[發明專利]一種獲取機器人行走姿態的方法及系統

有效

• 申請號: 201811221729.6
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN109523551B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 楊燦軍;朱元超;魏謙笑;楊巍;武鑫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T7/10
• 分類號: G06T7/10;G06T7/194;G06T7/38
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 何彬

本發明涉及一種獲取機器人行走姿態的方法及系統，屬于圖像處理技術領域。方法包括以下步驟：(1)采集背景場景的圖像、標記點的圖像及機器人在背景場景中行走過程的圖像序列，標記點固設在機器人上用于標記所固定位置處的行走軌跡；(2)以背景場景的圖像為參考幀，從圖像序列中分割出局部圖像構成前景圖像序列，該局部圖像包括機器人的圖像；(3)以標記點的圖像為模板，從前景圖像序列中匹配出各標記點并獲取其坐標數據；(4)依據各標記點的坐標數據計算機器人在行走過程中的行走姿態。該方法能夠有效的降低獲取行走姿態所需設備的成本及減少后續圖像處理的計算量，可廣泛應用機器人等領域。

本申請是申請號為CN201711394246.1、發明名稱為“一種獲取目標物行走姿態的方法與系統”的發明專利的分案申請。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，具體地說，涉及一種用于獲取機器人行走姿態的方法與系統。

背景技術

穿戴式外骨骼機器人適用于腦卒中、偏癱、中風等病人的康復治療，為了獲取康復治療數據，通常是通過捕捉康復人員關節處的運動姿態，以判斷外骨骼機器人在負載后的康復人員肢體姿態，并基于至少一個行走周期中的肢體姿態變化數據，重構出康復人員的行走姿態。

通常采用光學跟蹤式運動測量方法獲取康復人員關節處的運動姿態，該測量方法基于計算機視覺技術，通過攝像頭等裝置對目標物上特定標記點的跟蹤和計算來完成對目標物的運動測量，常用標記點有反光標記點和發光標點兩種，標記點的大小和形狀可以根據需要進行設置。

典型的光學跟蹤式運動測量系統通常使用多個攝像頭環繞表演場地排列，攝像頭的視野重疊區為工作空間。為了便于后續圖像處理，通常要求被測者會穿上黑色緊身衣，在主要的關節等關鍵部位貼上特制的光學標記點。在進行測量之前，系統首先要完成標定，攝像頭才能開始拍攝被測者的動作，保存并進行分析、處理所拍攝到的圖像序列，以識別出圖像中的光學標志點并計算其在每一瞬間的空間位置，進而重構出目標物的運動軌跡。為了獲取目標物的準確運動軌跡，要求攝像頭以較高的拍攝速率進行拍攝。

現有常用測量系統要求采用多個攝像頭而導致其成本較高，且后續圖像處理計算量大，此外，其對試驗場地的光照與反射要求較高，限制了其應用場景，而不利于穿戴式骨骼機器人在前述病人康復治療中的應用。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種獲取機器人行走姿態的方法，以降低所需設備成本的同時，減少后續圖像處理的計算量；本發明的另一目的是提供一種獲取機器人行走姿態的系統，以降低所需設備成本的同時，減少后續圖像處理的計算量。

為了實現上述主要目的，本發明提供獲取機器人行走姿態的方法包括采集步驟、分割步驟、匹配步驟及計算步驟；其中，采集步驟包括采集背景場景的圖像、標記點的圖像及機器人在背景場景中行走過程的圖像序列，標記點固設在機器人上用于標記所固定位置處的行走軌跡；分割步驟包括以背景場景的圖像為參考幀，從圖像序列中分割出局部圖像構成前景圖像序列，該局部圖像包括機器人的圖像；匹配步驟包括以標記點的圖像為模板，從前景圖像序列中匹配出各標記點并獲取其坐標數據；計算步驟包括依據各標記點的坐標數據計算機器人在行走過程中的行走姿態。

以背景場景為參考幀，從圖像序列的各幀圖像中分割出至少包含機器人的圖像局部，并以該圖像局部區域作為后續圖像處理的對象—前景圖像，以在后續處理中無需對大部分背景圖像進行處理而有效地減少后續圖像處理的計算量；同時，采用標記點的圖像為模板，從分割出的圖像局部上匹配出標記點的位置，從而可使用圖標式標記點進行標記，同時可采用單目攝像頭進行采集圖像系統而有效地降低所需設備成本。

具體的方案為在采集步驟之后及分割步驟之前進行去色步驟，該去色步驟包括將背景場景的圖像、標記點的圖像及圖像序列轉換成灰度圖。在后續分割步驟及匹配步驟以灰度圖為對象進行處理，可進一步減少后續處理的計算量。