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如何使用计算机视觉技术进行人体姿态识别
如何使用计算机视觉技术进行人体姿态识别人体姿态识别是计算机视觉领域中的一个重要应用,通过使用计算机视觉技术,可以识别和分析人的姿态,例如姿势、动作和姿势变化等。
这项技术在许多领域具有广泛的应用,如医学、体育、安全监控等。
本文将介绍如何使用计算机视觉技术进行人体姿态识别。
首先,人体姿态识别技术需要获取人体图像或视频。
可以通过摄像头、深度传感器或其他可视化设备来采集人体图像或视频数据。
这些设备可以提供高质量的图像和深度信息,从而更好地捕捉人体姿态。
接下来,为了实现人体姿态识别,需要使用计算机视觉算法来处理图像或视频数据。
目前,有许多先进的算法可以用于人体姿态估计,如卷积神经网络(CNN)、支持向量机(SVM)等。
这些算法可以帮助识别和分析人体的骨骼结构、关节角度和身体姿势等信息。
在应用计算机视觉算法进行人体姿态识别时,还需要进行数据预处理。
人体图像或视频数据通常需要进行尺度归一化、去噪处理和关键点检测等操作。
这些预处理操作可以提高算法的准确性和稳定性,并降低噪声和冗余信息的影响。
在进行人体姿态识别时,可以使用两种主要方法:2D姿态和3D姿态。
2D姿态是在二维平面上对人体姿态进行分析和估计,可以获得人体的骨骼关键点位置和姿势信息。
而3D姿态是在三维空间中对人体姿态进行分析和估计,可以获得更加精确的人体姿态信息,如关节角度、旋转和缩放等。
对于2D姿态识别,可以使用基于深度学习的方法,如CNN、循环神经网络(RNN)等。
这些方法基于大量标注数据进行训练,可以实现较高的准确性和泛化能力。
此外,还可以结合传统的计算机视觉算法,如SVM和隐马尔可夫模型(HMM),以提高姿态识别的性能。
对于3D姿态识别,有许多技术可以应用,如多摄像头系统、运动捕捉设备和深度传感器等。
这些技术可以提供更多的数据维度,并准确地重建和跟踪人体姿态。
通过采集和分析人体的3D姿态数据,可以实现更加准确和自然的人机交互体验。
在实际应用中,人体姿态识别技术可以应用于许多领域。
top-down人体姿态估计算法
top-down人体姿态估计算法Top-down人体姿态估计算法是一种用于从图像或视频中推断人体姿态的方法。
它通过先检测人体的整体框架,然后逐步细化到各个关节的位置和角度,从而实现对人体姿态的准确估计。
该算法的基本思想是将人体姿态估计问题分解为两个子问题:人体检测和关节定位。
首先,通过使用目标检测算法,如Faster R-CNN 或YOLO,从图像中定位出包含人体的矩形框。
然后,将这些矩形框输入到关节定位网络中,逐步细化到每个关节的位置和角度。
在关节定位阶段,通常使用卷积神经网络(CNN)来对每个关节进行回归。
这些CNN模型通常包含多个卷积层和全连接层,用于从图像中提取特征并预测关节的位置和角度。
为了提高准确性,可以使用残差连接、空洞卷积等技术来改进模型。
除了CNN模型,还可以使用其他技术来改进关节定位的准确性。
例如,可以使用姿态先验信息来约束关节位置和角度的范围。
另外,还可以使用多尺度和多尺度融合的方法来提高对不同尺度人体的姿态估计准确性。
在实际应用中,Top-down人体姿态估计算法已经取得了很多成功。
它被广泛应用于人体动作识别、人机交互、虚拟现实等领域。
例如,在人机交互中,可以通过识别用户的手势和动作来实现自然的人机交互;在虚拟现实中,可以通过捕捉用户的姿态来实现身体感知和交互。
然而,Top-down人体姿态估计算法也存在一些挑战和限制。
首先,由于人体姿态的多样性和复杂性,算法对于姿态变化较大的情况可能存在一定的误差。
其次,算法对于遮挡、光照变化和背景干扰等因素也较为敏感。
此外,算法的计算复杂度较高,需要较大的计算资源和时间。
Top-down人体姿态估计算法是一种有效的方法,可以用于从图像或视频中推断人体的姿态。
它通过分解问题、使用CNN模型和其他技术来实现对人体姿态的准确估计。
尽管存在一些挑战和限制,但该算法在人机交互、虚拟现实等领域具有广泛的应用前景。
未来,随着算法的不断改进和硬件的发展,Top-down人体姿态估计算法将会变得更加准确和可靠。
传统的人体姿态估计算法
传统的人体姿态估计算法传统的人体姿态估计算法是指在深度学习盛行之前使用的一类技术。
人体姿态估计是指通过分析图像或视频中的人体关键点位置来推测并估计人体的姿态。
这一技术在计算机视觉、动作捕捉、人机交互等领域有着广泛的应用。
本文将介绍几种常见的传统人体姿态估计算法。
基于颜色特征的人体姿态估计算法利用肤色信息作为人体的特征来进行姿态估计。
通过颜色分布模型与肤色检测算法,可以有效地提取出人体的区域,并进行关键点的检测和跟踪。
其中比较经典的方法有基于肤色阈值分割的方法和基于皮肤颜色模型的方法。
基于模型的人体姿态估计算法使用数学模型来描述人体的姿态。
这些模型通常是基于人体关节的连接关系和角度约束构建的。
其中比较典型的方法有基于人体骨骼模型的方法、基于结构模型的方法和基于图模型的方法。
1.基于人体骨骼模型的方法:这种方法将人体表示为一个关节的层次结构。
通过从图像中检测到的关键点位置,可以通过模型的拓扑结构和连接关系来计算出人体的姿态。
典型的方法有基于人体骨骼模型的追踪任务、基于人体骨骼模型的姿态恢复和基于人体三维姿态的重构。
2.基于结构模型的方法:这种方法利用结构模型来描述人体关键点之间的相对位置和角度约束。
通过构建一个结构模型,可以使用追踪、检测等方法来估计人体的姿态。
结构模型通常由关节点和它们之间的连接关系组成,可以是二维结构模型也可以是三维结构模型。
3.基于图模型的方法:这种方法将人体姿态估计问题建模为一个图论问题。
通过将人体关键点表示为图的节点,关节点之间的连接关系表示为图的边,可以使用图论中的一些算法来求解姿态估计问题。
常用的图模型包括高斯图模型、条件随机场等。
基于优化的人体姿态估计算法通过定义一个优化目标函数,通过调整人体关键点的位置来最小化目标函数,从而得到人体的姿态估计结果。
常见的优化方法包括最小二乘法、非线性优化算法等。
以上介绍了几种常见的传统人体姿态估计算法,每种方法都有各自的优点和适用场景。
blazepose模型结构
blazepose模型结构BlazePose模型结构引言:BlazePose是一种用于人体姿势估计的深度学习模型,它能够准确地检测人体的关键点,如头部、肩膀、手肘、手腕、膝盖和脚踝等,从而帮助我们理解和分析人体的动作和姿势。
本文将介绍BlazePose模型的结构和工作原理,以及它在人体姿势估计方面的应用。
一、模型结构BlazePose模型采用了一种轻量级的神经网络结构,能够在实时性和准确性之间取得平衡。
它由两个主要的组成部分组成:一个用于检测人体的关键点的姿势估计器(Pose Estimator)和一个用于关键点的3D姿势重建的姿势重建器(Pose Reconstructor)。
1. 姿势估计器(Pose Estimator):姿势估计器是BlazePose模型的第一个组件,它负责检测人体的关键点。
该组件采用了一个轻量级的卷积神经网络(CNN),通过对输入图像进行多次卷积和池化操作,逐渐提取出图像中的高层次特征。
然后,通过连接几个卷积和全连接层,网络能够输出每个关键点的位置和置信度。
2. 姿势重建器(Pose Reconstructor):姿势重建器是BlazePose模型的第二个组件,它负责将检测到的关键点转化为人体的3D姿势。
该组件使用了一个神经网络来解决3D 姿势估计的问题。
首先,通过将2D关键点投影到图像平面上,姿势重建器可以获取关键点在3D空间中的大致位置。
然后,通过对这些位置进行优化,姿势重建器能够获得更准确的3D姿势。
二、工作原理BlazePose模型通过联合训练姿势估计器和姿势重建器来实现人体姿势估计的任务。
在训练过程中,模型通过最小化关键点位置的预测误差和姿势重建误差来优化网络参数。
为了提高模型的泛化能力,模型还采用了一些数据增强技术,如随机旋转、镜像和缩放等。
在实际应用中,BlazePose模型可以很好地应用于许多人体姿势估计的场景。
