[转载]Kinect开发教程五:OpenNI获取人体骨架

 http://blog.csdn.net/chenxin_130/article/details/6950480

临近毕业,小斤最近一直忙活着相关事宜,教程这边也搁浅了一阵。前几篇教程介绍了OpenNI的一些基本范例以及手势应用,但如果光用Kinect识别一些手势,总有点杀鸡用牛刀的感觉。在大部分体感应用中,获取骨架的步骤都不可缺少,这也是小斤一直想写的专题。

    好了,废话不多说了,让我们进入正题吧!

    在OpenNI库的enum XnSkeletonJoint中,定义了24个人体的关节,如下:

  XN_SKEL_HEAD          = 1,    XN_SKEL_NECK            = 2,
  XN_SKEL_TORSO         = 3,    XN_SKEL_WAIST           = 4,
  XN_SKEL_LEFT_COLLAR        = 5,    XN_SKEL_LEFT_SHOULDER        = 6,
  XN_SKEL_LEFT_ELBOW        = 7,  XN_SKEL_LEFT_WRIST          = 8,
  XN_SKEL_LEFT_HAND          = 9,    XN_SKEL_LEFT_FINGERTIP    =10,
  XN_SKEL_RIGHT_COLLAR    =11,    XN_SKEL_RIGHT_SHOULDER    =12,
  XN_SKEL_RIGHT_ELBOW        =13,  XN_SKEL_RIGHT_WRIST          =14,
  XN_SKEL_RIGHT_HAND      =15,    XN_SKEL_RIGHT_FINGERTIP    =16,
  XN_SKEL_LEFT_HIP          =17,    XN_SKEL_LEFT_KNEE            =18,
  XN_SKEL_LEFT_ANKLE        =19,  XN_SKEL_LEFT_FOOT            =20,
  XN_SKEL_RIGHT_HIP          =21,    XN_SKEL_RIGHT_KNEE          =22,
  XN_SKEL_RIGHT_ANKLE        =23,    XN_SKEL_RIGHT_FOOT          =24    

    小斤试下来,目前可使用的有14个关节,如下图:

    先上代码:

