[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

本申請公開一種基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤方法及相關裝置。方法包括：相機獲取目標在當前時刻的當前圖像；確定目標在像素坐標系下的第一位置；根據第一位置、像元尺寸、相機光軸的偏轉角度、相機的高度及焦距，確定目標在相機坐標系下的觀測位置；相機坐標系的原點為相機的光心，相機坐標系的Z軸沿相機的光軸設置，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，且圖像坐標系位于相機的焦平面；利用上一估計位置和觀測位置，對容積卡爾曼濾波器中的各參數進行更新，并得到目標在相機坐標系下的當前估計位置；上一估計位置為上一時刻對目標進行軌跡預測得到的估計位置。通過上述方式，本申請能夠提高目標跟蹤的準確度。

技術領域

本申請涉及目標跟蹤領域，特別是涉及基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤方法及相關裝置。

背景技術

利用傳感器來實現目標定位是傳感器的重要用途之一，同時也是為目標跟蹤提供傳感器在線量測信息的關鍵環節。目前基于不同傳感器類別，目標定位大致可以分為基于雷達、基于聲吶、基于紅外、基于可見光圖像等幾大類。目標定位在現實世界中有巨大的意義，在探測敵方目標的入侵，運動方向，以及探測事件發生地點方面起著重要作用，為后面的正確決策以及采取相應的措施提供了有力保證。用傳感器來進行目標定位，主要是運用搜集到的關于目標的一些已知信息，并對信息進行一定的處理來得到目標的位置。綜合成本、復雜度以及傳輸便捷性等因素考量，基于普通RGB圖像的目標定位應用范圍最為廣泛。

目標跟蹤的本質是通過單個或者多個傳感器對運動目標的特征實現連續估計，一般來說，可用于跟蹤估計的運動目標特征包括數量、位置、加速度以及速度等與運動過程有關的狀態量，除此之外，還包括目標形狀和大小等擴展形態。

綜上所述，對運動目標進行跟蹤估計就是利用傳感器的在線測量信息和目標先驗信息，通過目標跟蹤技術進行處理與轉換，對運動目標的特征進行融合估計的過程。目標跟蹤如今在導彈制導、城市交通、智能監控、虛擬現實、醫學診斷等領域發揮著重要價值。在用于目標跟蹤的技術方法中，濾波方法是最為重要的研究內容之一，在已知運動目標狀態方程以及觀測方程的情況下，可以利用濾波方法實現目標狀態連續估計，對于線性高斯系統，卡爾曼濾波器是實現跟蹤目的的最優方法，對于現實世界中絕大多數更為常見的非線性、非高斯運動系統，則需要借助非線性濾波算法進行估計，比如擴展卡爾曼濾波器以及容積卡爾曼濾波器。

目前關于運動目標跟蹤定位的設備以及運算方法愈加復雜，在提升定位跟蹤精度的同時不可避免大幅度提升了實現成本以及復雜度，開發基于普通光學相機的簡捷運動目標定位跟蹤策略便是更加貼近實際目標跟蹤需求的重要途徑。

發明內容

本申請主要提供一種基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤方法及相關裝置，解決了現有技術中基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤準確度低的問題。

為解決上述技術問題，本申請第一方面提供了一種基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤方法，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軸分別與所述圖像坐標系的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。

為解決上述技術問題，本申請第二方面提供了一種，目標跟蹤裝置，包括相互耦接的處理器和存儲器；所述存儲器中存儲有計算機程序，所述處理器用于執行所述計算機程序以實現如上述第一方面提供的基于二維圖像的三維空間運動目標跟蹤方法。