例如,它可以用于体育动作分析,帮助教练和运动员分析和改进动作的正确性和技巧。
Real-Time Human Pose Recognition in Parts from Single Depth Images中文翻译
Real-Time Human Pose Recognition in Parts from Single Depth Images 基于单深度特征图像的实时人体姿态识别摘要:我们提出了一种能够迅速精确地预测人体关节3D位置的新方法,这种方法仅需要单幅深度图像,无需使用时间信息。
我们采用了一种实物识别方案,并设计了一种人体组成中间模型,这种模型能够把高难度的姿势统计问题转化为更简单的像素分类问题。
我们大量、多种多样的训练数据库允许分类器能够估计出身体部位而不受姿势、身体形状和着装等的影响。
最后,我们提出了一种基于人体多个关节的3D检测可信方案,该方案通过重新投影分类结果并建立本地模型。
系统在消费者硬件上以200帧每秒的速度工作。
无论是合成的抑或真实的测试设置,我们的评价体系中多个训练参数都表明极高的精度。
在与相关研究的比较中我们达到了极高的精度要求,并且改进了整个人体骨架相邻匹配的精确度。
1.简介强大的交互式人体跟踪应用有游戏、人机交互、安全、远程呈现甚至健康监护。
随着实时深度相机的出现,这项任务被大大地简化[16,19,44,37,28,13]。
然而,即便是当前最好的系统仍然存在局限性。
尤其是在Kinect发布之前,并没有一款互动式的消费级别的硬件能够处理大范围的人体形状和尺寸[21]。
也有一些系统能够通过追踪一帧帧图案来达到高速度,但是快速初始化的努力却不够强大。
在本论文中,我们集中于姿势识别的研究:通过对单幅深度图像的检测识别出每个骨骼关节的3D位置。
我们对每帧图像的初始化和恢复的集中研究是为了补充一些合适的追踪算法。
[7,39,16,42,13]。
这些将来有可能合并暂停与运动的连贯性。
该算法目前是Kinect游戏平台的核心组成部分。
如图一所示,受最近把实体划分成多个部分进行实物识别的研究方法的影响[12,43],我们的方法可以划分为两个关键性的设计目标:计算效率与鲁棒性。
一幅输入的深度图像被分割成身体紧密概率的标记部分,同时每一部分被定义为在空间上相近的感兴趣的骨骼关节。
利用计算机视觉技术进行人体姿势识别的步骤
利用计算机视觉技术进行人体姿势识别的步骤计算机视觉技术在近年来得到了广泛的应用,其中之一就是人体姿势识别。
人体姿势识别是指通过计算机视觉技术分析人体的动作和姿态,从而实现对人体姿势的理解和识别。
它可以应用于多个领域,如人机交互、虚拟现实、运动分析等。
要利用计算机视觉技术进行人体姿势识别,需要经过以下的步骤:1. 数据收集:首先需要收集用于人体姿势识别的数据集。
这个数据集可以包含不同种类的姿势和动作,以及不同角度和光照条件下的图像。
数据集的质量和多样性对于训练有效的姿势识别模型至关重要。
2. 数据预处理:在进行姿势识别之前,需要对收集到的数据进行预处理。
这包括图像的去噪、裁剪、调整大小和灰度化等操作。
预处理有助于提高数据的质量和准确性,同时减少计算的复杂度。
3. 特征提取:接下来,需要从预处理后的图像中提取有用的特征。
特征可以是人体的关键点、关节角度、轮廓等。
特征提取的目标是寻找能够准确描述人体姿势的特征,以便后续的分类和识别。
4. 训练模型:在特征提取完成后,需要选择适当的机器学习算法或深度学习模型来训练姿势识别模型。
常用的机器学习算法包括支持向量机(SVM)、随机森林等,而深度学习模型如卷积神经网络(CNN)也被广泛用于姿势识别。
通过使用已经标注好的数据对模型进行训练,使其能够学习并理解不同姿势的特征。
5. 模型评估和调优:在模型训练完成后,需要对模型进行评估和调优。
这可以通过将模型应用于测试数据集,并计算准确率、召回率、F1分数等指标来进行。
如果模型的性能不理想,可以尝试调整模型的结构、参数或使用更多的训练数据来提高模型的性能。
6. 实时姿势识别:当模型训练完成且通过评估后,可以将其应用于实时的姿势识别任务中。
这需要采集实时的图像或视频数据,并使用训练好的模型来识别人体的姿势。
在实时姿势识别中,还需要考虑到计算速度和算法的效率,以确保结果的及时性和准确性。
总结而言,利用计算机视觉技术进行人体姿势识别的步骤包括数据收集、数据预处理、特征提取、模型训练、模型评估和调优以及实时姿势识别。
人体姿态捕捉方法综述
人体姿态捕捉方法综述人体姿态捕捉(Human Pose Estimation)是指从图像或视频中提取人体姿态的过程。
它在许多应用领域中起着重要的作用,如人机交互、多媒体检索、人体动作分析等。
随着计算机视觉和深度学习的发展,人体姿态捕捉方法不断演进和改进。
本文将对人体姿态捕捉方法进行综述,系统地介绍几种主要方法。
传统的人体姿态捕捉方法主要分为基于模型的方法和基于特征的方法。
基于模型的方法试图通过建立人体姿态模型来解决捕捉问题,并通过优化算法来拟合模型与输入图像之间的对应关系。
基于特征的方法则试图直接从输入图像中提取特征,并通过分类或回归算法来估计人体姿态。
基于模型的方法主要包括预定义模型和灵活模型。
预定义模型是指事先定义好的人体姿态模型,如人体关节模型、骨骼模型等。
这些模型一般是基于人体解剖学知识构建的,并通过优化算法来拟合模型与图像之间的对应关系。
灵活模型则是指根据输入图像自动学习的模型,如图像表示模型、概率图模型等。
这些模型能够根据输入图像的不同自适应调整,提高姿态估计的准确性和鲁棒性。
基于特征的方法主要包括手工设计特征和深度学习特征。
手工设计特征是指通过对输入图像进行特征提取和降维,将复杂的姿态估计问题简化为特征分类或回归问题。
常用的手工设计特征包括HOG(Histogram of Oriented Gradient)、SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)等。
深度学习特征则是指通过深度神经网络自动学习图像特征,并通过分类或回归算法来估计人体姿态。
深度学习特征在人体姿态捕捉问题中取得了显著的成果,如卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)等。
除了基于模型和特征的方法,还有一些将两者结合起来的方法,如混合方法和端到端方法。
混合方法将传统的基于模型和特征的方法进行融合,通过建立模型和提取特征相结合来解决姿态捕捉问题。
端到端方法则是指直接从原始图像输入开始,通过一个深度神经网络来学习图像特征和姿态估计模型,实现一体化的姿态捕捉流程。
深度学习人体姿态估计总结汇报(HRNet)
2021/6/23
论文讲解
Deep High-Resolution Representation Learning for Human Pose Estimation
论文概述
这篇论文主要研究人的姿态问题 (human pose estimation problem),着 重于输出可靠的高分辨率表征(reliable highresolution representations)。现有 的大多数方法都是从高分辨率到低分辨 率网络(high-to-low resolution network) 产生的低分辨率表征中恢复高分辨率表 征。相反,我们提出的网络能在整个过 程中都保持高分辨率的表征。
在实验中,我们研究了一个小网和一个大 网:HRNet-W32和HRNet-W48,其中32和48 分别代表最后三个阶段高分辨率子网的宽度 (C)。其他三个并行子网的宽度为64,128, 256的HRNet-W32,以及HRNet-W48:96, 192,384。
2021/6/23
2021/6/23
2021/6/23
论文概述
本篇论文主要研究的是人的姿态问题, 着重输出可靠的高分辨表征。
传统方法:大多数从高分辨率到低分辨 率产生的低分辨表征中恢复高分辨率表 征。
本文方法:网络能在整个过程中都保持 高分辨率的表征。此人体姿态估计模型 刷新了三项COCO纪录。
2021/6/23
近期工作
2021/6/23
2021/6/23
什么是人体姿势估计?