  1. #include <stdlib.h>  
  2. #include <iostream>  
  3. #include <vector>  
  4.   
  5. #include <XnCppWrapper.h>  
  6. #include <XnModuleCppInterface.h>   
  7. #include "cv.h"  
  8. #include "highgui.h"  
  9.   
  10. using namespace std;  
  11. using namespace cv;  
  12.   
  13. //#pragma comment (lib,"cv210")  
  14. //#pragma comment (lib,"cxcore210")  
  15. //#pragma comment (lib,"highgui210")  
  16. //#pragma comment (lib,"OpenNI")  
  17.   
  18. //【1】  
  19. xn::UserGenerator userGenerator;  
  20. xn::DepthGenerator depthGenerator;  
  21. xn::ImageGenerator imageGenerator;  
  22.   
  23. /* 
  24.     XN_SKEL_HEAD          = 1,    XN_SKEL_NECK            = 2, 
  25.   XN_SKEL_TORSO         = 3,    XN_SKEL_WAIST           = 4, 
  26.     XN_SKEL_LEFT_COLLAR        = 5,    XN_SKEL_LEFT_SHOULDER        = 6, 
  27.   XN_SKEL_LEFT_ELBOW        = 7,  XN_SKEL_LEFT_WRIST          = 8, 
  28.   XN_SKEL_LEFT_HAND          = 9,    XN_SKEL_LEFT_FINGERTIP    =10, 
  29.     XN_SKEL_RIGHT_COLLAR    =11,    XN_SKEL_RIGHT_SHOULDER    =12, 
  30.   XN_SKEL_RIGHT_ELBOW        =13,  XN_SKEL_RIGHT_WRIST          =14, 
  31.   XN_SKEL_RIGHT_HAND      =15,    XN_SKEL_RIGHT_FINGERTIP    =16, 
  32.     XN_SKEL_LEFT_HIP          =17,    XN_SKEL_LEFT_KNEE            =18, 
  33.   XN_SKEL_LEFT_ANKLE        =19,  XN_SKEL_LEFT_FOOT            =20, 
  34.   XN_SKEL_RIGHT_HIP          =21,    XN_SKEL_RIGHT_KNEE          =22, 
  35.     XN_SKEL_RIGHT_ANKLE        =23,    XN_SKEL_RIGHT_FOOT          =24     
  36. */  
  37. //a line will be drawn between start point and corresponding end point  
  38. int startSkelPoints[14]={1,2,6,6,12,17,6,7,12,13,17,18,21,22};  
  39. int endSkelPoints[14]={2,3,12,21,17,21,7,9,13,15,18,20,22,24};  
  40.   
  41. // callback function of user generator: new user  
  42. void XN_CALLBACK_TYPE NewUser( xn::UserGenerator& generator, XnUserID user,void* pCookie )  
  43. {  
  44.     cout << "New user identified: " << user << endl;  
  45.     //userGenerator.GetSkeletonCap().LoadCalibrationDataFromFile( user, "UserCalibration.txt" );  
  46.     generator.GetPoseDetectionCap().StartPoseDetection("Psi", user);  
  47. }  
  48.   
  49. // callback function of user generator: lost user  
  50. void XN_CALLBACK_TYPE LostUser( xn::UserGenerator& generator, XnUserID user,void* pCookie )  
  51. {  
  52.     cout << "User " << user << " lost" << endl;  
  53. }  
  54.   
  55. // callback function of skeleton: calibration start  
  56. void XN_CALLBACK_TYPE CalibrationStart( xn::SkeletonCapability& skeleton,XnUserID user,void* pCookie )  
  57. {  
  58.     cout << "Calibration start for user " <<  user << endl;  
  59. }  
  60.   
  61. // callback function of skeleton: calibration end   
  62. void XN_CALLBACK_TYPE CalibrationEnd( xn::SkeletonCapability& skeleton,XnUserID user,XnCalibrationStatus calibrationError,void* pCookie )  
  63. {  
  64.     cout << "Calibration complete for user " <<  user << ", ";  
  65.     if( calibrationError==XN_CALIBRATION_STATUS_OK )  
  66.     {  
  67.         cout << "Success" << endl;  
  68.         skeleton.StartTracking( user );  
  69.         //userGenerator.GetSkeletonCap().SaveCalibrationDataToFile(user, "UserCalibration.txt" );  
  70.     }  
  71.     else  
  72.     {  
  73.         cout << "Failure" << endl;  
  74.         //For the current version of OpenNI, only Psi pose is available  
  75.         ((xn::UserGenerator*)pCookie)->GetPoseDetectionCap().StartPoseDetection( "Psi", user );  
  76.     }  
  77. }  
  78.   
  79. // callback function of pose detection: pose start  
  80. void XN_CALLBACK_TYPE PoseDetected( xn::PoseDetectionCapability& poseDetection,const XnChar* strPose,XnUserID user,void* pCookie)  
  81. {  
  82.     cout << "Pose " << strPose << " detected for user " <<  user << endl;  
  83.     ((xn::UserGenerator*)pCookie)->GetSkeletonCap().RequestCalibration( user, FALSE );  
  84.     poseDetection.StopPoseDetection( user );  
  85. }  
  86.   
  87. void clearImg(IplImage* inputimg)  
  88. {  
  89.     CvFont font;  
  90.     cvInitFont( &font, CV_FONT_VECTOR0,1, 1, 0, 3, 5);  
  91.     memset(inputimg->imageData,255,640*480*3);  
  92. }  
  93.   
  94.   
  95. int main( int argc, char** argv )  
  96. {  
  97.     char key=0;  
  98.     int imgPosX=0;  
  99.     int imgPosY=0;  
  100.   
  101.     // initial context  
