專利名稱：運(yùn)動(dòng)捕捉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)捕捉方法，其中一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記被設(shè)置在對(duì)象上的預(yù)定位置 處，這些標(biāo)記的空間位置被采集并數(shù)字化，其中該對(duì)象的運(yùn)動(dòng)借助于隨時(shí)間變化的數(shù)字位 置數(shù)據(jù)而被記錄。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)捕捉(英語(yǔ)是“Motion Capture")是指這樣的方法，該方法使得能夠記錄 對(duì)象的運(yùn)動(dòng)，例如甚至人的運(yùn)動(dòng)并且將記錄的數(shù)據(jù)數(shù)字化，從而可以例如借助于計(jì)算機(jī)來(lái) 分析和存儲(chǔ)數(shù)字的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。經(jīng)常地，所記錄的數(shù)字運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)被用于將該運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 (uebertragen)到相應(yīng)對(duì)象的計(jì)算機(jī)生成的模型上。這種技術(shù)目前在制作電影和計(jì)算機(jī)游 戲的過(guò)程中是常見的。數(shù)字采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)例如被用于由計(jì)算機(jī)支持地計(jì)算三維動(dòng)畫圖 像。通過(guò)運(yùn)動(dòng)捕捉，可以借助計(jì)算機(jī)分析復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，以便以相對(duì)較小的成本產(chǎn)生動(dòng)畫 計(jì)算機(jī)圖像。借助運(yùn)動(dòng)捕捉可以捕捉極為不同的運(yùn)動(dòng)類型，也就是被研究對(duì)象的旋轉(zhuǎn)、平移 以及變形。也可以捕捉運(yùn)動(dòng)對(duì)象中的運(yùn)動(dòng)，這些對(duì)象例如在人的情況下具有多個(gè)關(guān)節(jié)，這 些關(guān)節(jié)可以互相獨(dú)立地運(yùn)動(dòng)?？偢拍睢斑\(yùn)動(dòng)捕捉”還包括所謂的“表演捕捉(Performance Capture) ”技術(shù)。在這種技術(shù)中，不僅捕捉身體運(yùn)動(dòng)，還捕捉臉部表情，即人的表情，并借助 計(jì)算機(jī)分析和進(jìn)一步處理。在公知的運(yùn)動(dòng)捕捉方法中，在相應(yīng)對(duì)象上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記，這些標(biāo)記的空間 位置被采集和數(shù)字化。這種方法例如在US2006/0192854A1中描述。在該公知方法中使用 對(duì)光進(jìn)行反射的標(biāo)記。多個(gè)專門裝備的攝像機(jī)從不同方向拍攝該對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。借助軟件在 所拍攝的視頻圖像數(shù)據(jù)中識(shí)別這些標(biāo)記，然后根據(jù)攝像機(jī)的不同位置確定這些標(biāo)記的空間 位置。對(duì)象的運(yùn)動(dòng)最后借助于這些標(biāo)記的數(shù)字位置數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化而計(jì)算機(jī)支持地被記 錄下來(lái)。該已知方法的缺點(diǎn)是成本非常高。為了運(yùn)動(dòng)捕捉，需要拍攝和分析借助多個(gè)攝像 機(jī)拍攝的視頻數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)還在于，雖然該公知方法使得能夠自動(dòng)在視頻圖像數(shù)據(jù)中識(shí)別這 些標(biāo)記，但是不能容易地識(shí)別各個(gè)標(biāo)記，也就是說(shuō)不能自動(dòng)識(shí)別出哪個(gè)標(biāo)記各自在該對(duì)象 上的哪個(gè)位置處。這種對(duì)應(yīng)似乎必須“手動(dòng)”進(jìn)行，以便將這些標(biāo)記的位置數(shù)據(jù)與對(duì)象上的 相應(yīng)設(shè)置位置相對(duì)應(yīng)。這種對(duì)應(yīng)是適當(dāng)?shù)胤治鏊涗浀倪\(yùn)動(dòng)的前提，例如在將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換到對(duì)象的計(jì)算機(jī)生成的三維模型上時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)捕捉方法。