光学系统

标记点设置

• 主动式标记点：一般内置发光元件，如LED，能主动发出特定波长的光，可通过控制发光频率等方式进行编码，便于系统识别。

• 被动式标记点：自身不发光，靠反射外部光源工作，通常是表面反射率高的球形或圆形，能将摄像机发出的光反射回摄像机，易于与背景区分。

• 确定参数：需对摄像机的内部参数和外部参数进行标定。内部参数包括焦距、主点位置、镜头畸变系数等；外部参数指摄像机在世界坐标系中的位置和姿态，如平移向量和旋转矩阵。

• 常用方法：常使用张正友标定法等，通过拍摄已知尺寸和形状的标定板图像，利用图像处理算法提取标定板上的特征点，根据特征点的图像坐标和世界坐标的对应关系，计算出摄像机的内外参数。

• 布置摄像机：根据捕捉场景和精度需求，在被捕捉物体周围合理布置多个摄像机，确保物体运动时标记点能被多个摄像机同时拍摄到。

• 采集图像：摄像机以一定帧率连续拍摄包含标记点的物体运动图像，帧率越高，捕捉运动细节越准确，如高速运动场景常需100fps以上帧率。

• 特征提取：对采集的图像进行处理，利用图像处理算法提取标记点的图像坐标，如采用阈值分割、边缘检测、形态学操作等方法，将标记点从背景中分离出来，再通过质心计算等方法确定标记点的精确位置。

• 立体匹配：针对不同摄像机拍摄到的同一标记点图像，通过立体匹配算法找到它们之间的对应关系，如基于特征的匹配算法，先提取标记点的特征描述子，再通过计算特征描述子的相似度来确定对应关系。

• 三维重建：根据多个摄像机拍摄到的标记点的图像坐标及摄像机的标定参数，采用三角测量等方法计算标记点的三维坐标，进而得到标记点在空间中的运动轨迹，实现对物体运动的捕捉。

数据输出与应用

• 输出数据：将处理后的运动数据以特定格式输出，如C3D、BVH等格式，便于导入到动画制作软件、虚拟现实软件等中。

• 应用领域：在影视制作中，可为角色动画制作提供真实的运动数据；在游戏开发中，能实现更逼真的角色动作；在体育训练里，可帮助运动员分析动作，提升训练效果。