2021/6/23
2D姿势估计- 从RGB图像估计 每个关节的2D姿势(x,y)坐标。 3D姿势估计 - 从RGB图像估计3D 姿势(x,y,z)坐标。
人体姿势估计具有一些非常酷 的应用,并且大量用于动作识别、 动画、游戏等。例如,一个非常 流行的深度学习应用程序 HomeCourt(https://www.homeco u球rt员.ai动/)使作用。姿势估计来分析篮球
利用单目图像重建人体三维模型
算倣语咅信is与电ifiChina Computer&Communication2021年第5期利用单目图像重建人体三维模型钱融王勇王瑛(广东工业大学计算机学院,广东广州510006)摘要:人体三维模型在科幻电影、网上购物的模拟试衣等方面有广泛的应用场景,但是在单目图像重建中存在三维信息缺失、重建模型不具有贴合的三维表面等问题-为了解决上述的问题,笔者提出基于SMPL模型的人体三维模型重建算法。
该算法先预估人物的二维关节点,使用SMPL模型关节与预估的二维关节相匹配,最后利用人体三维模型数据库的姿势信息对重建的人体模型进行姿势先验,使得重建模型具有合理的姿态与形状.实验结果表明,该算法能有效预估人体关节的三维位置,且能重建与图像人物姿势、形态相似的人体三维模型.关键词:人体姿势估计;三维人体重建;单目图像重建;人体形状姿势;SMPL模型中图分类号:TP391.41文献标识码:A文章编号:1003-9767(2021)05-060-05Reconstruction of a Three-dimensional Human Body Model Using Monocular ImagesQIAN Rong,WANG Yong,WANG Ying(School of Computer,Guangdong University of Technology,Guangzhou Guangdong510006,China) Abstract:The human body3D model are widely used in science fiction movies,online shopping simulation fittings,etc,but there is a lack of3D information in monocular image reconstruction,and the reconstructed model does not have problems such as a fit 3D surface.In order to solve the above mentioned problems,a human body3D model reconstruction algorithm based on SMPL model is proposed.The algorithm first estimates the two-dimensional joint points of the character,and uses the SMPL model joints to match the estimated two-dimensional joints;finally,the posture information of the three-dimensional human body model database is used to perform posture prior to the reconstructed human body model,making the reconstructed model reasonable Posture and shape.The algorithm was tested on the PI-INF-3DHP data set.The experimental results show that the algorithm can effectively predict the3D position of human joints,and can reconstruct a3D model of the human body similar to the pose and shape of the image.Keywords:human pose estimation;3D human reconstruction;monocular image reconstruction;human shape and pose;SMPL0引言人体三维模型所承载的信息量远远大于人体二维图像,能满足高层的视觉任务需求,例如在网购中提供线上试衣体验,为科幻电影提供大量的人体三维数据。
人体姿态估计算法 回归
人体姿态估计算法回归Human body pose estimation algorithm is a fundamental task in computer vision that aims to estimate the pose of humans in images or videos with various applications such as activity recognition, human-computer interaction, and sports analysis. 人体姿势估计算法是计算机视觉中的一项基本任务,旨在估计图像或视频中人体的姿势,具有各种应用,如活动识别、人机交互和体育分析。
There are several approaches to tackle the problem of human pose estimation, including model-based methods, which rely on an explicit model of the human body and optimize it to fit the image data, and model-free methods, which learn the pose from data without an explicit model. 有几种方法可以应对人体姿势估计的问题,包括基于模型的方法,依赖于人体的显式模型并对其进行优化以适应图像数据,以及基于无模型的方法,其从数据中学习姿势而无需显式模型。
Model-based approaches often involve fitting a parametric model of the human body to the input image using techniques like iterative optimization or neural networks. These methods can achieve high accuracy but may struggle with complex poses or occluded bodyparts. 基于模型的方法通常涉及使用迭代优化或神经网络等技术将人体的参数模型拟合到输入图像中。
基于深度学习的人体姿态估计综述
基于深度学习的⼈体姿态估计综述定义姿态估计:在⼈体关节连接的所有姿势空间中搜索某个特定姿势,本质为关节点的定位。
⼈体⾻架以⼀种图的⽅式表⽰了⼈的⽅位姿态,本质上是⼀组能被连接起来表⽰⼈体姿态的坐标。
坐标点⼜称为关节或关键点,两坐标点之间的连接称为肢体--limb姿势空间的⼦集:⾻架表⽰的⽰例:准确的说左侧是openpose中的格式2D Pose Estimation:从RGB图像中估计每个关节点的2D姿势坐标,2D pose (x,y)3D Pose Estimation: 从RGB图像中估计每个关节点的3D姿势坐标,3D pose (x,y,z),z---the depth应⽤1. 动作识别2. 训练机器⼈3. 游戏中跟踪交互对象的动作4. 动画视频中增强现实--动作渲染难点1. 关节的特点:强⼤⽽复杂的表达能⼒;⼩且⼏乎看不见2. 遮挡、服装和照明变化2D Pose估计传统的⽅法是:过可变形区域建模,缺点是表性能⼒差,没有考虑上下⽂信息。
基于深度学习的⽅法:DeepPose——第⼀篇将基于卷积神经⽹络的深度学习⽅法应⽤到姿势估计的论⽂0.将关节点估计建模为回归问题,证明了从整体推理隐藏的关节点的合理性,展⽰了CNN强⼤的表现⼒。
1.将alexnet前⾯的七层拿出来,加⼀个2K的向量(x,y)*k. k-----⼈体⾻骼建模的关节点个数2.再级联⼀个同样的回归器,对1阶段粗回归得到的关节点位置从原图上裁剪得到ROI区域,再⼀次回归精修位置----此时分辨率变⼤弊端:直接回归⼀组向量作为xy坐标很困难,增加了学习的复杂度,降低了泛化能⼒,因此某些地⽅表现⼀般。
最新的SOTA⽅法:是回归K张heatmap,代表某种关节点发⽣在此对应像素位置的置信度。
如下⾯论⽂Efficient Object Localization Using Convolutional Networks并⾏的在多分辨率图⽚上操作精修时直接从第⼀层回归器拿特征图ROI,⽽不是去原图拿ROI优点:热图预测⽐直接回归关节点效果好不⾜:没有考虑⼈体的结构建模------⼈体具有⾼度对称性,部位⽐例关系,物理连接性(肘⼀定是连接腕关节或肩关节),贯通性以及关节局限性(⽐如肘向后弯曲限制)等,通过建模这种结构关系可以使关键点的确定更容易,使遮挡关节的估计变成可能。
观察一个人的走路姿势英语作文
观察一个人的走路姿势英语作文Observing a Person's Gait: A Comprehensive Analysis.Introduction.The human gait, an intricate sequence of movements, serves not only as a means of locomotion but also as a rich source of information about an individual's health, mobility, and overall well-being. Observing and analyzing a person's gait can be a valuable tool for healthcare professionals, sports scientists, and even casual observers aiming to understand the underlying dynamics and potential implications of one's walking pattern.Components of Gait.The gait cycle consists of two main phases: stance and swing.Stance Phase:Initial Contact: The foot first makes contact with the ground.Loading Response: The foot bears weight as the body passes over it.Mid-Stance: The foot is fully planted, providing stability.Terminal Stance: The foot prepares to push off the ground.Swing Phase:Initial Swing: The foot lifts off the ground.Mid-Swing: The foot swings forward.Terminal Swing: The foot reaches its highest point and begins to descend.Observing Gait.To effectively observe a person's gait, it is crucial to consider the following aspects:Tempo: The overall speed and rhythm of the gait.Symmetry: Whether both sides of the body move in harmony.Step Length: The distance between consecutive steps.Stride Length: The distance between the same point on consecutive footfalls.Foot Placement: The angle at which the feet strike the ground.Pelvic Rotation: The movement of the pelvis during gait.Arm Swing: The coordinated movement of the arms duringgait.Gait Analysis.Gait analysis can reveal a wealth of information about an individual's health and mobility.Identifying Abnormalities: Observing gait can help detect gait disorders such as limping, shuffling, and toe walking.Assessing Injuries: Gait analysis can assist in diagnosing musculoskeletal injuries that affect movement.Evaluating Neurological Disorders: Gait patterns can provide insights into neurological conditions such as Parkinson's disease and multiple sclerosis.Improving Mobility: Gait analysis can be used to identify areas for improvement in posture, balance, and efficiency