尤其地，提供一 種使得能夠用很小的成本實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)捕捉的方法。本發(fā)明從開頭所述類型的方法出發(fā)通過(guò)以下方式解決該技術(shù)問(wèn)題，即所述一個(gè)或 多個(gè)標(biāo)記分別包括一個(gè)發(fā)射機(jī)應(yīng)答器，該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器通過(guò)電磁射線而被激活，也就是說(shuō) 以以下方式，即該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射作為電磁射線的定位信號(hào)，其中借助該定位信號(hào)采集各個(gè)標(biāo)記的位置。本發(fā)明的基本思想在于，使用公知類型的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器作為用于確定位置和捕捉 運(yùn)動(dòng)的標(biāo)記。RFID標(biāo)簽特別合適于作為標(biāo)記來(lái)捕捉運(yùn)動(dòng)。RFID是一種公知的用于無(wú)接觸地進(jìn) 行識(shí)別和定位的技術(shù)。RFID系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)應(yīng)答器和用于讀取發(fā)射機(jī)應(yīng)答器標(biāo)識(shí)的讀取設(shè)備 組成。RFID發(fā)射機(jī)應(yīng)答器(也稱為RFID標(biāo)簽)通常包括天線以及集成的電子電路，該電路 具有模擬部件和數(shù)字部件。模擬部件(收發(fā)器)用于接收和發(fā)射電磁射線。該數(shù)字電路具 有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中能夠存儲(chǔ)發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的識(shí)別數(shù)據(jù)。在更為復(fù)雜的RFID發(fā)射機(jī)應(yīng)答器 中，所述電路的數(shù)字部件具有馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)(von Neumann-Architekture) 0由讀取設(shè) 備產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)經(jīng)由RFID發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的天線被接收。只要天線位于讀取設(shè)備的電 磁場(chǎng)中，在該天線中就會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)該感應(yīng)電流激活該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器。這樣被激活 的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器經(jīng)由所述電磁場(chǎng)接收來(lái)自讀取設(shè)備的指令。該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器產(chǎn)生包含被讀 取設(shè)備查詢的數(shù)據(jù)的響應(yīng)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，該響應(yīng)信號(hào)是定位信號(hào)，借助該定位信號(hào)來(lái)采 集標(biāo)記的空間位置。相對(duì)于傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)捕捉方法，本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)可以完全不需要用多 個(gè)攝像機(jī)來(lái)拍攝視頻圖像。為了捕捉運(yùn)動(dòng)不需要拍攝和處理視頻圖像數(shù)據(jù)。為了執(zhí)行本發(fā) 明的方法，只需要用于接收定位信號(hào)的接收單元(讀取設(shè)備)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，設(shè)置在對(duì)象上的 多個(gè)標(biāo)記中的每個(gè)單個(gè)標(biāo)記能夠被單獨(dú)識(shí)別。 由此可以自動(dòng)地將每個(gè)標(biāo)記的所采集的空間位置與該對(duì)象上相應(yīng)的設(shè)置地點(diǎn)對(duì)應(yīng)起來(lái)。這 相對(duì)于傳統(tǒng)方法顯著降低了自動(dòng)處理所記錄的數(shù)字位置數(shù)據(jù)的難度。RFID標(biāo)簽尤其適合于作為根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)記，因?yàn)镽FID標(biāo)簽具有非常小的結(jié)構(gòu) 尺寸?？