[發(fā)明專利]基于改進(jìn)ICP的多Kinect系統(tǒng)坐標(biāo)標(biāo)定與轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110609194.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113345010B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚壽文;孔若思;栗麗輝;常富祥;蘭澤令
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/70
• 分類號(hào): G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

1.一種基于改進(jìn)ICP的多Kinect系統(tǒng)坐標(biāo)標(biāo)定與轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、獲取第一坐標(biāo)系統(tǒng)：所述第一坐標(biāo)系統(tǒng)為OptiTrack運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)捕捉到的真實(shí)空間中人體的坐標(biāo)系統(tǒng)；

獲取第二坐標(biāo)系統(tǒng)：所述第二坐標(biāo)系統(tǒng)為以各自Kinect傳感器坐標(biāo)系原點(diǎn)為基準(zhǔn)的骨骼節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系系統(tǒng)；

OptiTrack相機(jī)、Kinect傳感器在采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要用戶在可活動(dòng)范圍內(nèi)移動(dòng)過(guò)程中做彎腰或下蹲動(dòng)作，來(lái)彌補(bǔ)Y軸數(shù)據(jù)的缺陷；

獲取若干個(gè)OptiTrack相機(jī)采集第一標(biāo)定桿上的光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)的空間位置信息，生成若干組點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

基于所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算若干個(gè)OptiTrack相機(jī)之間的相對(duì)位置；每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的樣本量要大于2500個(gè)；

基于第二標(biāo)定桿設(shè)定坐標(biāo)系的原點(diǎn)以及各軸的朝向，所述第二標(biāo)定桿的中長(zhǎng)邊對(duì)應(yīng)的是坐標(biāo)系的Z軸，所述第二標(biāo)定桿的短邊對(duì)應(yīng)的是坐標(biāo)系的X軸，所述第二標(biāo)定桿的直角頂點(diǎn)即為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，將所述第二標(biāo)定桿放置在地面；

在進(jìn)行第二坐標(biāo)系統(tǒng)與Unity3D世界坐標(biāo)系配準(zhǔn)之前，需要將多臺(tái)Kinect傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)経nity3D世界坐標(biāo)系中做可視化處理，以確?；赨DP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸可靠性；

S2、使用改進(jìn)的ICP方法將第一坐標(biāo)系統(tǒng)、第二坐標(biāo)系統(tǒng)與Unity3D的世界坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn)；

使用改進(jìn)的ICP方法將第一坐標(biāo)系統(tǒng)與Unity3D的世界坐標(biāo)系進(jìn)行配準(zhǔn)具體為：

通過(guò)改進(jìn)的ICP方法將客戶端采集到的骨骼數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理統(tǒng)一到Unity3D的世界坐標(biāo)系中：

式中，(X_j,Y_j,Z_j)為第j個(gè)Kinect傳感器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，為共同世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，即是Unity3D中的世界坐標(biāo)，其中R_j和T_j為第j個(gè)Kinect傳感器旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，也稱為相機(jī)的外參矩陣，其中R_j為3×3矩陣，T_j為3×1矩陣；

將求解第j個(gè)Kinect傳感器的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣轉(zhuǎn)化為最小化誤差平方和；

S3、基于面部朝向、Kinect傳感器捕捉到的人體骨骼數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前Kinect前視圖朝向；進(jìn)行面部朝向初始化、面部朝向更新、面部朝向平滑處理得到最終的面部朝向，通過(guò)計(jì)算最終的面部朝向與當(dāng)前Kinect前視圖朝向之間的夾角來(lái)判斷是否需要進(jìn)行左右互換；

S4、對(duì)第一坐標(biāo)系統(tǒng)、第二坐標(biāo)系統(tǒng)完成與Unity3D世界坐標(biāo)系配準(zhǔn)后進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行可視化分析并校準(zhǔn)誤差；

采用用戶在裝配區(qū)域中心擺出姿勢(shì)Tpose，并按照順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)肢體，在Unity3D世界坐標(biāo)系中采集至少3000幀數(shù)據(jù)，其中OptiTrack運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)傳遞來(lái)的骨骼數(shù)據(jù)作為第一地板真值，Kinect傳感器采集的骨骼數(shù)據(jù)為第二地板真值，分別以第一地板真值、第二地板真值為基準(zhǔn)求平均誤差。

2.如權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)ICP的多Kinect系統(tǒng)坐標(biāo)標(biāo)定與轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述可視化過(guò)程為：將Kinect傳遞來(lái)的三維坐標(biāo)賦值給對(duì)應(yīng)火柴人的對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)游戲物體，當(dāng)用戶站在裝配區(qū)域中心時(shí)，距離各Kinect傳感器相同，因此在Unity引擎中可視化結(jié)果應(yīng)為六個(gè)火柴人均勻圍繞在世界坐標(biāo)系原點(diǎn)上。

3.如權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)ICP的多Kinect系統(tǒng)坐標(biāo)標(biāo)定與轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，判斷左右變換的方法為：選取骨架中左右成對(duì)出現(xiàn)的左右肩膀、左右肘、左右盆骨、左右膝蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)面部朝向的確定。

4.如權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)ICP的多Kinect系統(tǒng)坐標(biāo)標(biāo)定與轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，面部朝向初始化的過(guò)程為：使用正對(duì)Kinect傳感器的左右肩膀計(jì)算出身體向量，通過(guò)從左肩到右肩的向量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°得到面部朝向的初值。