光学动作捕捉系统标定原理详解,如何进行动作捕捉系统标定

1. 光学动作捕捉系统简介

光学动作捕捉系统（Optical Motion Capture System，OMCS）是一种通过摄像机记录人体运动轨迹的技术。它主要由红外摄像机、红外发射器、计算机等组成，通过对被测者身上的被动反光球进行跟踪，获取人体运动数据。OMCS被广泛应用于电影、游戏、体育科学等领域。

2. 光学动作捕捉系统标定原理

OMCS的标定原理是通过对摄像机、红外发射器、被动反光球等进行标定，建立坐标系和映射关系，从而获取准确的运动数据。具体步骤如下

2.1 摄像机标定

摄像机标定是建立坐标系的关键步骤。需要将摄像机放置在固定位置，使用标定板或棋盘等物体进行标定。标定板或棋盘上有多个已知坐标的点，摄像机从不同位置和角度拍摄标定板，通过计算拍摄到的像素坐标和已知坐标之间的映射关系，建立摄像机坐标系。

2.2 红外发射器标定

红外发射器标定是建立红外光线的映射关系，通过红外发射器发射红外光线，被动反光球反射光线，摄像机记录反射光线的位置，从而获取被测者的运动数据。需要将红外发射器放置在摄像机的视野范围内，使用标定板或棋盘等物体进行标定。标定板或棋盘上有多个已知坐标的点，红外发射器从不同位置和角度发射红外光线，通过计算反射光线的像素坐标和已知坐标之间的映射关系，建立红外光线的坐标系。

2.3 被动反光球标定

被动反光球标定是建立被动反光球的映射关系，通过标定被动反光球的位置和朝向，需要将多个被动反光球固定在被测者身上，通过摄像机记录反光球的位置和朝向，

3. 光学动作捕捉系统标定常见误差及解决方案

OMCS的标定误差主要来自于摄像机标定、红外发射器标定和被动反光球标定。常见的误差包括

3.1 摄像机标定误差

摄像机标定误差主要来自于标定板或棋盘的质量和标定过程中的误差。解决方案包括使用高质量的标定板或棋盘，确保标定过程中物体不移动和不变形，多次标定取平均值等。

3.2 红外发射器标定误差

红外发射器标定误差主要来自于红外光线的偏移和误差。解决方案包括使用高质量的红外发射器，将红外发射器和摄像机的位置固定，避免红外光线的干扰等。

3.3 被动反光球标定误差

被动反光球标定误差主要来自于反光球的位置和朝向的误差。解决方案包括使用多个反光球提高标定精度，确保反光球固定在被测者身上，避免反光球的遮挡等。

4. 光学动作捕捉系统标定步骤

OMCS的标定步骤可以概括为

4.1 摄像机标定

使用标定板或棋盘等物体进行标定，建立摄像机坐标系。

4.2 红外发射器标定

使用标定板或棋盘等物体进行标定，建立红外光线坐标系。

4.3 被动反光球标定

固定多个反光球在被测者身上，记录反光球的位置和朝向，

4.4 数据校验

使用标定得到的坐标系和映射关系，对被测者的运动数据进行校验和处理。

5. 总结

光学动作捕捉系统是一种常见的用于人体运动跟踪的技术，它广泛应用于电影、游戏、体育科学等领域。OMCS的标定是保证其精度和稳定性的关键步骤，通过摄像机标定、红外发射器标定和被动反光球标定，建立坐标系和映射关系，获取准确的运动数据。标定误差是影响OMCS精度和稳定性的主要因素，需要注意误差来源和解决方案。