墒褂眯⌒突腞FID發(fā)射機(jī)應(yīng)答器，其只有塵粒大小。已知RFID發(fā)射機(jī)應(yīng)答器例如 只有0.05X0. 05mm大小。這種發(fā)射機(jī)應(yīng)答器以千兆赫茲及以上范圍內(nèi)的非常高的頻率工 作。這樣小型化的RFID發(fā)射機(jī)應(yīng)答器可以毫無(wú)問(wèn)題地被設(shè)置在幾乎任何要捕捉其運(yùn)動(dòng)的 對(duì)象上。為了捕捉人的運(yùn)動(dòng)，例如可以將很多標(biāo)記集成在由人穿戴的織物中。還可以想到， 為了捕捉位置和運(yùn)動(dòng)，將RFID標(biāo)簽不可見地設(shè)置在皮膚表面之下。小型化RFID標(biāo)簽同樣非 常適合于上述的表演捕捉技術(shù)。這些標(biāo)記可以設(shè)置在人的臉部區(qū)域中，以捕捉人的表情。在 使用更大的RFID標(biāo)簽時(shí)，該RFID標(biāo)簽?zāi)軌蚪柚谡辰印⒏街?、吸盤連接等等而可拆卸地設(shè) 置在對(duì)象上。本發(fā)明的極為不同的應(yīng)用領(lǐng)域還包括醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。在介入性放射學(xué)的領(lǐng)域 中，可將本發(fā)明的方法用于跟蹤醫(yī)療器械(例如導(dǎo)管、活組織檢查探針(Biopsienadel)、內(nèi) 診鏡等)在診斷成像設(shè)備的檢查體積中的運(yùn)動(dòng)，并且在必要時(shí)與診斷圖像數(shù)據(jù)一起顯示。 此外，根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)記可以是用于標(biāo)記人體內(nèi)損傷和病變組織的組織標(biāo)記。最后還可以想 到本發(fā)明方法的工業(yè)用途，例如在物流領(lǐng)域或在質(zhì)量保障領(lǐng)域中的用途，以便捕捉和跟蹤 特定物體(貨物、機(jī)器、工具等)的位置，或者以便控制機(jī)器或工具在執(zhí)行工作時(shí)的特定運(yùn) 動(dòng)過(guò)程。對(duì)于本發(fā)明，合適的是使用無(wú)源的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器作為標(biāo)記。發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的電路 的電流供應(yīng)通過(guò)在接收電磁射線過(guò)程中在天線內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。無(wú)源的發(fā)射機(jī)應(yīng) 答器的結(jié)構(gòu)尺寸很小是有利的，因?yàn)樗鼈儧]有自己的起作用的電源，例如電池形式的電源。 發(fā)射機(jī)應(yīng)答器為了發(fā)射定位信號(hào)所需要的能量由電磁射線提供，其中通過(guò)該電磁射線激活發(fā)射機(jī)應(yīng)答器。根據(jù)本發(fā)明的用于捕捉位置和運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)包括多個(gè)位于空間中不同位置的接收 單元，用于接收由對(duì)象的標(biāo)記發(fā)送的定位信號(hào)；以及與這些接收單元連接的分析單元，用于 根據(jù)所接收的定位信號(hào)確定標(biāo)記的位置。標(biāo)記包括發(fā)射機(jī)應(yīng)答器或其它類型的無(wú)線電發(fā)射 器作為發(fā)射作為電磁射線的定位信號(hào)的輻射源。接收單元在最簡(jiǎn)單的情況下是天線，天線 從不同位置接收定位信號(hào)。發(fā)送單元用于發(fā)送電磁射線以激活發(fā)射機(jī)應(yīng)答器。發(fā)射單元、接 收單元以及分析單元一起構(gòu)成讀取設(shè)備，如其在原理上常用于讀取RFID標(biāo)簽?zāi)菢?，其中?析單元被增加以用于確定標(biāo)記的位置的功能。根據(jù)在各接收單元位置處定位信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)， 可以推斷出發(fā)射機(jī)應(yīng)答器與該接收單元之間的距離。如果發(fā)射機(jī)應(yīng)答器與位于空間中特定 位置的不同接收單元之間的距離是已知，則由此可以借助分析單元又計(jì)算出各個(gè)發(fā)射機(jī)應(yīng) 答器的準(zhǔn)確位置，并由此計(jì)算出對(duì)象上標(biāo)記的準(zhǔn)確位置。問(wèn)題是在實(shí)踐的若干情況下，定位信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)可能經(jīng)受波動(dòng)，例如因?yàn)橛蓪?duì)象本 身所導(dǎo)致的信號(hào)衰減或者因?yàn)閬?lái)自環(huán)境的信號(hào)反射。