of movement.Predicting Fall Risk: Gait abnormalities can be indicative of an increased risk of falls in the elderly.Clinical Applications.Gait analysis is a fundamental component of clinical assessments in various healthcare settings:Orthopedic Surgery: Gait analysis can guide treatment plans for conditions affecting mobility, such as hip replacements and knee surgeries.Neurology: Gait analysis can help diagnose and monitor neurological disorders that impact movement.Physical Therapy: Gait analysis assists in designing tailored rehabilitation programs to improve mobility and function.Sports Medicine: Gait analysis optimizes training and performance for athletes by identifying and correcting gait inefficiencies.Other Uses.Beyond clinical applications, gait analysis has found uses in:Forensic Science: Gait patterns can be used for identification purposes in criminal investigations.Biomechanics: Gait analysis provides insights into the biomechanical forces and principles involved in human movement.Fashion Design: Gait analysis can inform designers about how clothing and footwear affect movement and posture.Conclusion.Observing a person's gait is an invaluable tool for assessing health, mobility, and overall well-being. By scrutinizing the various components of gait and utilizing specialized analysis techniques, healthcare professionalsand other stakeholders can uncover a wealth of information that can guide diagnosis, treatment, and improvement of movement patterns. Gait analysis remains an essential component of a comprehensive evaluation, enabling us to better understand the intricate interplay between the human body and its locomotion.。
人体姿态估计数据集标注
人体姿态估计数据集标注
人体姿态估计数据集的标注一般包括以下内容:
1. 关节位置标注:对于每个人体的关节点,标注其在图像中的位置,一般使用二维坐标表示(x,y)。
常用的关节点包括头部、颈部、肩膀、胸部、腰部、臀部、手肘、手腕、髋部、膝盖和脚踝等。
2. 关节可见性标注:对于每个关节点,标注其在图像中是否可见。
一般使用二进制变量表示,0表示不可见,1表示可见。
这一标注主要用于处理遮挡和部分可见情况。
3. 关节角度标注:对于一些特定任务,例如动作识别和骨骼运动分析,需要标注关节之间的角度信息。
这通常使用弧度或度数来表示。
4. 关节运动轨迹标注:对于视频数据集,除了标注关节点的静态位置,还可以标注关节点的动态运动轨迹。
这通常使用二维或三维坐标序列表示。
上述标注信息可以通过人工标注、传感器、深度摄像头或基于预训练模型的自动标注方法获得。
对于人工标注,通常需要专业人员使用标注工具对数据集进行标注,确保标注的准确性和一致性。
如何使用计算机视觉技术实现人体姿态跟踪
如何使用计算机视觉技术实现人体姿态跟踪计算机视觉技术是指让计算机能够模仿人类视觉系统,通过处理和解释图像或视频数据来获得对现实世界的理解。
在人体姿态跟踪方面,计算机视觉技术可以帮助我们实现精确、快速地分析和追踪人体的姿态。
本文将介绍如何使用计算机视觉技术实现人体姿态跟踪,并探讨其在不同领域的应用。
在实现人体姿态跟踪之前,我们需要先获取图像或视频数据。
常见的数据源包括普通摄像头、深度摄像头、单目或双目摄像头等。
这些摄像设备可以以不同的方式捕获人体动作,例如通过RGB图像、深度图像或是RGB-D图像。
一种常用的方法是基于2D图像的人体姿态估计。
该方法通过分析2D图像中的人体特征点位置,如关节位置或关键点位置,来推断人体在空间中的姿态。
这个过程可以分为两个主要步骤:人体关键点检测和姿态估计。
人体关键点检测是根据图像中的像素信息定位人体的关键点,如头部、肩膀、手肘、膝盖等关节点。
通常,这个任务可以通过基于机器学习和深度学习的方法完成。
其中,深度学习模型,如卷积神经网络(CNN)和姿态估计网络(Pose Estimation Network),在人体关键点检测中表现出较好的性能。
姿态估计是根据检测到的关键点位置推测人体在空间中的姿态。
这可以通过计算关键点之间的相对位置、关节角度或是利用数学模型和几何约束来实现。
例如,使用迭代优化方法,如高斯牛顿法或Levneberg-Marquardt算法,可以根据关键点位置对人体姿态进行优化和估计。
此外,还可以使用几何模型来建立关节之间的约束关系,进一步提高姿态估计的准确度。
除了基于2D图像的方法,还有一种基于3D图像的人体姿态估计方法。
这种方法通常使用深度摄像头或RGB-D图像来获得人体的3D信息。
通过结合颜色和深度信息,可以实现更精确和稳定的人体姿态估计。
例如,可以使用点云或体素化方法来重建人体的3D模型,并进一步评估人体的姿态。
人体姿态跟踪在许多领域都有着广泛的应用。
人体姿态识别算法设计和优化
人体姿态识别算法设计和优化随着人工智能技术的发展,人体姿态识别算法在各个领域得到了广泛应用。
人体姿态识别是指通过分析人体各个部位的角度、位置和运动状态,来判断人体的姿态状态,是计算机视觉和计算机图形学领域的重要研究课题。
一、算法设计人体姿态识别算法的设计需要考虑多个因素,如姿态表示方法、特征提取方式、分类器选择等。
其中,姿态表示方法是最关键的因素之一。
目前主流的姿态表示方法有欧拉角表示、旋转矩阵表示、四元数表示和关节角度表示等。
不同的姿态表示方法具有各自的优点和缺点,需要在实际应用中进行选择。
特征提取方式是姿态识别算法的另一个关键因素。
常用的特征提取方式有局部特征、全局特征和混合特征等。
局部特征是指对人体的某个部位或某几个部位进行特征提取,例如关节角度或身体部位的运动状态等;全局特征是指对整个人体的姿态进行特征提取,例如人体的协调性和对称性等;混合特征是指将局部特征和全局特征相结合,进行综合分析。
在特征提取方面,选用恰当的特征提取方式对算法性能的提升有着至关重要的作用。
分类器的选择也是影响算法性能的重要因素。
目前常用的分类器有SVM、KNN、随机森林等。
在选择分类器时,需要根据具体应用场景和数据结构进行选择。
二、算法优化在进行姿态识别算法的设计之后,还需要进行算法的优化。
算法优化的目标是提高算法的运行速度和准确性。
常用的算法优化方法有特征选择、降维处理、并行计算等。
特征选择是指对特征进行筛选,选择最能区分不同姿态的特征,减少特征的数量,提升算法运行速度和准确性。
常用的特征选择方法有信息增益、卡方检验、互信息等。
降维处理是指对特征进行降维,将高维特征转换成低维特征,从而减少特征的数量和计算量,提升算法运行速度。
常用的降维处理方法有主成分分析、线性判别分析等。
并行计算是指利用多个CPU或GPU进行计算,加速算法的计算速度。
并行计算通常需要利用并行化算法重写原有算法,使其能够充分利用多核CPU或GPU的计算能力。
机器视觉中的人体姿态估计技术
机器视觉中的人体姿态估计技术第一章:引言机器视觉是一门涉及如何使机器“看”的技术领域,其应用范围广泛,包括自动驾驶、人脸识别、行人监控等。
而在众多应用领域中,人体姿态估计技术被广泛应用于动作捕捉、人机交互、运动分析等领域,因此人体姿态估计技术的研究具有重要的理论和实践价值。
第二章:人体姿态估计的现状2.1 传统的人体姿态估计方法传统的人体姿态估计方法主要基于关节特征提取,例如使用人工定义的特征点对人体关节进行标记,并通过计算关节之间的角度、距离等信息来估计人体的姿态。
这种方法的优点是简单有效,但需要借助硬件设备和专业人员进行操作,且对光照、背景干扰敏感。
2.2 基于深度学习的人体姿态估计方法近年来,随着深度学习的发展,基于深度神经网络的人体姿态估计方法受到了广泛关注。
这些方法利用卷积神经网络(CNN)提取图像特征,通过对关键点的回归或分类来预测人体的姿态。
相比于传统方法,基于深度学习的方法不依赖于手工设定的特征提取,能够更好地适应不同场景和姿态变化。
第三章:人体姿态估计的技术原理3.1 数据集和标注为了训练和评估姿态估计模型,需要大量的标注数据集。
通常会使用带有关节点标注的数据集,通过对人体关节点的标注来指导模型学习。
关节点标注包括人体的骨骼关节,如头部、手臂、腿部等。
3.2 关键点检测关键点检测是人体姿态估计的关键步骤,其目的是定位图像中的人体关节点。
通常使用卷积神经网络进行关键点检测,网络模型会学习到人体关节点的位置信息。
3.3 关节角度估计在获取关节点位置之后,可以通过计算关节点之间的角度来估计人体的姿态。
传统的方法通常使用三角几何学原理来计算关节角度。
而基于深度学习的方法则直接利用神经网络进行角度回归。
第四章:人体姿态估计的应用4.1 动作捕捉人体姿态估计技术在电影、游戏等领域的动作捕捉中被广泛应用。
通过捕捉演员的动作,并将其转化为计算机模型的动作,可以实现逼真的虚拟角色动画。
4.2 人机交互人体姿态估计技术能够实现人机交互的自然化。
如何利用计算机视觉技术进行人体姿态识别
如何利用计算机视觉技术进行人体姿态识别人体姿态识别是一项基于计算机视觉技术的重要研究领域,它可以通过分析图像或视频中的人体姿势信息来实现体态分析、人机交互、动作追踪等应用。
本文将介绍如何利用计算机视觉技术进行人体姿态识别,并讨论其应用和挑战。
人体姿态识别的基本原理是通过计算机视觉技术从图像或视频中提取出人体的关键点或关节点,然后根据这些关键点的空间位置关系来估计人体的姿态。
一般而言,人体姿态识别分为两个主要步骤:人体关键点检测和姿态估计。
在人体关键点检测方面,常用的方法包括基于人工特征的方法和基于深度学习的方法。
人工特征方法使用人体的外观特征来进行姿态识别,如颜色、纹理等。
而基于深度学习的方法则使用神经网络来学习人体关键点的特征表示,并通过回归或分类的方式来预测关节点的位置。
深度学习方法因其高准确性和灵活性而成为当前人体姿态识别的主流方法。
姿态估计是根据关键点的位置关系来实现的。
最简单的方法是使用几何模型,如骨架模型或骨骼模型,来表示关键点间的连接关系。
这些模型可以通过计算关节的角度或人体的姿势变换来估计人体的姿态。
另一种方法是使用人体动作捕捉技术,它可以通过摄像机和传感器等设备来捕捉并跟踪人体关键点的运动轨迹,从而实现实时的姿态估计。
人体姿态识别在很多领域都有广泛的应用。
在体态分析方面,它可以用于评估人体的健康状况、姿势正确性等。
在人机交互方面,它可以用于手势识别、动作识别等。
在运动分析方面,它可以用于体育训练、姿势纠正等。
此外,人体姿态识别还有很多其他应用,如安防监控、虚拟现实等。
然而,人体姿态识别还存在一些挑战。
首先,图像中人体姿态的复杂性和多样性使得识别任务相对复杂,特别是在复杂场景、遮挡或低光条件下。
其次,人体关键点的准确检测对算法的鲁棒性和实时性要求较高。
此外,姿态识别的性能还受到数据集的规模和多样性的限制。
为了克服这些挑战,研究者们正在不断改进和创新。
一方面,他们提出了不少基于深度学习的新方法,如使用卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)等来提高关键点检测和姿态估计的准确性。
使用计算机视觉技术进行人体姿态识别的步骤
使用计算机视觉技术进行人体姿态识别的步骤人体姿态识别是计算机视觉领域的一个重要研究方向,它通过分析图像或视频中的人体姿态来了解人体的状态和动作。
这项技术广泛应用于人机交互、智能监控、游戏开发等领域。
本文将介绍使用计算机视觉技术进行人体姿态识别的步骤。
首先,人体姿态识别的基础是对人体关节点的准确定位。
关节点是指人体骨骼系统中与关节相关的特定点,例如手肘、膝盖等。
准确地定位这些关节点是进行后续分析和识别的关键步骤。
一种常用的方法是使用传感器设备如深度摄像头或RGB-D摄像头进行人体关节点定位。
这些设备可以获取场景中的深度信息,从而提供更准确的姿态识别结果。
然而,如果无法使用传感器设备,也可以通过使用普通的RGB摄像头结合计算机视觉算法来进行关节点定位。
第二,一旦关节点被准确地定位,在图像或视频中,通过建立一个骨架模型来表示人体姿态。
骨架模型是由关节点和关节点之间的关联关系构成的。
通过这个模型,可以描述人体的姿态信息,例如人体的朝向、关节的弯曲程度等。
建立骨架模型的方法有很多种,其中比较常见的是基于图形模型的方法,例如条件随机场(CRF)和人工神经网络(ANN)。
