[发明专利]基于双目视觉的头部定位方法及系统

摘要

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。

主权项

1.一种基于双目视觉的头部定位方法，其特征在于：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Ol与摄像头镜头B中心点Or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Mc、Mb1、Mb2、Mc1、Mc2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Me1、Me2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；插入固定式面部标记为采用插入进行固定的面部标记，插入固定式面部标记包括标记示踪部和插入固定部，标记示踪部设于插入固定部的端部，插入固定部采用不透明橡胶或不透明聚酯制成半径为1mm、高4mm的圆柱体，标记示踪部采用不透明橡胶或不透明聚酯制成的半径为2mm、厚2mm的的圆薄片；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ml(ul，vl)与mr(ur，vr)，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)；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Sl、Sr；S32、分别以Sl、Sr为种子点对标记点组件的图像区域采用区域增长算法；S33、分别获取摄像机采集图像中区域增长后的结果区域的质心Pl(ul,vl)，Pr(ur,vr)作为的标记组件分别在摄像机采集图像中的中心点的坐标Ml(ul,vl)，Mr(ur,vr)；S34、利用不同摄像机采集图像中的标记点组件的中心点坐标Ml(ul,vl)，Mr(ur,vr)，结合摄像机的内参与外参，采用双目视觉理论计算当前标记点组件M在世界坐标系的空间坐标M(x，y，z)；S35、分别对左耳中、右耳中、两个眉头、下巴颏最前点以及锁骨胸骨端的标记点组件做步骤S31‑S34的操作，获取空间坐标Me1、Me2、Mb1、Mb2、Mc、Mc1、Mc2；S4、利用各标记点的空间坐标，实现头部的实时定位；步骤S4中实现头部的实时定位具体为：S41、基准垂线s的计算：计算两个眉头Mb1、Mb2之间的中点Mbc，中点Mbc与下巴颏最前点Mc的连线作为基准垂线lv；S42、面部基准水平线llf的确定：计算两耳中标记点组件Me1、Me2的连线作为面部水平基准线llf；S43、身体基准水平线llb的确定：计算两锁骨胸骨端标记点组件Mb1、Mb2的连线作为身体基准水平线llb；S44、头部屈伸角度θf的确定：基准垂线lv与世界坐标系的X‑Y平面所成的角度为头面部的前倾或后仰角度；S45、头部侧屈角度θl的计算：面部基准水平线llf与世界坐标系的X‑Z平面所成的角度为面部左偏或右偏角度；S46、头部旋转角度θr的计算：面部基准水平线llf与身体基准水平线llb所成的角度在水平面上的投影角度为头部旋转角度。