[發明專利]一種計算杠鈴中心點平移矢量和旋轉參數的方法

有效

• 申請號: 201210011261.4
• 申請日: 2012-01-15
• 公開（公告）號: CN102609708A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 毋立芳;武文斌;高美琴;江思源;王紅;張靜文;顏鳳輝;鄭慶陽
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06T7/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種計算杠鈴中心點平移矢量和旋轉參數的方法，其特征在于步驟如下：

A1、對前兩幀圖像使用光流法提取運動區域，通過二值化得到杠鈴區域，提取出杠鈴的邊緣，然后對此進行HOUGH變換，求出杠鈴的圓心坐標和半徑參數；

A2、在杠鈴區域使用Harris角點檢測尋找N個特征點，N＞2，然后隨機把這N個點兩兩組合，每一組點確定一條直線，把每一條直線的參數方程求出來；

A3、通過步驟A1求出來的杠鈴圓的參數，得到杠鈴圓的參數方程，然后和直線方程聯立求解得到交點，由交點得到杠鈴圓的這條弦的中點；

A4、由步驟A3求出來的中點和相應的特征點求出來線段內定比分點的定比λ_i；

B、輸入視頻的下一幀圖像，運用LK金字塔光流法跟蹤選取的特征點，然后使用A中求出來的定比參數和統計最優方法計算杠鈴圓心坐標，通過和上一幀所得杠鈴圓心位置得到杠鈴的平移矢量，具體如下：

B1、輸入視頻的下一幀圖像，作為當前處理的圖像，然后運用LK金字塔光流法在當前幀中跟蹤上一幀的特征點；

B2、用這些跟蹤的特征點和在A4中求出來的定比，求出來杠鈴的圓心坐標；步驟B2的具體描述如下：

B21、使用A4中求出來的每一組特征點的相應的定比，求出來相應的一組兩個特征點的定比分點；通過定比分點和垂直關系，求出來相應的弦的垂直平分線，他們的交點即杠鈴圓心，

B22、使用最小方差方法得到中心點位置；

用符號f_i(x，y)表示每一條垂直平分線，則：

f_i(x，y)＝a_ix+b_i+c_i????(B22.1)

構造如下平方和的式子：

D=Σi=1Mfi2(x,y)=Σi=1M(aix+biy+ci)2---(B22.2)]]>

其中i＝1，2，...M，M為特征點的個數；杠鈴圓圓心坐標(x，y)使(B22.2)

式達到最小值，故通過求(B22.2)式的最小值求圓心坐標；

B23、已知三個特征點確定一個圓心，假定現在有N個特征點，所以使用排列組合，有種情況，也就是求出來個圓心點；如果所有特征點跟蹤準確，則所求的圓心全部和真實圓心位置重合；但是當一些特征點跟蹤出現誤差時，所求得得中心點便呈現分布在真實圓心周圍的狀態；

B24、通過統計最優，求得最佳的圓心位置；設定C(P)表示跟蹤正確的特征點所計算的中心點的集合，NumCp表示C(P)特征點數目，F(P)表示錯誤跟蹤的特征點所計算的中心點集合，NumFp表示F(P)集合數目；

步驟B24具體描述如下：

B241、使用集合C(P)中所有點計算出一個平均的中心點；

x‾Cp=1NumCpΣm=1NumCpxm]]>

y‾Cp=1NumCpΣm=1NumCpym]]>

B242、計算所有中心位置的平均方差：

Dism_Cp=(xm-x‾Cp)2+(ym-y‾Cp)2]]>

DisAve_Cp=1NumCpΣm=1NumCpDism_Cp]]>

B243、如果下邊的條件滿足：

Dis_{Ave_Cp}≤1.0

得到中心點位置為：和并終止循環，跳到步驟C1；否則認為中心點位置發散并跳到B244；

B244、對每一個中心點位置，檢查是否滿足下邊的條件：

Dis_{m_Cp}≤αDis_{Ave_Cp}

α＝0.5；如果不滿足這個條件，認為這個中心點出現誤差，并從C(p)中把這個點剔除，放到F(p)中，NumCp減1，NumFp加1；然后跳到B241循環這個過程；

C、使用統計方法，推測出跟蹤誤差較大的特征點，并使用子圖像塊匹配技術矯正這些特征點，具體如下：

C1、通過記錄B21步驟中計算中心點時對應的三個特征點，知道F(p)中每個中心點所使用的特征點；如果某個特征點參與F(p)中一個中心點的計算，則對其計數加一；

C2、得到每個特征點的計數值，如果其計數值i＝1...N，則認為該特征點跟蹤誤差超過一定范圍，定義為跟蹤失敗的特征點；

C3、通過上一步得到的跟蹤失敗特征點，使用子圖像匹配技術來矯正；

D、然后通過上一幀圖像的特征點和當前幀圖像的特征點求出杠鈴的旋轉角度，進一步細化為：

D1、用B中所求出來的當前幀杠鈴的圓心坐標減去前一幀中的杠鈴圓的圓心坐標即為杠鈴圓心的平移矢量；

D2、當圓旋轉的時候，按照特征點組合方式不變，求出來每對特征點所確定的直線的斜率，通過斜率知道直線和坐標軸的夾角，然后通過前后兩幀圖像的相應直線和坐標軸的夾角，求得它們的夾角差便是杠鈴圓的旋轉角度；

在步驟E中，循環步驟B、C、D，獲得杠鈴運動的平移矢量和旋轉角度。

2.根據權利要求1所述的一種計算杠鈴中心點平移矢量和旋轉參數的方法，其特征在于步驟C3具體描述如下：

C31、在圖像首幀提取特征點時，記錄每個特征點周圍子窗口范圍內的像素值信息；子窗口是5*5或者7*7；C32、在后續幀中，如果發現某個特征點跟蹤失敗，使用此特征點原始子窗口像素信息，在當前幀特征點位置的一個7*7或5*5的窗口中每一個像素位置進行子圖像塊匹配，找到相似度最大的位置，便是矯正特征點的正確位置。