这些模型可以对人体姿态进行建模和学习,从而实现对人体姿态的识别和预测。
第三,进行人体姿态识别的关键是对骨架模型进行分析和处理。
一种常用的方法是基于机器学习的姿态识别,通过训练分类器来识别特定的人体姿态。
这种方法需要大量的样本数据进行训练,并且需要选择合适的特征提取方法。
特征提取是将原始的姿态数据转化为可用于分类的特征向量的过程。
常用的特征提取方法包括直方图、主成分分析(PCA)和深度学习等。
这些方法可以提取出最具有代表性的特征,从而提高姿态识别的准确率。
最后,进行姿态识别的步骤是将处理后的骨架模型与预定义的姿态进行比对和匹配。
这个过程可以使用模式匹配、相似度计算等方法进行。
通过将当前的姿态与已知的姿态进行比较,可以确定人体的具体姿态或动作。
总结起来,使用计算机视觉技术进行人体姿态识别的步骤主要包括关节点定位、骨架模型建立、姿态分析和姿态匹配。
使用计算机视觉技术进行人体姿态识别的基本原理
使用计算机视觉技术进行人体姿态识别的基本原理人体姿态识别技术是计算机视觉领域的一个重要研究方向,它可以通过利用计算机视觉技术对图像或视频中的人体姿态进行自动识别、分析和理解。
在日常生活中,人体姿态识别技术能够应用于许多领域,如姿势辅助、人机交互、姿势检测和运动分析等。
本文将介绍使用计算机视觉技术进行人体姿态识别的基本原理。
人体姿态识别的基本原理是通过分析图像或视频中的人体关节点来推断人体的姿势。
关节点是指人体骨架中的关键关节位置,如头部、肩膀、手腕、膝盖等。
利用计算机视觉技术,可以从图像或视频中提取这些关节点的位置信息,进而推断人体的姿态。
首先,人体姿态识别的第一步是人体关节点的检测。
传统的方法通常通过手工设计的特征和分类器进行人体关键点检测,但这种方法需要大量的人工参与和专业知识。
而现代的方法则借助于深度学习技术,通过训练大规模的神经网络模型,可以自动地从图像或视频中检测出人体关节点。
深度学习方法中最常用的是基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的方法。
CNN是一种专门用于图像处理任务的神经网络,它能够从原始图像中提取有用的特征。
在人体姿态识别中,CNN可以通过训练样本数据来学习人体关节的特征表示,并将这些特征用于关节点的检测。
在人体姿态识别中,有两种常见的关节点表示方法,分别是2D关节点和3D关节点。
2D关节点表示关节点在图像平面上的位置,而3D关节点表示关节点在三维空间中的位置。
2D关节点通常可以通过单个摄像头进行检测,而3D关节点需要利用多个摄像头或深度传感器进行检测。
接下来,人体姿态识别的第二步是姿势估计。
在姿势估计中,根据检测到的关节点位置,可以推断出人体的姿势信息。
常见的姿势表示方法有角度表示法、矩阵表示法和向量表示法等。
角度表示法是将人体关节之间的角度作为姿势的表示方式。
例如,通过计算手臂和躯干之间的夹角,可以推断出人体是否举起了手臂。
基于计算机视觉的人体姿态识别研究
基于计算机视觉的人体姿态识别研究计算机视觉(CV)是一种通过计算机采集和处理图像或视频数据,从中提取有用信息的技术。
随着人工智能和机器学习的不断发展,人体姿态识别成为了计算机视觉领域的一个重要研究方向。
人体姿态识别是指从图像或视频中识别出人体各个关键点的坐标和相对位置。
这些关键点包括手肘、膝盖、臀部、肩膀、脖子和骨盆等。
人体姿态识别的研究具有广泛的应用,例如医学诊断、运动分析、电影特效等。
在人体姿态识别领域,最具代表性的是MPII和COCO数据集。
它们是由大量包含人类姿态的图像组成的数据集。
对于这些数据集的研究,以人工标注配对的坐标信息对进行训练的姿态估计模型方法最为常见。
这些模型可以分为两大类:基于卷积神经网络(CNN)和基于机器学习的方法。
其中,基于CNN的模型由于其端到端的学习过程和较高的准确率,已经成为了主流。
但是,即使是基于CNN的模型,仍然存在一些挑战。
首先,由于姿态和动作的复杂性,训练数据的准确性和多样性很重要,需要足够数量的图像来保证准确性。
其次,人体姿态识别领域也存在自己的“背景噪声”,例如不同的光照条件、服装、人体肥胖程度、姿态变形等。
为了解决这些挑战,研究人员采用了不同的方法。
例如,一些研究人员利用图像增强技术来增加数据集的数量和质量,使得模型的准确性得到提高。
一些研究人员还在模型中引入注意力机制,从而使网络更关注图片中最有信息量的区域,提高了模型的准确性。
一些研究人员还尝试使用循环神经网络(RNN)来建立时间序列上的姿势模型,从而在动作检测方面取得了更好的效果。
随着计算机性能和图形硬件的不断提升,人体姿态识别领域的研究也在不断向前发展。
未来,在人体姿态识别领域,可以期待更优秀的算法、更大规模的数据集、更快的处理速度和更广泛的应用场景。
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View Independent Human Body Pose Estimation from a Single PerspectiveImageVasu Parameswaran and Rama ChellappaCenter for Automation Research,University of Maryland,College Park,MD20742vasc,rama@AbstractRecovering the3D coordinates of various joints of the hu-man body from an image is a criticalfirst step for several model-based human tracking and optical motion capture systems.Unlike previous approaches that have used a re-strictive camera model or assumed a calibrated camera,our work deals with the general case of a perspective uncali-brated camera and is thus well suited for archived video. The input to the system is an image of the human body and correspondences of several body landmarks,while the out-put is the set of3D coordinates of the landmarks in a body-centric coordinate ing ideas from3D model based invariants,we set up a polynomial system of equa-tions in the unknown head pitch,yaw and roll angles.If we are able to make the often-valid assumption that torso twist is small,we show that there exists afinite number of solu-tions to the head-orientation which can be computed readily. Once the head orientation is computed,the epipolar geom-etry of the camera is recovered,leading to solutions to the 3D joint positions.Results are presented on synthetic and real images.1.IntroductionHuman body tracking and optical motion capture are two facets of the large area of research commonly referred to as human motion analysis.Good starting points for un-derstanding the applications,specific problems and solution strategies are survey papers,recent ones being[14]and[8]. Human body tracking and optical motion capture systems rely on good bootstrapping-an accurate initial estimate of the human body pose.This is a difficult problem partly due to the large number of degrees of freedom of the body,mak-ing searching for solutions computationally intensive or in-tractable.Part of the difficulty also arises because of loss of depth information and non-linearity introduced due to per-spective effects.To make the problem more tractable,re-searchers have resorted to assuming a scaled orthographic camera in the uncalibrated case or a calibrated camera in the perspective case,both of which are more restrictive than one would like in practice.In[13],Taylor uses a scaled orthographic projection model and shows that there is an infinite number of solutions parameterized by a single scaleparameter.Afterfixing arbitrarily,there is afinite num-ber of solutions to the problem because of symmetries abouta plane parallel to the image plane.Further,the methodcannot be employed in cases where strong perspective ef-fects exist.In[1]the authors recover both anthropometry and pose of a human body.However,they use scaled or-thographic projection and present a search based,iterative solution to the problem pruning the search-space using an-thropometric statistics.In[2],Bregler and Malik restrict the projection model to scaled orthographic for initializa-tion and tracking of the joint angles of a human subject.In [3]and[6],multiple calibrated cameras are used to build a 3D model of subjects while in[7]the authors work with a single camera but assume that it is calibrated.In[9]the au-thors use a learning approach to predict the2D marker posi-tion(2D pose)from a single image while in[10]they build on the work and present an approach for recovering the ap-proximate3D pose of the body from a set of uncalibrated camera views.Their work is interesting in that they do not require joint correspondences to be provided in the image. Rather,they employ a machine learning and a probabilistic approach to map the segmented human body silhouette to a set of2D pose hypotheses and recover the3D pose from them.Recently,Grauman et.al[4],reported on a prob-abilistic structure and shape model of the human body for the recovery of the3D joint positions given multiple views of the silhouettes from calibrated cameras.In[11],Smin-chisescu and Triggs report an approach for monocular3D human tracking.Model initialization is search based and camera