出于該原因，借助場(chǎng)強(qiáng)，即例如借助由 標(biāo)記的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射的定位信號(hào)的電磁射線的幅度來(lái)進(jìn)行位置確定可能并不總能具 有足夠的精度。為了解決該問(wèn)題，可以規(guī)定，(附加或單獨(dú)地)借助定位信號(hào)在接收單元位 置處的電磁射線的相位來(lái)確定標(biāo)記的位置。與定位信號(hào)的電磁射線的幅度對(duì)引起干擾的環(huán) 境影響的反應(yīng)相比，相位對(duì)引起干擾的環(huán)境影響的反應(yīng)的靈敏度更小。還可以想到，首先借 助幅度粗略地進(jìn)行位置確定，通過(guò)確定相位來(lái)提高準(zhǔn)確度。借助相位進(jìn)行的位置確定還使 得能夠?qū)崿F(xiàn)比借助信號(hào)幅度的位置確定更高的準(zhǔn)確度。由于電磁射線的周期性，借助相位 的位置確定可能不是單值明確的(eindeutig)。必須要么保持受限的測(cè)量體積，在該測(cè)量體 積內(nèi)可以根據(jù)相位單值明確地推斷出位置，要么必須采取額外的措施。在此可以將信號(hào)幅 度的測(cè)量與相位的測(cè)量組合起來(lái)。替換地或附加地，可以對(duì)在對(duì)象運(yùn)動(dòng)期間定位信號(hào)在各 接收單元的位置處的過(guò)零進(jìn)行計(jì)數(shù)，以單值明確地推斷出正確的位置。根據(jù)本發(fā)明的一種有意義的擴(kuò)展方案可以規(guī)定，為了采集該一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記的位 置，借助至少兩個(gè)位于不同位置的接收單元接收由相應(yīng)標(biāo)記的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器(或無(wú)線電發(fā) 射器)發(fā)射的定位信號(hào)的電磁射線，其中借助于通過(guò)這兩個(gè)接收單元接收的定位信號(hào)的相 位差來(lái)確定位置。根據(jù)從接收單元的不同位置接收的定位信號(hào)，可以形成相位差。相位差 的測(cè)量相比于絕對(duì)相位的測(cè)量是有利的，因?yàn)橛筛靼l(fā)射機(jī)應(yīng)答器(或無(wú)線電發(fā)射器)發(fā)射 的定位信號(hào)的電磁射線沒有確定的絕對(duì)相位。此外還可以通過(guò)以下方式改善本發(fā)明的基于 相位的位置確定，即設(shè)置η個(gè)接收單元，其中η > 3，η是自然數(shù)，并且根據(jù)在η個(gè)位置處所 接收的定位信號(hào)借助相應(yīng)數(shù)量的相位檢測(cè)器來(lái)形成直至η · (η-1)/2個(gè)相位差值并由分析 單元處理，這些相位差值分別對(duì)應(yīng)于接收單元對(duì)。通過(guò)例如5、10或更大數(shù)目的分布在空間 中的接收單元，可以通過(guò)接收單元的可想到的不同配對(duì)來(lái)形成相應(yīng)大數(shù)目的相位差值。例 如在空間中分布10個(gè)天線的情況下，可以形成45個(gè)配對(duì)并相應(yīng)地根據(jù)所接收的定位信號(hào) 形成多達(dá)45個(gè)相位差值。這些大量的提供給分析單元的測(cè)量值產(chǎn)生了很高的冗余，并且因 此在位置確定中產(chǎn)生了可靠性和精度。優(yōu)選的，為了測(cè)量相位差可以采用市場(chǎng)上常見和便 宜的相位檢測(cè)器，如其例如在PLL部件中所使用的那樣。經(jīng)常，在這樣的PLL部件中已經(jīng)集 成了信號(hào)放大器來(lái)放大所接收的信號(hào)。合適的是，在借助相位差的位置確定中，將根據(jù)所接收的定位信號(hào)產(chǎn)生的相位差
7值與(例如存儲(chǔ)在分析單元中的)參考相位差值進(jìn)行比較。可以進(jìn)行與所存儲(chǔ)的參考相位 差值的簡(jiǎn)單比較，在必要時(shí)與內(nèi)插相結(jié)合，所述參考相位差值相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于χ、y和ζ坐標(biāo) 以確定位置。替換地，可以借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行位置確定，其中向該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入根據(jù)所接收 的定位信號(hào)產(chǎn)生的相位差值作為輸入值。這樣，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出端產(chǎn)生空間坐標(biāo)，根據(jù)該 空間坐標(biāo)給出各標(biāo)記的瞬時(shí)位置。合適的是，事先執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量，其中針對(duì)多個(gè)預(yù)定位置采 集參考相位差值。這些參考相位差值可以簡(jiǎn)單地與預(yù)定位置的空間坐標(biāo)一起存儲(chǔ)在相應(yīng)的 數(shù)據(jù)矩陣中。