  102.     xn::Context context;  
  103.     context.Init();  
  104.     xn::ImageMetaData imageMD;  
  105.   
  106.     IplImage* cameraImg=cvCreateImage(cvSize(640,480),IPL_DEPTH_8U,3);  
  107.     cvNamedWindow("Camera",1);  
  108.   
  109.     // map output mode  
  110.     XnMapOutputMode mapMode;  
  111.     mapMode.nXRes = 640;  
  112.     mapMode.nYRes = 480;  
  113.     mapMode.nFPS = 30;  
  114.   
  115.     // create generator  
  116.     depthGenerator.Create( context );  
  117.     depthGenerator.SetMapOutputMode( mapMode );  
  118.     imageGenerator.Create( context );  
  119.     userGenerator.Create( context );  
  120.   
  121.   //【2】  
  122.     // Register callback functions of user generator  
  123.     XnCallbackHandle userCBHandle;  
  124.     userGenerator.RegisterUserCallbacks( NewUser, LostUser, NULL, userCBHandle );  
  125.   
  126.   //【3】  
  127.     // Register callback functions of skeleton capability  
  128.     xn::SkeletonCapability skeletonCap = userGenerator.GetSkeletonCap();  
  129.     skeletonCap.SetSkeletonProfile( XN_SKEL_PROFILE_ALL );  
  130.     XnCallbackHandle calibCBHandle;  
  131.     skeletonCap.RegisterToCalibrationStart( CalibrationStart,&userGenerator, calibCBHandle );  
  132.     skeletonCap.RegisterToCalibrationComplete( CalibrationEnd,&userGenerator, calibCBHandle );  
  133.   
  134.   //【4】  
  135.     // Register callback functions of Pose Detection capability  
  136.     XnCallbackHandle poseCBHandle;  
  137.     userGenerator.GetPoseDetectionCap().RegisterToPoseDetected( PoseDetected,&userGenerator, poseCBHandle );  
  138.   
  139.   
  140.     // start generate data  
  141.     context.StartGeneratingAll();  
  142.     while( key!=27 )  
  143.     {  
  144.         context.WaitAndUpdateAll();  
  145.   
  146.         imageGenerator.GetMetaData(imageMD);  
  147.         memcpy(cameraImg->imageData,imageMD.Data(),640*480*3);  
  148.         cvCvtColor(cameraImg,cameraImg,CV_RGB2BGR);  
  149.         // get users  
  150.         XnUInt16 userCounts = userGenerator.GetNumberOfUsers();  
  151.         if( userCounts > 0 )  
  152.         {  
  153.             XnUserID* userID = new XnUserID[userCounts];  
  154.             userGenerator.GetUsers( userID, userCounts );  
  155.             forint i = 0; i < userCounts; ++i )  
  156.             {  
  157.                 //【5】  
  158.                 // if is tracking skeleton  
  159.                 if( skeletonCap.IsTracking( userID[i] ) )  
  160.                 {  
  161.                     XnPoint3D skelPointsIn[24],skelPointsOut[24];  
  162.                     XnSkeletonJointTransformation mJointTran;  
  163.                     for(int iter=0;iter<24;iter++)  
  164.                     {  
  165.                         //XnSkeletonJoint from 1 to 24            
  166.                                                 skeletonCap.GetSkeletonJoint( userID[i],XnSkeletonJoint(iter+1), mJointTran );  
  167.                         skelPointsIn[iter]=mJointTran.position.position;  
  168.                     }  
  169.                     depthGenerator.ConvertRealWorldToProjective(24,skelPointsIn,skelPointsOut);  
  170.   
  171.                     //【6】  
  172.                     for(int d=0;d<14;d++)  
  173.                     {  
  174.                         CvPoint startpoint = cvPoint(skelPointsOut[startSkelPoints[d]-1].X,skelPointsOut[startSkelPoints[d]-1].Y);  
  175.                         CvPoint endpoint = cvPoint(skelPointsOut[endSkelPoints[d]-1].X,skelPointsOut[endSkelPoints[d]-1].Y);  
  176.               
  177.                         cvCircle(cameraImg,startpoint,3,CV_#0000ff,12);  
  178.                         cvCircle(cameraImg,endpoint,3,CV_#0000ff,12);  
  179.                         cvLine(cameraImg,startpoint,endpoint,CV_#0000ff,4);  
  180.                     }  
  181.                 }  
  182.             }  
  183.             delete [] userID;  
  184.         }  
  185.         cvShowImage("Camera",cameraImg);  
  186.   
  187.         key=cvWaitKey(20);  
  188.   
  189.   
  190.     }  
  191.     // stop and shutdown  
  192.     cvDestroyWindow("Camera");  
  193.     cvReleaseImage(&cameraImg);  
  194.     context.StopGeneratingAll();  
  195.     context.Shutdown();  
  196.   
  197.     return 0;  
  198. }  