parameters are assumed known.Working with calibrated image/video data and/or mul-tiple cameras is possible only in restricted application do-mains.Most archived videos are monocular with unknown camera parameters(intrinsic and extrinsic).Moreover,the scaled orthographic assumption may be too restrictive for many cases.We believe a full-perspective solution to the problem will increase the applicability of good tracking al-gorithms such as Bregler’s[2]because in addition to pro-viding a more accurate initial estimate,one can recover theperspective3D to2D transform of the camera,making it possible to carry out full-perspective tracking of the human body.In this work,we aim for such a solution and seek to estimate the3D positions of various body landmarks in a body-centric coordinate ing ideas from model based invariance theory,we set up a simple polynomial sys-tem of equations for which analytical solutions exist.In cases where no solutions exist,an approximate solution is calculated.Recovering the3D joint angles,which are help-ful for tracking,then becomes possible by way of inverse kinematics on the limbs.2.Problem StatementWe employ a simplified human body model of fourteen joints and four face landmarks:two feet,two knees,two hips(about which the upper-legs rotate),pelvis,upper-neck (about which the head rotates),two shoulders,two elbows, two hands,forehead,nose,chin and(right or left)ear.The hip joints constitute a rigid body.Choosing the pelvis as the origin,we can define the X axis as the line passing through the pelvis and the two hips.The line joining the base of the neck with the pelvis can be taken as the positive Y axis. The Z axis points in the forward direction.We call the XY plane the torso plane.We scale the coordinate system such that the head-to-chin distance is unity.With respect to the input and output,the problem we seek to solve in this pa-per is similar to those addressed previously(e.g.[13],[1]): Given an image with the location in the image of the body landmarks and the relative body lengths,recover their body-centric coordinates.We make use of two assumptions:1.We use the isometry approximation where all subjectsare assumed to have the same body part lengths when scaled.The allometry approximation[16]where the proportions are dependent on body size is considered to be better because the relative proportions depend upon body size:for instance,children have a propor-tionally larger head than adults.Our algorithm,how-ever,is invariant to full-body3D projective transfor-mations.2.The torso twist is small such that the shoulders take onfixed coordinates in the body-centered coordinate sys-tem.Except for the case where the subject twists the shoulder-line relative to the hip-line by a large angle, this assumption is usually applicable.Further,since our algorithm relies on human input,it is easy to tell if this assumption is violated.3.ApproachBesides the articulated pose of the human body,the un-known variables in the problem are the extrinsic and in-trinsic camera parameters.In[12],Stiller et.al.derive camera-parameter independent relationships betweenfive world points on a rigid object and their imaged coordinates for an affine camera.Weiss and Ray in[15]simplified and extended the result to the full-projective case showing that there exists one equation relating three3D invariants and four2D invariants formed six world points and their im-age coordinates.Our approach is motivated by theirs but we are able to derive a simplerfinal result involving two 3D invariants rather than three.In the following,we will first show how to recover the three angles of rotations of the head in the body-centric coordinate system,given the image locations of the body landmarks.From the recovered head orientation,we next show how the3D coordinates of the remaining joints can be recovered.Recovery of these quan-tities also allows us to determine the epipolar geometry of the camera.3.1Motivating ExampleWe review and modify the approach of[15]below.Five points(in homogenous coordinates)in3D pro-jective space cannot be linearly independent.Assuming that thefirst four points are not all coplanar,we can write the3D coordinates of thefifth point with the basis as thefirst four points:(1) The are the unknown projective scale factors and are the unknown projective coordinates of the point in the basis of thefirst four points.We would liketo model a point configuration where four points lie on the same plane.Given that we need thefirst four form a ba-sis,we can choose a labeling such that points1,2,4and5 form a plane while points3and6lie outside this plane1. In this configuration,point3doesn’t contribute to point5’s coordinates,making zero.For wehave:Figure1:Six point configuration used for analysis.Points form a plane and lie outside this plane(2) Here,,and are the basis coordinates for.If is the world to image transform such that, where is an unknown scale factor,the image coordinate for thefifth point,is given by:(3)Writing as,and doing the same algebra for point 6,we have the following two equations relating image co-ordinates:(4)We would like to eliminate the projective coordinates and the scale factors.Let denote the determinant(the notation is such that we index by the point left out from thefive-point set(). Substituting for from(1)and noting that determi-nants with two equal columns vanish we have:The projective coordinates and scale factors can be elimi-nated by taking cross ratios to obtain two3D invariants(as opposed to three in[15]):For the image coordinates,we follow the same approach of taking determinants and their ing the ‘points-left-out’notation,let denote the determinant :(6)Letting denote the determinant,we similarly obtain:(7) Obtaining expressions for the other determinants, ,,,calculating cross ratios andand equating them to and respectivelywe obtain:(8) The are known quantities,computed from image coor-dinates and we can rewrite the above equations in terms of known coefficients,as(9) (9)expresses a view-invariant relationship between solely the3D coordinates and their2D image positions for the six points shown