[發明專利]基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤方法及相關裝置

在審

• 申請號: 202111433206.X
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114399528A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 徐升;王順;郭慶強;侯睿明;歐勇盛;王志揚;江國來;熊榮;賽高樂
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/277;G06T7/73
• 代理公司: 深圳市威世博知識產權代理事務所(普通合伙) 44280
• 代理人: 何倚雯

1.一種基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤方法，其特征在于，所述方法包括：

利用相機獲取目標在當前時刻的當前圖像；

確定所述目標在所述當前圖像所在像素坐標系下的第一位置；

根據所述第一位置、所述像素坐標系下的像元尺寸、所述相機的光軸的偏轉角度、所述相機的高度以及焦距，確定所述目標在所述相機所在相機坐標系下的觀測位置；其中，所述相機坐標系的原點為所述相機的光心，所述相機坐標系的Z軸沿所述相機的光軸設置，所述相機坐標系的X軸和Y軸分別與圖像坐標系的X軸和Y軸平行，且所述圖像坐標系位于所述相機的焦平面；

利用上一估計位置和所述觀測位置，對容積卡爾曼濾波器中的各參數進行更新，并得到所述目標在所述相機坐標系下的當前估計位置；其中，所述上一估計位置為上一時刻對所述目標進行軌跡預測得到的估計位置。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述第一位置、所述像素坐標系下的像元尺寸、所述相機光軸的偏轉角、所述相機的高度以及焦距，確定所述目標在所述相機所在相機坐標系下的觀測位置，包括：

根據所述第一位置、所述像素坐標系下的像元尺寸、所述相機的高度以及焦距，確定所述目標的俯仰角和方位角；其中，所述方位角為所述相機的光心與所述目標所成矢量，在所述相機所在相機坐標系下的XOZ平面上的投影與所述相機的光軸的夾角，所述俯仰角為所述光心與所述目標所成矢量，在所述相機坐標系的YOZ平面上的投影與所述相機的光軸的夾角；

根據所述偏轉角度、所述相機的高度以及所述目標的俯仰角，通過三角函數公式確定所述目標在所述相機坐標系的Y軸坐標；

根據所述Y軸坐標以及所述俯仰角確定所述目標在所述相機坐標系下的Z軸坐標；

根據所述Z軸坐標以及所述目標的方位角，確定所述目標在所述相機坐標系下的X軸坐標。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據所述第一位置、所述像素坐標系下的像元尺寸、所述相機的高度以及焦距，確定所述目標的俯仰角和方位角，包括：

根據下式確定所述方位角：

以及，根據下式確定所述俯仰角：

其中，α為所述方位角，β為所述俯仰角，(u₀,v₀)為所述圖像坐標系在像素坐標系的位置，d表示所述像元尺寸，f表示所述相機的焦距，(u,v)為所述目標在所述像素坐標系下的第一位置。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用上一估計位置和所述觀測位置，對容積卡爾曼濾波器中的各參數進行更新，并得到所述目標在所述相機坐標系下的當前估計位置，包括：

根據上一估計位置，利用狀態轉移方程計算得到至少一第一傳播容積點，并以所述傳播容積點的均值作為預測位置；

根據所述預測位置，利用觀測方程計算得到至少一第二傳播容積點，并以所述傳播容積點的均值作為觀測預測值；

基于所述觀測位置和所述觀測預測值計算新息，并更新所述容積卡爾曼濾波器的增益；

根據所述增益、新息以及所述預測位置計算得到所述當前估計位置。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據所述上一估計位置，利用狀態轉移方程計算得到至少一第一傳播容積點，包括：

利用下式計算得到所述第一傳播容積點：

其中，表示第一傳播容積點，K+1表示當前時刻，K為上一時刻，X_i,K+1|K為時間更新中的容積點，其中，i＝1,2,…m，m表示容積點數量，T為上一時刻與當前時刻之間的時間間隔，ω是均值為0的高斯白噪聲，G是噪聲驅動矩陣。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述高斯白噪聲ω滿足均值為0，方差為Q的正態分布；且，

其中，ξ分別是控制所述目標進行正弦運動過程中的振幅以及頻率。