排球扣球動作的三維手勢重建系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：傳統(tǒng)的排球扣球動作手勢重建系統(tǒng)存在噪聲較大，精確度不高以及成本相對較高的問題，本文主要針對這些問題提出了一套比較好的設(shè)計方案，首先利用攝像機(jī)傳輸?shù)男畔@取到扣球動作的二維手勢圖像，對其進(jìn)行處理以達(dá)到去噪的效果，接下來利用2D平面標(biāo)靶的標(biāo)定原理來建立扣球動作的三維手勢圖像幾何模型，最后利用立體視覺算法來對于圖像的特征進(jìn)行提取和匹配，這些就是排球扣球動作的三維手勢重建系統(tǒng)設(shè)計方案，最終解決了傳統(tǒng)排球扣球動作手勢重建系統(tǒng)中的各種問題，具有很高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：三維手勢重建系統(tǒng);雙目立體視覺;平滑去噪;特征提取與匹配

中圖分類號：G842 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：A ? ? 文章編號：1002-7475（2019）11-122-01

引言

利用計算機(jī)技術(shù)來對三維物體的各個參數(shù)進(jìn)行表示和處理，然后建立數(shù)學(xué)化模型的技術(shù)就是三維重建技術(shù)。在現(xiàn)代的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，該技術(shù)算是一種比較基礎(chǔ)的技術(shù)，應(yīng)用也是十分廣泛，可以在計算機(jī)中對于現(xiàn)實存在的物體進(jìn)行虛擬化。本文主要針對傳統(tǒng)的排球扣球動作手勢重建系統(tǒng)存在噪聲較大、精確度不高以及成本相對較高的問題提出了一些設(shè)計方案。

1排球扣球動作的二維手勢平滑去噪

排球扣球動作的二維手勢圖像的獲取非常關(guān)鍵，它是三維手勢下進(jìn)行模型重建的基石。想要獲取到排球扣球動作的二維手勢圖像，需要借助到攝像機(jī)或者傳感器，由于在獲取圖像的過程中會有一些外部因素的影響，因此在獲取到排球扣球動作的二維手勢圖像之后需要進(jìn)行初步的處理，也就是深度圖去噪。去噪過程中主要使用的器材就是直通濾波器，需要知道的是排球扣球動作的三維手勢深度圖的像素坐標(biāo)以及深度，根據(jù)一定的公式以及算法進(jìn)行處理，就可以獲取到去噪后的排球扣球動作三維手勢圖像數(shù)據(jù)流，將該數(shù)據(jù)流寫入硬盤中就實現(xiàn)了對于排球扣球動作的二維手勢平滑去噪以及向排球扣球動作的三維手勢圖像的轉(zhuǎn)換。

2排球扣球動作的三維手勢圖像相機(jī)標(biāo)定

為了實現(xiàn)排球扣球動作的三維手勢圖像相機(jī)標(biāo)定，首先需要從排球扣球動作的三維手勢圖像中獲取到三維物點和像點之間的聯(lián)系，還需要有計算排球扣球動作的三維手勢圖像形狀的參數(shù)，因此需要建立一個排球扣球動作的三維手勢圖像的幾何模型，利用計算機(jī)相關(guān)技術(shù)來獲取到需要的相關(guān)參數(shù)，一般情況下這些參數(shù)的獲取并不簡單，首先需要通過實驗來獲取一些間接參數(shù)，然后利用一些公式來進(jìn)行計算，最終獲取到我們所需要的參數(shù)，這個過程就被稱之為攝像機(jī)標(biāo)定。

進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定時，需要采用2D平面標(biāo)靶的標(biāo)定原理，對于平面模板和攝像機(jī)進(jìn)行移動，內(nèi)部參數(shù)時刻保持不變，對于排球扣球動作的三維手勢模型進(jìn)行細(xì)致的分析，然后就可以得到相機(jī)參數(shù)的優(yōu)化解，接下來就可以利用最大似然法對于圖像進(jìn)行非線性求精，求精之后就能夠得到該攝像機(jī)鏡頭中畸變的圖像目標(biāo)函數(shù)，利用該函數(shù)就可以得到該攝像機(jī)的內(nèi)部以及外部的參數(shù)值，完成這整個的過程就實現(xiàn)了排球扣球動作的三維手勢圖像相機(jī)標(biāo)定，完美地完成了重要的第二步。

3排球扣球動作的三維手勢圖像特征匹配

為了更好地實現(xiàn)排球扣球動作的三維手勢圖像特征匹配，首先需要尋找多幅的排球扣球動作三維手勢圖像中的一些特征點，也就是特征向量，讓排球扣球動作的三維手勢圖像間的均方差變得最小，這樣就可以獲取到更加準(zhǔn)確的相對位置信息，有利于實現(xiàn)排球扣球動作的三維手勢圖像特征匹配。

為了更好地實現(xiàn)排球扣球動作的三維手勢圖像特征匹配，具體的步驟如下：

（1）利用排球扣球動作的三維手勢圖像，對其尺度空間的極值進(jìn)行檢測，以此來確定排球扣球動作的三維手勢圖像的關(guān)鍵點以及所在的尺度。

（2）利用擬合函數(shù)來精確地計算關(guān)鍵點位置以及尺度，對于其中的低對比度的點進(jìn)行去除操作，以保證排球扣球動作的三維手勢圖像的精確度。

（3）關(guān)鍵點的方向參數(shù)主要由排球扣球動作的三維手勢圖像的梯度方向分布特點來指定。

（4）根據(jù)以上獲取到的參數(shù)來計算并生成排球扣球動作的三維手勢圖像的SIFT特征向量。

在得到以上的攝像機(jī)內(nèi)部和外部相關(guān)參數(shù)以及排球扣球動作的三維手勢圖像的SIFT特征向量之后，利用排球扣球動作的三維手勢圖像坐標(biāo)系中的某個像素點來逆向地在圖像世界坐標(biāo)系中生成對應(yīng)的點，通過特征點在圖像中的匹配關(guān)系，就可以建立方程求得世界坐標(biāo)系中的各個坐標(biāo)值，再將這些點按照對應(yīng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系來連接形成三維的立體圖，這就完成了排球扣球動作的三維手勢重建。

4結(jié)束語

綜上所述，傳統(tǒng)的排球扣球動作手勢重建系統(tǒng)存在噪聲較大、精確度不高以及成本相對較高的問題，為此提出了一套很好的排球扣球動作手勢重建系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案操作簡單、自動化程度較高、測試結(jié)果良好，很好地解決了傳統(tǒng)的排球扣球動作手勢重建系統(tǒng)存在噪聲較大、精確度不高以及成本相對較高的問題，在現(xiàn)實的操作中具有很好的應(yīng)用價值，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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作者簡介：

馬芳芳（1985.04—），女，回族，河南周口川匯區(qū)，河南科技職大學(xué)，職位：無（教排球），學(xué)歷：鄭州大學(xué) 體育學(xué)院（校本部），碩士研究生學(xué)歷，體育教學(xué)。