infigure1.3.2Recovering the Head OrientationIf we choose the following labeling of points:right-hip(1),left-hip(2),left-shoulder(4),right-shoulder(5)and allow points3and6to be any two head features in(say forehead and chin),the only unknowns in the equation are the coor-dinates and.Being positions on the head,which is a rigid body that rotates about the upper-neck,in effect,there are only3scalar unknowns corresponding to a rotation ma-trix.If we use Euler angles,we can write:where and are known forehead and chin coordi-nates corresponding to a reference‘neutral’position.Ob-serving that the third elements of are zero,where is the signed area of points,a known constant and is the th row of.Similarly,When the above are substituted into(9),the scalar cancels out and we obtain(10) where,,. We now write expressions for:(11) Expanding R in terms of the Euler angles,and substituting it in the expressions for the determinants, (10)becomes a13term transcendental equation in the Eu-ler angles.Given the point correspondences of two more head features,say the nose and either ear,we will have three equations in the three unknown Euler angles.The equations depend on the neutral position of the head reflected in and.Choosing a neutral position where the head points forward with no yaw or roll,the coordinates are zero for the forehead,nose and chin and two of the equations be-come four term equations giving:(12)(13)(14) where and.Interestingly,(12)and (13)are independent of and can be solved rather trivially using and.We obtain a quadratic equation in:(15) where the can be written in terms of and.Hence there are upto four solutions for and.When these are substituted into(14),we obtain a simple equation in:(16)where the can be written in terms of,and.With ,we obtain two solutions for.Collectively, we then obtain upto eight solutions for the angles.The angle solutions represent head orientations that pro-duce the image.At this stage,we could do some rather basic anthropometricfiltering by observing that the pitch angle cannot be so large that the chin penetrates the torso. Similarly,we could also impose constraints on the roll and yaw angles.The valid solutions can then be presented to the user from which one will be selected.3.3Recovering the Epipolar Geometry Recall that projects points from the body-centered coor-dinate system to the image plane.Given the calculated head orientation,we can recover,which has eleven unknowns. From the eight point correspondences at our disposal(four head plus four torso),we have an overdetermined set of six-teen equations in the elements of which we solve for in a least squares sense using singular value decomposition. The matrix contains all information necessary to re-trieve the camera center.can be written in the formwhere is the camera center[5]. Given this,can be recovered as.3.4Recovering Body Joint Coordinates Consider any unknown world point with known image point.Inverting the relationship, we obtain a set of solutions for parametrized by the un-known.This is simply the epipolar line of the image point in the body-centered coordinate system.(17)(18) where can easily be calculated in terms of elements of and.Let represent the right elbow which is con-nected to the right shoulder with known world coordinates.We also know the upper arm length, .We then have the following constraint:(19) which is a quadratic in,representing the two points of intersection of the epipolar line with the sphere of possible right elbow positions.These two solutions for the elbow represent the unavoidable forward/backwardflipping ambi-guity inherent in the problem.Once the correct right elbow position is found,the right hand can be found in the same manner.Similarly,we can obtain the3D coordinates of all the other joints of the body.The interactivity in this solu-tion process can be eliminated by having having the user pre-specify the relative depths of the joints.In other words, before the solution process starts,each joint is assigned a boolean variable that specifies whether that joint is closer to the camera than its parent.Given that the user is specify-ing the point correspondences of body landmarks,this input imposes trivial additional burden.This idea is also used in [13].Since we have already calculated the camera center, we are able to calculate these distances readily.3.5Dealing with Unsolvable Cases Computation of the head-orientation as well as the limb 3D locations involves the solution of quadratic equations.In our experiments on real images and noisy synthetic im-ages,in several cases,there were no solutions to one or more quadratic.For the head-orientation case,we recov-ered as solutions to a constrained optimizationproblem with the objective function as the sum of squares of12and13along with the trigonometric identities as con-e of Lagrange multipliers resulted in a non-trivial system of polynomial equations in.Wetried two different approaches:(1)computing a Grobnerbasis of the polynomials so that they are reduced to triangu-lar form and(2),searching for local optima.Grobner basiscomputations were rather heavy and slowed down the algo-rithm,although the recovery of all local minima was guar-anteed.Searching for local optima(in the space wasfound to be much faster(the search space was quantized into bins)and produced a good approximatesolution most of the time.For the limb position(19)with nosolutions,we computed a scale such that the scaled limb-length(in this case)made the discriminant positive.This effectively accounted for variations in the assumed andactual limb lengths.4ResultsWe evaluated the approach on synthetic and real images,the results of which we present below.4.1Synthetic ImagesIn the synthetic case,given that the error is zero for a perfect model and perfect image correspondences,we focussed on empirical error analysis.There are two sources of error:(1) differences between the assumed model and imaged subject and(2)inaccuracies in the image correspondences.Forfive different viewpoints,and500random unknown poses per noise-level,we calculated the average error in full-body re-construction(sum of