[發明專利]基于雙目視覺的頭部定位方法及系統

有效

• 申請號: 201610906123.0
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN106580470B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 謝理哲;嚴斌;陳雅麗;王松;胡軼寧;高鵬程;王林
• 申請（專利權）人: 南京醫科大學附屬口腔醫院
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20;A61B90/00;A61B90/10
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 顧伯興

1.一種基于雙目視覺的頭部定位方法，其特征在于：包括以下步驟，

S1、利用雙目視覺技術中的張正友攝像機標定方法進行標定，并獲得攝像頭組的內參和外參；取攝像頭鏡頭A中心點O_l與攝像頭鏡頭B中心點O_r連線中點O為坐標系原點，攝像機鏡頭中心連線為X軸，且X軸與地面平行，Y軸垂直于地面，Z軸垂直于X軸與Y軸，建立以兩臺攝像機的中點為世界坐標原點的三維坐標系；

S2、讓拍攝對象正對坐標原點站立，使拍攝對象面部處于攝像頭A與攝像頭B共同的拍攝區域，并將面部標記點組件固定于拍攝對象面部特征位置；將表面黏貼式面部標記M_c、M_b1、M_b2、M_c1、M_c2分別固定于被拍攝者下巴頦最前點，兩個眉頭以及鎖骨胸骨端位置，將插入固定式面部標記M_e1、M_e2插入被拍攝者左耳、右耳中，利用光學采集系統采集拍攝對象佩戴標記點組件后的圖像；插入固定式面部標記為采用插入進行固定的面部標記，插入固定式面部標記包括標記示蹤部和插入固定部，標記示蹤部設于插入固定部的端部，插入固定部采用不透明橡膠或不透明聚酯制成半徑為1mm、高4mm的圓柱體，標記示蹤部采用不透明橡膠或不透明聚酯制成的半徑為2mm、厚2mm的的圓薄片；

S3、利用圖像處理算法提取標記點M在攝像頭A與攝像頭B所采集的圖像中的坐標m_l(u_l，v_l)與m_r(u_r，v_r)，并據此結合攝像頭的內參和外參計算各標記點在世界坐標系中的空間坐標M(x，y，z)；步驟S3具體為：

S31、操作人員手動點取標記點M分別在攝像頭A與攝像頭B采集的結果圖像中組件圖像區域中的任意點S_l、S_r；

S32、分別以S_l、S_r為種子點對標記點組件的圖像區域采用區域增長算法；

S33、分別獲取攝像機采集圖像中區域增長后的結果區域的質心P_l(u_l,v_l)，P_r(u_r,v_r)作為的標記組件分別在攝像機采集圖像中的中心點的坐標M_l(u_l,v_l)，M_r(u_r,v_r)；

S34、利用不同攝像機采集圖像中的標記點組件的中心點坐標M_l(u_l,v_l)，M_r(u_r,v_r)，結合攝像機的內參與外參，采用雙目視覺理論計算當前標記點組件M在世界坐標系的空間坐標M(x，y，z)；

S35、分別對左耳中、右耳中、兩個眉頭、下巴頦最前點以及鎖骨胸骨端的標記點組件做步驟S31-S34的操作，獲取空間坐標M_e1、M_e2、M_b1、M_b2、M_c、M_c1、M_c2；

S4、利用各標記點的空間坐標，實現頭部的實時定位；步驟S4中實現頭部的實時定位具體為：

S41、基準垂線s的計算：計算兩個眉頭M_b1、M_b2之間的中點M_bc，中點M_bc與下巴頦最前點M_c的連線作為基準垂線l_v；

S42、面部基準水平線l_lf的確定：計算兩耳中標記點組件M_e1、M_e2的連線作為面部水平基準線l_lf；

S43、身體基準水平線l_lb的確定：計算兩鎖骨胸骨端標記點組件M_b1、M_b2的連線作為身體基準水平線l_lb；

S44、頭部屈伸角度θ_f的確定：基準垂線l_v與世界坐標系的X-Y平面所成的角度為頭面部的前傾或后仰角度；

S45、頭部側屈角度θ_l的計算：面部基準水平線l_lf與世界坐標系的X-Z平面所成的角度為面部左偏或右偏角度；

S46、頭部旋轉角度θ_r的計算：面部基準水平線l_lf與身體基準水平線l_lb所成的角度在水平面上的投影角度為頭部旋轉角度。