同樣，可以基于校準(zhǔn)測(cè)量來(lái)訓(xùn)練所提到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。有意義的還有，與校準(zhǔn)無(wú) 關(guān)地定期用對(duì)象或標(biāo)記查找預(yù)定的參考點(diǎn)。這可用于以規(guī)則的間距執(zhí)行針對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)的調(diào) 整。在該位置確定中，可以在必要時(shí)非常簡(jiǎn)單地通過(guò)簡(jiǎn)單的向量相加補(bǔ)償坐標(biāo)原點(diǎn)的移動(dòng)， 而不需要重新進(jìn)行完整的再校準(zhǔn)。為了在確定標(biāo)記的空間位置時(shí)實(shí)現(xiàn)盡可能高的精度，有意義的可以是，將發(fā)射機(jī) 應(yīng)答器和相應(yīng)的接收單元設(shè)置為使得它們工作在兩個(gè)或更多不同的頻率下。由此可以在確 定位置時(shí)實(shí)現(xiàn)一種分級(jí)的方法來(lái)逐漸地提高精度。通過(guò)在低頻率和相應(yīng)的大波長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生定 位信號(hào)，首先可以粗略但單值明確地確定位置。然后，為了提高精度，過(guò)渡到更高的頻率，或 者連續(xù)地繼續(xù)提高定位信號(hào)的頻率。在確定相位時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)特定的空間分辨率，在更高 的頻率的情況下對(duì)分辨率的要求更低。在連續(xù)提高頻率的情況下，確定過(guò)零的數(shù)量以確定 發(fā)射機(jī)應(yīng)答器和接收單元之間的準(zhǔn)確距離。為了盡可能準(zhǔn)確地確定位置，可以考慮在兩個(gè) 方向上的頻率變化，即頻率從低到高或從高到低。依據(jù)為了確定位置而必須覆蓋的頻率范 圍，可能需要設(shè)置兩個(gè)或更多天線，這些天線與發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的電路連接，其中每個(gè)天線分 別被分配了一個(gè)特定的頻率范圍。同樣可考慮使用分別包括多個(gè)單獨(dú)的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的標(biāo) 記，這些發(fā)射機(jī)應(yīng)答器工作在不同的頻率下。根據(jù)本發(fā)明，為了捕捉運(yùn)動(dòng)，在必要時(shí)在對(duì)象上設(shè)置多個(gè)標(biāo)記。這些標(biāo)記的發(fā)射機(jī) 應(yīng)答器可以要么是并行地(所謂的批量采集)、要么是在時(shí)間上前后相繼地被激勵(lì)以發(fā)射 定位信號(hào)，以便確定標(biāo)記的空間位置。


下面借助附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于捕捉運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的借助相位差來(lái)捕捉位置和/或運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式圖1所示的系統(tǒng)用于捕捉運(yùn)動(dòng)。其涉及記錄人1的運(yùn)動(dòng)并對(duì)該運(yùn)動(dòng)數(shù)字化。在人 1的整個(gè)身體上分布地設(shè)置多個(gè)標(biāo)記2。為了捕捉運(yùn)動(dòng)，記錄并數(shù)字化這些標(biāo)記2的空間位 置。人1的運(yùn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)3借助隨時(shí)間變化的數(shù)字位置數(shù)據(jù)來(lái)記錄。計(jì)算機(jī)3可以分析這 些標(biāo)記的數(shù)字位置數(shù)據(jù)，例如以便將運(yùn)動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)換到三維模型。這種建?？稍诋a(chǎn)生動(dòng)畫計(jì) 算機(jī)圖像的過(guò)程中使用。在圖中所示的系統(tǒng)中，設(shè)置發(fā)射電磁射線5的發(fā)送單元4。根據(jù)本 發(fā)明，標(biāo)記2分別包括一個(gè)發(fā)射機(jī)應(yīng)答器(在圖中未詳細(xì)示出)。射線5由標(biāo)記2的發(fā)射機(jī) 應(yīng)答器接收。這些發(fā)射機(jī)應(yīng)答器由所接收的射線5激勵(lì)，從而這些發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)送定位 信號(hào)作為高頻的電磁射線6。由標(biāo)記2的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射的定位信號(hào)被3個(gè)位于空間中特定位置處的接收單元7、8和9接收。