[發明專利]一種基于雙目視覺的空間定位與運動分析系統

在審

• 申請號: 201911282790.6
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN111784749A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 劉明;周政;楊鵬;張笑宇;惠梅;董立泉;趙躍進
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T7/292
• 分類號: G06T7/292;G06T7/246
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于雙目視覺的空間定位與運動分析系統。通過用兩臺陣列相機系統代替雙目相機從兩個指定方位采集場景圖像，可以顯著提升采集圖像的視場角；系統結合姿態分析與運動軌跡分析，將運動員的運動過程記錄下來，用于逐幀分析運動員動作以及所處位置及觀察運動員不同時刻的運動狀態。

技術領域

本發明屬于圖像處理及機器視覺領域，具體涉及一種基于雙目視覺的空間定位與運動分析系統。

背景技術

常用的定位方法有超聲波定位、激光定位、紅外定位、光學定位等，主要應用于軍事、工業測量、建筑施工等領域。目前常用的視覺測量技術主要有以下3種方法:雙目立體視覺法、結構光法、幾何光學法。

雙目立體視覺定位具有非接觸、自動測量、對人眼無害等優點。最常用的是平行光軸模型，兩攝像機相距一個基線距離水平放置，先通過畸變校正和極線校正，使得同一特征點在兩圖像只有水平視差，利用圖像配準的方法得到對應點的視差，利用視差和深度的關系最終得到場景中物點的深度信息。目前，已經有大量的雙目立體視覺定位方法被提出并應用在各種工程領域。但是，傳統的雙目定位技術往往有量程不足的缺點，而為了增加量程并確保定位精度，需要擴大基線距離，即增大兩臺相機光心間距，這就使得雙目相機視場角縮小，定位范圍也隨之減小，難以滿足冰場等大型場地的定位需求。而且傳統的雙目立體視覺定位由于其小視場角的特點也難以對其中的運動物體進行運動分析。因此，開發一種能夠同時滿足量程與大視角的定位系統是工程上亟需解決的。

發明內容

有鑒于此，本發明利用圖像拼接技術擴大雙目相機的視場角，可以以低成本解決雙目立體視覺系統定位范圍不足的問題，同時結合姿態與運動軌跡分析技術，輔助運動訓練。

本發明提出了一種基于雙目視覺的空間定位與運動分析系統方案。技術方案如下:

1)用兩臺陣列相機系統代替雙目相機從兩個指定方位采集場景圖像

2)對陣列相機每個鏡頭采集到的圖像進行特征提取，并對其中指定目標進行跟蹤與姿態識別。

3)將兩個陣列相機系統得到的圖像矯正后拼接為大視場圖像

4)通過兩幅大視場圖像計算得到空間位置并分析得出運動軌跡

所述步驟1)中，陣列相機架設在高臺，采用相交光軸的雙目視覺模型的擺放方式(相交光軸以全景拼接時作為拼接基準的子鏡頭光軸為準)，將兩臺陣列相機分別對準操場，確保整個操場都在兩臺相機的共同視野之內。并采用張正友標定法對陣列相機進行標定，獲取攝像機的內外參數。

所述步驟2)中，需要對圖像進行預處理，矯正畸變，消除噪聲，改善圖像的質量。

所述步驟3)中，拼接時將特征點選取在地面處，確保拼接時地面處信息準確。

所述步驟4)中，在運動場上選取多個標記點，測量標記點坐標位置，分別在兩處陣列相機所拍攝的視頻中截取標記點圖像。經過上述處理，獲得未經處理的目標物體的二維圖像中的位置坐標，并以此結合相機內外參數，畸變系數分析計算目標空間位置。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1)市面上的大多數運動賽事分析系統均需要運動員攜帶便攜式傳感設備，而本發明只需采用視頻圖像處理手段對運動員進行數據采集，保證在采集數據的同時，不會對運動員行為動作產生影響和負擔，同時使訓練環境更加接近比賽真實環境。

2)本發明首次結合姿態分析與運動軌跡分析，記錄運動員的完整運動過程，用于逐幀分析運動員動作以及所處位置，觀察運動員不同時刻的虛擬三維模型。

附圖說明

圖1是本發明實施例的流程圖；

圖2是自動檢測運動員并姿態識別的網絡流程示意圖