squares of the difference between real and recovered3D coordinates scaled by the head-to-foot distance)for Gaussian noise of zero mean and unit standard deviation and increasing noise intensities.The interactivity of the algorithm was eliminated by the evaluation program automatically choosing the head-orientation with minumum error among the solutions.There are three cases:noisy-model,noisy-image,and noisy-model with noisy-image. For image noise,we perturbed the image coordinates with the noise,scaled by the image dimensions which were taken to be those of the bounding box of the imaged body.For model-noise,the scale was the head-to-foot distance.Figure 2shows the dependency.An important observation is that the reconstruction is more sensitive to errors in the model than in the image point correspondences.Interestingly,the curve for noisy-model with noisy-image error is almost theFigure2:Error dependency on noisesame as the noisy-model curve.We believe that this is be-cause the model error swamps out image errors which are much smaller,especially at higher noise levels.Further, since the model and image errors are independent,errors cancel out in some cases.Nevertheless it can be seen that small errors in the model and image only produce small er-rors in thefinal reconstruction.4.2Real ImagesWe evaluated the qualitative performance of the approach on real images by using3D graphics to render the recon-structed body pose and epipolar geometry.We used a3D model derived photogrammetrically from front and side views of one subject and used the same3D model for all images.There were two important problems with real im-ages:One problem is that clothing obscures the location of the shoulders and hips,the accuracy of which affects the head orientation computation.We addressed this problem with two strategies.First,given that the shoulders,hips and upper-neck form a planar homography we compute and use it:though we do not use the upper-neck as a feature point in(12),(13)and(14),we require the user to locate it. The homography is uniquely specified by four planar points. We use thefive torso points to calculate the torso-plane-to-image homography in a least-squares sense,transform the torso-plane to the image using the homography and use the transformed points as input rather than the user-specified points.Second,rather than requiring the user to locate the true right and left hip(about which the upper legs rotate), we just require their surface locations(i.e.‘end-points’), which are easier to locate.The model stores the true centers of rotation of the legs as well as the surface locations.Another problem is due to the fact that we model the neck juction as a ball and socket joint.In reality,the skull rests on top of the cervical portion of the spinal cord and the cervical vertebrae are free to rotate(although by a smallFigure 3:Person Sitting,Front-viewFigure 4:Baseballamount and with a small radius).To compensate for this,we take the skull center of rotation to be midway between the neck-base and upper-neck.This produced a significant im-provement in the head-orientation recovery for cases where subjects lunged their head forward or backward in addition to rotating it.For some images where these two effects were signifi-cant,we had to guess the true image coordinates three or four times before the algorithm returned realistic looking results.Figure 3shows a subject sitting down and imaged from the front.Also shown in the image are user-input loca-tions of various body landmarks.Beside the image are two rendered views of the reconstructed body pose and epipo-lar lines of the body landmarks from novel viewpoints.The meeting of epipolar lines depicts the camera position.Fig-ure 4shows a baseball pitcher and the reconstruction.Inter-estingly in this case,the camera is behind the torso of the subject and this fact is recovered by the reconstruction.Fig-ure 5shows a subject sitting down with the hand pointed to-wards the camera,inducing strong perspective while figure 6shows subject skiing.The novel views of the reconstruc-tions show that the body pose is captured quite well.5ConclusionsWe presented a method to calculate the 3D positions of var-ious body landmarks in a body-centric coordinate system,given an uncalibrated perspective image and point corre-spondences in the image of the body landmarks -an impor-tant sub-problem of monocular model-based human body tracking and optical motion capture.Our small-torso-twist assumption gives us enough ground truth points on the torso and allows us to use ideas from 3D model based invariance theory to set up a simple polynomial system of equations to first recover the head orientation and with it,the epipolar geometry and all of the limb positions.While theoretically correct given the assumptions,the method encountered spe-cific problems when applied to real images,which we ad-dressed by way of strategies to reduce error in input as well as the model.We demonstrated effectiveness of the method on real images with strong perspective effects and empiri-cally characterized the influence of errors in the model and image point correspondences on the final reconstruction.Given that model accuracy has significant impact on the re-construction,we are evaluating a probabilistic approach for reconstruction using anthropometric statistics.In future,we plan to exploit the analysis by synthesis approach to render the reconstructed head on to the image plane and iteratively refine the reconstruction using color and edge cues.AcknowledgmentsThis work was supported in part by NSF Grant ECS 02-25475.Figure 5:Person Sitting,Side-viewFigure 6:Person SkiingReferences[1] C.Barron and I.A.Kakadiaris.Estimating anthropometryand pose from a single uncalibrated puter Vision and Image Understanding ,81,2001.[2] C.Bregler and J.Malik.Tracking people with twists and ex-ponential maps.Proc.IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition ,1998.[3] D.Gavrila and L Davis.3-d model-based tracking of humansin action.Proc.IEEE Conference on Computer Vision and Pattern 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