[发明专利]一种基于红外图像识别的三维空间定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像识别技术领域，特别涉及一种三维空间红外光点定位的技术。

背景技术

在现有技术方法中，三维空间定位技术主要有电磁方式和光学方式。电磁方式通过空间磁场采集物体运动的电参数变化分析运动特性，但是磁场容易受干扰，对环境的要求较高。光学方式三维空间定位技术通过光学及图像处理技术分析物体运动特性，可以捕捉定位物体的实时运动，但定位物体运动特征等的计算工作量较大。

利用两个摄像头实现物体的三维空间定位方法一般采用双目立体视觉技术，摄像头从不同的位置获取被检测物体的两幅图像，通过计算图像对应的位置偏差可以获取物体三维几何信息。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于提供一种基于红外摄像头定位实现的屏幕上红外光点坐标定位以及基于两个红外摄像头定位技术的三维空间红外光点定位的系统，在降低成本硬件的基础上，提高三维空间定位技术的环境适应性，减少计算量。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于红外图像识别的三维空间定位系统，用来识别目标物体(7)的三维空间位置，包括第一红外摄像头(1)、第二红外摄像头(2)、第三红外摄像头(3)、红外激光器(4)、投影屏幕(5)、计算机(6)，其中第三红外摄像头(3)的像平面面向投影屏幕(5)方向，第一红外摄像头(1)、第二红外摄像头(2)的像平面面对目标物体(7)方向，并且光轴严格垂直于投影屏幕(5)，红外激光器(4)安放在目标物体(7)的位置，红外激光器(4)指向投影屏幕(5)的位置，计算机(6)连接第一红外摄像头(1)、第二红外摄像头(2)、第三红外摄像头(3)。

具体的，红外激光器(4)发射的激光在投影屏幕(5)上产生一个红外光斑，第三红外摄像头(3)捕捉到该红外光斑在投影屏幕(5)上的位置；第一红外摄像头(1)和第二红外摄像头(2)捕捉目标物体(7)的成像位置，根据图像定位、屏幕上定位点坐标计算、空间定位点坐标计算得到目标物体(7)的三维空间坐标。

所述图像定位包括从第一红外摄像头(1)、第二红外摄像头(2)拍摄的图像中识别出目标物体(7)在图像中的位置，从第三红外摄像头(3)拍摄的图像中识别出红外光斑在图像中的位置。

所述屏幕上定位点坐标计算是指根据第三红外摄像头(3)拍摄的图像计算红外光斑的空间位置，过程如下所述：以第三红外摄像头(3)拍摄的图像的左下角为中心，图像下侧边为x轴、屏幕左侧边为y轴建立二维坐标系x₀y₀，根据图像像素确定投影屏幕(5)的四个角的点坐标，分别为E(x_e，y_e)、F(x_f，y_f)、G(x_g，y_g)、G(x_h，y_h)，红外光斑坐标为B1(x₁，y₁)；

以投影屏幕(5)左下角为中心，投影屏幕(5)下侧边为x轴，投影屏幕(5)左侧边为y轴，垂直于投影屏幕(5)的方向为z轴建立三维空间坐标系xyz，在三维空间坐标系xyz，投影屏幕(5)的长为s，宽为h，投影屏幕(5)的四个角的点坐标分别是E(0，h，0)、F(s，h，0)、G(s，0，0)、H(0，0，0)；

根据投影变换原理及摄像头成像原理，二维坐标系x₀y₀和三维空间坐标系xyz为透视投影变换，则存在八个常数m₀、m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、m₆、m₇，使三维空间坐标系xyz投影屏幕上一点与第三红外摄像头(3)图像上的对应点存在如下关系式。