[发明专利]读写场景中读写元素三维坐标的智能认定方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过二维图像识别空间物理点三维坐标的方法，特别涉及一种在读写场景中寻找读写元素的三维坐标的方法及其应用。

背景技术

随着科学技术的不断进步，各种智能产品应运而生，目前，在预防青少年近视方面涉及的防近视装置仍使用传统的机械或电子产品，如：佩戴在处于读书状态下的青少年头部或肩部的机械部件或以超声波或红外线作为测试媒介的电子部件。

机械部件，通过与青少年身体的直接接触来测量青少年读写姿势是否正确，其缺点是增加佩戴者的体力负担，长期使用易使佩戴者生厌，而且测量准确率较低。

电子部件，不论是将其对准人的头面部或者将其佩戴在青少年头部或耳部，其中的传感器位置在安装时都需要事先校准，其只能测量传感器到头部(或传感器到书本)的单点距离，并进行几何推算，估算出头部到书本的距离，不能精确测量人眼到书本的距离。由于基于单点测量，所以，测量精度会随头部在读写过程中的摇动而降低，若采用佩戴式的电子部件仍存在与机械部件相同的缺陷。

目前，无接触、纯智能的通过获取青少年读写场景图像来预防青少年近视的装置还未出现，其存在的瓶颈是如何使中央处理器正确、有效和精确识别该读写场景中包括读写人貌姿、读写的书本和/或依托该书本的桌面等读写元素的空间位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能应用于全智能化预防近视装置中的对青少年读写场景中读写元素三维坐标的智能认定方法及其应用，采用该方法的智能装置能够在读写场景中与青少年身体无任何接触的状态下，自动、准确判断青少年读写姿势的正确与否。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的读写场景中读写元素三维坐标的智能认定方法，采用至少一个与中央处理器连接的二维图像传感器，以不同位置或视角获取至少二幅该读写场景中包括读写人貌姿、读写的书本和/或依托该书本的桌面为读写元素在内的原始图像，所述中央处理器基于该图像传感器标定参数，采用立体匹配方法获得与至少一幅原始图像对应的深度图像并获知所述读写元素中任一目标读写元素的三维坐标。

所述目标读写元素的三维坐标按以下步骤获取：

1)通过设定空间原点及边界定义三维扫描体，该扫描体为在Z方向上具有设定厚度的矩形体；

2)在Z方向上，将扫描体等间隔划分为大小相同位置不同的子扫描体；

3)基于所述原始图像和深度图像，求取所有子扫描体的点云密度；

4)沿Z轴方向扫描所述子扫描体，当扫描到的某个子扫描体的点云密度达到目标读写元素的设定阈值时，则判定当前子扫描体的中心位置为该目标读写元素的空间位置。

所述空间原点为读写人面部轮廓中的嘴角标志点，所述目标读写元素为书本，在该空间原点以下0cm－80cm内，采用所述扫描体逐层扫描认定该书本的三维坐标。

采用haar特征和adaboost分类器模式的识别方法在原始图像中识别目标并基于深度图像获取所述空间原点的三维坐标。

所述图像传感器为一个黑白或彩色图像传感器，采用该图像传感器获取所述深度图像的步骤如下：

1)设定该图像传感器的几何位置或焦距，根据确定的标定物标定图像传感器的相机参数；

2)对包含所述目标读写元素所在的场景进行成像，获取第一幅原始图像并保存；

3)改变传感器的几何位置或焦距，对包含所述目标读写元素所在的场景再次进行成像，获取与第一幅原始图像成极几何约束关系的第二幅原始图像并保存；

4)采用局部、半全局或全局的立体匹配方法获取视差图并转换为所述的深度图像。

所述图像传感器为二个黑白或彩色图像传感器，采用该图像传感器获取所述深度图像的步骤如下：

1)将二个图像传感器以左右方位分布，根据确定的标定物标定图像传感器的相机参数；

2)使用二个图像传感器分别对包含目标读写元素所在的场景进行成像，获取左向图像和右向图像并保存，所述左向图像与右向图像成极几何约束关系；

3)采用局部、半全局或全局的立体匹配方法获取视差图并转换为深度图像。

所述获取视差图并转换为深度图像采用的是blockmatching的局部立体匹配方法。