接收單元7、8和9與分析單元10連接，該分析單元 借助定位信號(hào)的電磁射線6在接收單元7、8和9各自位置處的幅度和相位來(lái)確定標(biāo)記2的 位置。這些位置數(shù)據(jù)最后以數(shù)字形式被提供給計(jì)算機(jī)3。 在圖2所示的實(shí)施例中，對(duì)象1是醫(yī)療器械，例如導(dǎo)管，在該導(dǎo)管的末端設(shè)置具有 發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的標(biāo)記2。分布在空間中的3個(gè)接收單元7、8和9是簡(jiǎn)單的天線。這些天線 以3個(gè)可能的配對(duì)與3個(gè)相位檢測(cè)器11連接。在相位檢測(cè)器11的輸出端上的信號(hào)，即通 過(guò)在天線7、8和9的位置處所接收的定位信號(hào)6的相位差確定的信號(hào)，被輸入分析單元10 以確定標(biāo)記2的位置。根據(jù)本發(fā)明，該位置的確定借助通過(guò)每?jī)蓚€(gè)接收單元7、8和9所接 收的定位信號(hào)的相位差來(lái)進(jìn)行。根據(jù)從天線7、8和9的不同位置接收的定位信號(hào)6，由相位 檢測(cè)器11形成相位差。利用η個(gè)天線可以形成多達(dá)η · (η-1)/2個(gè)相位差值，這些相位差 值分別對(duì)應(yīng)于天線對(duì)。分析單元10借助這些相位差執(zhí)行位置確定，使得由所接收的定位信 號(hào)6產(chǎn)生的相位差值與存儲(chǔ)的參考相位差值相比較。由此得到標(biāo)記2的x、y和ζ坐標(biāo)。替 換地，位置確定可以借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由分析單元10來(lái)計(jì)算。在實(shí)際的位 置確定或運(yùn)動(dòng)捕捉之前，執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量，其中對(duì)標(biāo)記2的多個(gè)預(yù)定位置采集參考相位差值。 這些參考相位差值與這些預(yù)定位置的空間坐標(biāo)一起被存儲(chǔ)在分析單元10中。同樣，可以基 于校準(zhǔn)測(cè)量來(lái)訓(xùn)練所提到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。有意義的還有，定期地用對(duì)象1或標(biāo)記2來(lái)尋找在 空間中固定預(yù)定的參考點(diǎn)12。由此可以以規(guī)則的間隔來(lái)執(zhí)行對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的調(diào)整。
權(quán)利要求
一種運(yùn)動(dòng)捕捉方法，其中至少一個(gè)標(biāo)記(2)被設(shè)置在對(duì)象(1)上，這些標(biāo)記的空間位置被采集并數(shù)字化，其中該對(duì)象(1)的運(yùn)動(dòng)借助隨時(shí)間變化的數(shù)字的位置數(shù)據(jù)來(lái)記錄，其特征在于，所述至少一個(gè)標(biāo)記(2)包括發(fā)射機(jī)應(yīng)答器，該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器被電磁射線(5)激活，具體是以以下方式該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射定位信號(hào)作為電磁射線(6)，借助該定位信號(hào)采集該標(biāo)記(2)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)應(yīng)答器包括集成的電子電路 以及與該電子電路連接的天線，該天線用于接收和發(fā)射電磁射線(5，6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)應(yīng)答器被構(gòu)造為無(wú)源的發(fā)射 機(jī)應(yīng)答器，其中所述電子電路的電流供應(yīng)由在接收電磁射線(5)過(guò)程中在天線內(nèi)產(chǎn)生的感 應(yīng)電流來(lái)進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)應(yīng)答器是RFID標(biāo)簽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在RFID標(biāo)簽的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)關(guān) 于對(duì)象(1)上的設(shè)置地點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，借助于由所述至少一個(gè)標(biāo)記(2) 的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射的定位信號(hào)的電磁射線(6)在接收所述定位信號(hào)的接收單元(7，8，9) 的位置處的幅度和/或相位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述至少一個(gè)標(biāo)記(2)的位置的采集。