[发明专利]基于双目视觉的头部定位方法及系统

说明书

本发明提供一种基于双目视觉的头部定位方法及系统，通过对摄像机进行标定；将拍摄对象的头部完全置于拍摄区域内部，并将面部标记点组件固定于拍摄对象面部特征位置，采集拍摄记录拍摄对象佩戴标记点组件后的图像；利用图像处理算法，实现标记点组件的检测，根据标记点组件的检测结果，结合双目视觉原理，确定标记点组件在三维世界坐标中的空间坐标；利用各特征位置标记点的空间坐标，实现头部的定位。该方法及系统不仅解决了面部形貌采集的定位问题，对比于其他头部辅助定位系统，还具有适用性强，无遮挡，无干扰的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于双目视觉的头部定位方法及系统，属于医学光电应用领域。

背景技术

近年来，随着图像技术的发展，以及临床辅助诊断设备的不断更新，基于光学的面部形貌采集技术设备的出现、革新和推广，为临床医学特别是口腔额面医学的发展提供了有利的条件，该项技术已经成为了临床诊断不可缺失的光学影像检测分析手段之一。然而，同一拍摄对象，当其头部处于不同的位置特别是不同的姿态时，其面部软组织的形貌会有所不同进而影响面部形貌的采集结果。

现今，无论是传统的二维光学影像采集技术，还是新兴的三维光学影像采集技术，对于面部形貌采集时头部的空间位置和姿态的定位，并没有现成的系统和相关设备，更多的是依赖于操作者的经验和简单的视觉判断。而已有的一些用于放射影像以及手术规划等技术的头面部定位的设备由于其具有较多的遮挡或较强的干扰，或者更多的是仅仅考虑头部的空间位置，而对拍摄对象的姿态考虑并不充分，并不适用于光学面部形貌采集技术。

因此，针对现今技术的不足，本发明提出了一种适用性强的面部的三维头部定位系统，除了确定头部的三维空间位置以外，还可以辅助判断头部的姿态。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双目视觉的头部定位方法及系统，不仅能实现头部的空间三维坐标的确定，还能实现头部姿态，比如头部屈伸、侧屈、旋转等情况的确定，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于双目视觉的头部定位方法，包括以下步骤，

S1、利用双目视觉技术中的张正友摄像机标定方法进行标定，并获得摄像头组的内参和外参；取摄像头镜头A中心点O_l与摄像头镜头B中心点O_r连线中点O为坐标系原点，摄像机镜头中心连线为X轴，且X轴与地面平行，Y轴垂直于地面，Z轴垂直于X轴与Y轴，建立以两台摄像机的中点为世界坐标原点的三维坐标系；

S2、让拍摄对象正对坐标原点站立，使拍摄对象面部处于摄像头A与摄像头B共同的拍摄区域，并将面部标记点组件固定于拍摄对象面部特征位置；将表面黏贴式面部标记M_c、M_b1、M_b2、M_c1、M_c2分别固定于被拍摄者下巴颏最前点，两个眉头以及锁骨胸骨端位置，将插入固定式面部标记M_e1、M_e2插入被拍摄者左耳、右耳中，利用光学采集系统采集拍摄对象佩戴标记点组件后的图像；

S3、利用图像处理算法提取标记点M在摄像头A与摄像头B所采集的图像中的坐标m_l(u_l，v_l)与m_r(u_r，v_r)，并据此结合摄像头的内参和外参计算各标记点在世界坐标系中的空间坐标M(x，y，z)；

S4、利用各标记点的空间坐标，实现头部的实时定位。

进一步地，步骤S3具体为：

S31、操作人员手动点取标记点M分别在摄像头A与摄像头B采集的结果图像中组件图像区域中的任意点S_l、S_r；