因此，如果人體有n 個關節，那麼一張照片就有２ 個可能之三度空間結構。這些可能性我們以二元樹(Binary Interpretation Tree)表 示的結構有許多是不可能的，因此我們運用與身體結構有關和與運動有關的各種限制 來作剪枝。 第二階段我們將進行一系列照片的動態分析。經過前一階段分析後，各照片所剩下之 結構可表成『多階段人體結構變化圖』(Multistage Transition Graph) ，運用擇優 技術(Optimization)可找出最佳解。我們所用的擇優方法包括動態規劃法和圖形搜尋 法(Sum of Relative Displacements) 、肢節兩端點之運動向量或關節的投影標示( Labeling)消掉較不可能的結構。 然而，由於『多階段人體結構變化圖』中可能蘊涵多個可行解，因此我們將 Algorithm A 稍加變化找出所有可行解，在求解過程中並利用投影標示來檢核某組變 化是否合法。論文最後舉出例子並討論實驗結果。