[發明專利]基于Kinect的拋體檢測、三維定位與軌跡預測方法

有效

• 申請號: 201310087780.3
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103218826A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 陶熠昆;王聰穎;王宏濤;周連杰
• 申請（專利權）人: 浙江中控研究院有限公司;浙江國自機器人技術有限公司
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及拋體的檢測與軌跡預測領域，特別涉及一種基于Kinect的拋體檢測、三維定位與軌跡預測方法，應用于包括球類比賽（乒乓球、羽毛球等）球體軌跡的數據分析、某些針對拋體運行軌跡進行某些動作的機器人系統，以及其他用到此技術的領域。

背景技術

實現拋體檢測與軌跡預測的方案很多，目前較多采用立體視覺的方法。由于視覺系統受光照變化、環境變化影響較大，雖然有很多技術能夠適應環境與光照的變化，但仍然是一個很有挑戰的課題。且雙目視覺系統對處理器計算能力要求較高，算法非常復雜，成本也較高。

Kinect是美國微軟公司推出的一款體感設備，一般用于開發在XBox360游戲主機上運行的體感交互游戲。Kinect從技術本質上來說是一個RGB-D傳感器，微軟同時提供了有關人體檢測以及人體各關節位置檢測的算法。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于Kinect的拋體檢測、三維定位與軌跡預測方法，以感知拋體的三維坐標，相比傳統的立體視覺方法，其在變光照環境下可靠性更強，且無需進行立體相機標定以及立體視覺匹配算法，整個方案簡單且穩定，成本較低。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于Kinect的拋體檢測、三維定位與軌跡預測方法，包括以下步驟：

S1、深度背景建模，包括：

S101、將背景像素的所有深度值量化并標準化到0-255的范圍之內；

S102、對背景像素的每一像素點采用一布爾型數組來存儲該像素在一段時間x內的所有深度值，得到一數據區域，作為背景模型；

S2、采用Kinect的API函數獲取圖像的深度信息；

S3、對拋體圖像的深度信息進行前景提取，得到前景圖像；

S4、將前景圖像分割為若干獨立的連通分量；

S5、判斷連通分量是否為拋體，并通過Kinect的深度相機的標定模型計算拋體的三維坐標；

S6、將空氣阻力作為濾波的狀態量之一進行濾波，對拋體進行軌跡預測。

較佳的，布爾型數組的大小為255，數據區域為寬度×高度×255。

較佳的，前景提取包括：設一像素坐標（x，y）的深度值量化到0-255之后的取值為a，判斷像素坐標在背景模型中對應的像素（x,y）的布爾型數組中的?a-3至a+3項中是否存在“true”項，是則該像素為背景，否則為前景。

較佳的，步驟S4是采用種子填充的方法將前景圖像分割為若干獨立的連通分量。

較佳的，濾波是采用Kalman濾波方式。

較佳的，深度背景建模是采用codebook背景建模。

較佳的，x為10分鐘。

附圖說明

圖1為本發明一種基于Kinect的拋體檢測、三維定位與軌跡預測方法的流程圖。

圖2為本發明一種基于Kinect的拋體檢測、三維定位與軌跡預測方法的一較佳實施例。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

請參考圖1，本發明的流程圖，按照如下步驟實現：

1、深度背景建模

考慮到檢測拋體的環境可能是在背景復雜且相對固定的環境，因此有必要對背景進行建模，背景建模的作用是為了在輸入圖像中更好地分別背景和前景?？紤]到背景可能不是一成不變的，本發明采用一種codebook來描述背景中感興趣的狀態。Codebook是背景建模的常用手段之一，本發明在此不做贅述和限制。具體做法如下：

將所有可能的深度值量化并標準化到0-255的范圍之內；

對圖像中每一個像素點，采集一段時間（典型值為10分鐘）深度值。用一個大小為255的布爾型數組來存儲該像素在這10分鐘之內所有被采集到的深度值；

對圖像中的所有像素執行以上操作，得到一個（圖像寬度?*?圖像高度?*?255）的數據區域，作為最終的背景模型。

2?深度圖獲取

采用Kinect官方提供的API函數可直接獲得圖像深度信息。

3?前景提取