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，為了采集所述至少一個(gè)標(biāo)記(2) 的位置，借助于至少兩個(gè)位于不同位置的接收單元(7，8，9)接收由該標(biāo)記(2)的發(fā)射機(jī)應(yīng) 答器發(fā)射的定位信號(hào)的電磁射線(6)，其中借助于通過(guò)兩個(gè)接收單元(7，8，9)接收的定位 信號(hào)的相位差來(lái)確定位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過(guò)η^ 3個(gè)位于不同位置的接收單元 (7,8,9)接收所述定位信號(hào)，其中η是自然數(shù)，并且根據(jù)在η個(gè)位置處接收的定位信號(hào)產(chǎn)生 多達(dá)η· (η-1) Λ個(gè)相位差值，這些相位差值分別對(duì)應(yīng)于接收單元(7，8，9)對(duì)，并且借助這 些相位差值來(lái)確定所述至少一個(gè)標(biāo)記(2)的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述位置確定通過(guò)以下方式進(jìn)行，即 根據(jù)所接收的定位信號(hào)產(chǎn)生的相位差值與參考相位差值進(jìn)行比較。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行位置確定，其中向 該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入根據(jù)所接收的定位信號(hào)產(chǎn)生的相位差值作為輸入值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，執(zhí)行校準(zhǔn)測(cè)量，其中針對(duì)所述至少 一個(gè)標(biāo)記(2)的多個(gè)預(yù)定位置采集參考相位差值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10和11所述的方法，其特征在于，基于在校準(zhǔn)測(cè)量中作為基礎(chǔ)的、預(yù) 定的位置和所采集的參考相位差值來(lái)訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)記(2)的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器 被設(shè)置用于產(chǎn)生兩個(gè)或更多不同頻率的定位信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)記(2)的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器 并行地或者在時(shí)間上前后相繼地被激勵(lì)以發(fā)射定位信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)記(2)能夠借助粘接、 附著、吸盤連接等可拆卸地設(shè)置在對(duì)象(1)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15之一所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)記(2)被集成在由其運(yùn)動(dòng)將被采集的人穿戴的織物中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)記(2)被植入到其運(yùn)動(dòng) 將被采集的人的皮膚表面之下。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一所述的方法，其特征在于，所述標(biāo)記(2)被設(shè)置在人的臉 部區(qū)域中以捕捉該人的表情。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18之一所述的方法，其特征在于，所述對(duì)象(1)是醫(yī)療器械。
20.一種發(fā)射機(jī)應(yīng)答器作為設(shè)置在對(duì)象(1)上的用于采集該對(duì)象(1)的位置和/或運(yùn) 動(dòng)的標(biāo)記(2)的應(yīng)用，該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器能由電磁射線(5)激活，具體是以以下方式該發(fā)射 機(jī)應(yīng)答器發(fā)射定位信號(hào)作為電磁射線(6)，借助該定位信號(hào)能采集該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器(2)的 位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的應(yīng)用，其特征在于，多個(gè)標(biāo)記(2)設(shè)置在對(duì)象(1)上的預(yù)定 位置處。