    【1】  对于人体骨架的获取,小斤声明了UserGenerator这个生成器,UserGenerator具有检测新的User(以下称为人物)出现或者离开,获取画面中的人物数,人物位置信息,与上一教程介绍的GestureGenerator类似,通过注册回调函数的方式,一旦其检测到了动静(如人物出现),那么相应的回调函数就会被调用。

    【2】  小斤为UserGenerator注册了NewUser和LostUser两个回调函数,对应人物出现和人物消失。

    【3】  这里出现了一个新的Capability,SkeletonCapability。小斤为了避免混淆,常常将Capability理解为生成器的一种能力,比如SkeletonCapability就可以理解UserGenerator获取人物骨架信息的能力。

    在获取人物骨架前,首先要进行标定的工作,因此SkeletonCapability需要注册两个回调函数CalibrationStart和CalibrationEnd,分别在人物标定开始与结束时调用。(在较早版本的OpenNI中,接口名可能有所变化)

    【4】  与【3】类似,userGenerator.GetPoseDetectionCap()获取了一个PoseDetectionCapability,这个Capability可以检测人物的特定姿势,目前来说,只支持Psi姿势,如图:


    小斤并为其注册了回调函数PoseDetected,在检测到人物的Psi姿势时,会调用该函数。

    将【2】【3】【4】的回调函数串联起来看,(1)人物出现会触发NewUser(),开始Pose检测;(2)检测到Pose会触发PoseDetected(),请求标定;(3)标定开始触发CalibrationStart();(4)标定结束触发CalibrationEnd(),如果标定成功,那么调用SkeletonCapability的StartTracking()开始跟踪对应的人物。

    【5】  通过GetSkeletonJoint()方法,可以得到对应关节的XnSkeletonJointTransformation,这个结构体包含position和orientation,position中又包含一个position和fConfidence,分别代表关节的位置和可信度,orientation同样如此,包含关节的运动方向和可信度。这里小斤对24个关节都进行了操作,但能得到位置信息的只有14个。

这些步骤得到的position信息,是一个真实场景的3D坐标,需要通过投影转换到屏幕坐标,转换过程通过ConvertRealWorldToProjective()方法实现。

    【6】  为了更直观地输出显示,可以各个关节通过直线连接起来,形成一个人体的骨架。小斤定义了startSkelPoints和endSkelPoints数组,两个数组的值一一对应,代表一组起点终点的关节对,将每组起点和终点通过直线连接,比如HEAD与NECT与TORSO等。

 

    整个程序启动后,先将身体正对摄像头(至少露出头部和上半身),控制台会显示“New user identified”,然后做出Psi姿势,在Pose Psi detected后,程序开始标定工作,此时维持Psi姿势数秒,标定成功后,骨架就会正确显示出来了。祝大家玩得愉快。


posted @ 2012-01-16 10:44  火腿骑士  阅读(545)  评论(0编辑  收藏  举报