[發明專利]基于改進ICP的多Kinect系統坐標標定與轉換方法

有效

• 申請號: 202110609194.5
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113345010B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 姚壽文;孔若思;栗麗輝;常富祥;蘭澤令
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T7/80
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開一種基于改進ICP的多Kinect系統坐標標定與轉換方法包括：獲取第一坐標系統：第一坐標系統為OptiTrack運動追蹤系統捕捉到的真實空間中人體的坐標系；獲取第二坐標系統：第二坐標系統為以各自Kinect傳感器坐標系原點為基準的骨骼節點的坐標系系統；使用改進的ICP方法將第一坐標系統、第二坐標系統與Unity3D的世界坐標系進行配準；然后進行校準，對校準結果進行可視化并分析校準誤差分析。本發明通過將Kinect、OptiTrack運動追蹤系統統一到Unity3D引擎世界坐標系內，標定過程簡單、易用性好，大大減小了標定誤差。

技術領域

本發明屬于機器視覺技術領域，尤其涉及一種基于改進ICP的多 Kinect系統坐標標定與轉換方法。

背景技術

傳統的全身運動追蹤系統采用Kinect傳感器對人體姿態進行捕捉。單個Kinect的標定過程主要包括單個RGB-D相機的內參標定和多個RGB-D相機之間的相對位姿矩陣標定，內參標定在Kinect出廠時已經進行過，因此主要需要研究的是多個RGB-D相機之間的位姿矩陣標定以及彩色相機和深度相機之間的校準。對于多個RGB-D相機之間的位姿矩陣標定，最常用的是基于計算機視覺的方法，例如張正友提出的棋盤格標定法、Kowalski等提出的基于二維空間標記的三維點云匹配法等，這些方法已比較成熟，已經有很多開源的軟件可以實現，例如Matlab的相機標定工具包Camera Calibration Toolbox、 LiveScan3D等，基于計算機視覺的方法采集的標定輸入數據源均來自RGB相機，Kinect傳感器提供的骨骼數據來自紅外相機，然而在 Kinect傳感器中的紅外相機和RGB相機是相互獨立的，兩個相機之間還存在著空間距離，這樣的標定實現了兩個RGB相機之間的轉換，需要進一步做與深度相機之間的校準以及到Unity3D世界坐標系之間的轉換，因此Kinect骨骼坐標系到Unity3D世界坐標系轉換矩陣的獲得需要經過多次坐標標定，標定過程的累計誤差較大，不利于之后數據融合的精度。例如棋盤格標定法需要從多個角度獲得完整的棋盤圖案，受光照、地面等因素影響并非系統中每臺Kinect傳感器都可以觀察到二維空間標記物，因此需要大量的工作來手動改變標記物位置、手動處理標定矩陣等，系統的每次使用均需要花費大量的時間進行重新標定，標定過程繁瑣復雜，易用性較差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種基于改進ICP的多Kinect 系統坐標標定與轉換方法，能夠獲取到每個Kinect傳感器較為精確的旋轉矩陣R_j和平移矩陣T_j，同時提高標定系統的易用性與可擴展性。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種基于改進ICP的多Kinect系統坐標標定與轉換方法，包括以下步驟：

S1、獲取第一坐標系統：所述第一坐標系統為OptiTrack運動追蹤系統捕捉到的真實空間中人體的坐標系；

獲取第二坐標系統：所述第二坐標系統為以各自Kinect傳感器坐標系原點為基準的骨骼節點的坐標系系統；

S2、使用改進的ICP方法將第一坐標系統、第二坐標系統與 Unity3D的世界坐標系進行配準；

S3、基于面部朝向、Kinect傳感器捕捉到的人體骨骼數據，獲取當前Kinect前視圖朝向；進行面部朝向初始化、面部朝向更新、面部朝向平滑處理得到最終的面部朝向，通過計算最終的面部朝向與當前Kinect前視圖朝向之間的夾角來判斷是否需要對骨骼三維數據與追蹤狀態等參數進行左右互換；

S4、對第一坐標系統、第二坐標系統完成與Unity3D引擎世界坐標系配準后進行校準，對校準結果進行可視化并分析校準誤差分析。

優選地，S1中具體為：

獲取若干個OptiTrack相機采集第一標定桿上的光學標記點的空間位置信息，生成若干組點云數據；