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的應(yīng)用，其特征在于，借助由發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射的定位 信號(hào)(6)的電磁射線在接收所述定位信號(hào)(6)的接收單元(7，8，9)的位置處的幅度和/或 相位來(lái)采集所述標(biāo)記(2)的位置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的應(yīng)用，其特征在于，為了采集至少一個(gè)標(biāo)記(2)的位置，借 助至少兩個(gè)位于不同位置的接收單元(7，8，9)接收由該標(biāo)記(2)的發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射的定 位信號(hào)的電磁射線(6)，其中借助由所述至少兩個(gè)接收單元(7，8，9)接收的定位信號(hào)的相 位差來(lái)確定位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求20至23之一所述的應(yīng)用，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)應(yīng)答器是RFID標(biāo)簽。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24之一所述的應(yīng)用，其特征在于，所述對(duì)象(1)是醫(yī)療器械。
26.一種用于捕捉位置和/或運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，具有 對(duì)象(1)，在該對(duì)象上設(shè)置至少一個(gè)標(biāo)記(2)；多個(gè)位于不同位置處的接收單元(7，8，9)，用于接收由所述標(biāo)記(2)發(fā)射的定位信號(hào)；以及與這些接收單元(7，8，9)連接的分析單元(10)，用于根據(jù)所接收的定位信號(hào)確定所述 標(biāo)記(2)的位置，其特征在于，該至少一個(gè)標(biāo)記(2)包括發(fā)射定位信號(hào)作為電磁射線(6)的射線源。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述射線源是發(fā)射機(jī)應(yīng)答器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)應(yīng)答器由發(fā)送單元(4)的電 磁射線(5)激活，并從而被激勵(lì)以發(fā)射定位信號(hào)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26至28之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)記(2)的位置由分析 單元(10)利用電磁射線(6)在至少一個(gè)接收單元(7，8，9)位置處的幅度和/或相位來(lái)確 定。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，借助分析單元(10)利用通過(guò)每?jī)蓚€(gè)接 收單元(7，8，9)接收的定位信號(hào)的相位差來(lái)確定位置，為此所述接收單元(7，8，9)經(jīng)由相 位檢測(cè)器(11)與分析單元(10)連接。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置η> 3個(gè)接收單元(7，8，9)，其中η是自然數(shù)，并且根據(jù)在η個(gè)位置接收的定位信號(hào)由所述相位檢測(cè)器(11)形成多達(dá) η Vn-DA個(gè)相位差值并由分析單元(10)處理，這些相位差值分別對(duì)應(yīng)于接收單元(7，8， 9)對(duì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)捕捉方法，標(biāo)記(2)設(shè)置在對(duì)象(1)上，這些標(biāo)記的空間位置將被采集并數(shù)字化，對(duì)象(1)的運(yùn)動(dòng)借助隨時(shí)間變化的數(shù)字位置數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)(3)來(lái)記錄。本發(fā)明的任務(wù)是改進(jìn)這樣的方法。為此本發(fā)明建議，標(biāo)記(2)分別包括一個(gè)發(fā)射機(jī)應(yīng)答器，該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器被電磁射線(5)激活，具體以以下方式該發(fā)射機(jī)應(yīng)答器發(fā)射定位信號(hào)作為電磁射線(6)，借助該定位信號(hào)捕捉該標(biāo)記(2)的位置。
文檔編號(hào)G01S13/87GK101971052SQ200880125343
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者L·哈斯諾, V·特羅斯肯 申請(qǐng)人:阿梅多智能追蹤解決方案有限公司