[发明专利]用于跟踪前方陪护人员目标的智能轮椅控制方法

权利要求书

1.一种用于跟踪前方陪护人员目标的智能轮椅控制方法，其特征在于，将摄像头获取的彩色图像实时传输给上位机，上位机在检测到开始轮椅跟踪的陪护人员手势图像后，对彩色图像中陪护人员所在的矩形框位置进行跟踪，依据矩形框的位置变化，控制智能轮椅移动，直至上位机检测到结束轮椅跟踪的陪护人员手势图像，具体包括以下步骤：

(1)按帧依次传输实时彩色图像：

将安置在智能轮椅前方水平支架正中央的摄像头所获取的轮椅正前方的彩色图像的每一帧，传输给设置于智能轮椅上的上位机；

(2)依次读取上位机接收的彩色图像中的连续10帧图像；

(3)判断10帧图像中的每一帧彩色图像中是否均包含陪护人员图像，若是，则执行步骤(4)；否则，执行步骤(2)；

(4)判断10帧图像中是否包含开始轮椅跟踪的陪护人员手势图像，若是，则执行步骤(5)；否则，执行步骤(2)；

(5)手动框出前方陪护人员：

上位机选取包含前方陪护人员的一帧图像，作为当前帧图像，框出陪护人员在当前帧图像中所在的矩形框，记录矩形框的左上角顶点的横、纵坐标；

(6)计算当前帧矩形框内彩色图像的特征向量：

利用方向梯度直方图方法，将当前帧矩形框内彩色图像划分成n个单元格，得到当前帧矩形框内彩色图像的9×n维的特征向量；

(7)计算下一帧彩色图像中矩形框的左上角顶点的横、纵坐标值：

(8)控制智能轮椅移动：

(8a)以当前帧彩色图像中矩形框的左上角顶点为参考坐标点，根据下一帧彩色图像中矩形框的左上角顶点的横、纵坐标值与参考坐标点的横、纵坐标值分别作差后的结果，得到陪护人员的行走方向信息；

(8b)上位机将陪护人员的行走方向信息传输到电机控制系统；

(8c)电机控制系统依据陪护人员的行走方向信息，控制智能轮椅移动；

(9)判断从当前帧后连续的10帧图像中是否包含结束轮椅跟踪的陪护人员手势图像，若是，则执行步骤(10)；否则，将下一帧作为当前帧后执行步骤(6)；

(10)结束前方陪护人员对智能轮椅的控制。

2.根据权利要求1所述的用于跟踪前方陪护人员目标的智能轮椅控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述的开始轮椅跟踪的陪护人员手势图像是指：在连续10帧彩色图像中，将陪护人员左手抬到的最高位置与降到的最低位置的高度落差达到20厘米时的手势图像，作为开始轮椅跟踪的陪护人员手势图像。

3.根据权利要求1所述的用于跟踪前方陪护人员目标的智能轮椅控制方法，其特征在于，步骤(6)中所述方向梯度直方图方法的具体步骤如下：

第一步，按照下式，将当前帧矩形框内包含陪护人员的彩色图像转化为灰度图像：

I(x,y)′＝I(x,y)^1/2

其中，I(x,y)′表示当前帧矩形框内包含陪护人员的灰度图像在坐标(x,y)处像素的灰度值，I(x,y)表示当前帧矩形框内包含陪护人员的彩色图像在坐标(x,y)处像素的灰度值；

第二步，按照下式，计算当前帧矩形框内包含陪护人员的灰度图像中每个像素位置的梯度值：

其中，M_x(x,y),M_y(x,y),H(x,y)分别表示当前帧矩形框内包含陪护人员的灰度图像中像素点(x,y)处的水平方向梯度值、垂直方向梯度值和灰度值；

第三步，按照下式，计算当前帧矩形框内包含陪护人员的灰度图像中每个像素的梯度方向角度：

其中，α(x,y)表示当前帧矩形框内包含陪护人员的灰度图像中每个像素的梯度方向角度，tan(·)表示正切操作，M_x(x,y),M_y(x,y)表示当前帧矩形框内包含陪护人员的灰度图像中像素点(x,y)处的水平方向梯度值、垂直方向梯度值；

第四步，将灰度图像划分为大小为6*6像素的单元格，统计每个单元格内所有像素点的梯度方向角度的分布情况，将360度均分为9个部分，统计每个部分中所包含的梯度方向角度个数，得到每个单元格的一个9维特征向量；

第五步，将当前帧矩形框内灰度图像内的所有单元格的特征向量串联起来，得到当前帧矩形框内图像的多维特征向量。