[发明专利]一种基于多深度相机的空间人员定位装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于多深度相机的空间人员定位装置及方法，利用多个3D智能深度相机协同工作来获取空间中场景的3D深度影像，再经过畸变校正与3D深度影像增强后提取人体目标；然后根据所获得的人体目标区域提取人头肩区域方向深度直方图特征和头部区域空间密度特征；结合人头部2D影像和3D深度影像采用头部凸面方形相似度特征来判断定位目标是否为人；再对头顶部中心点直接进行三维重投影变换计算出该定位点在实际空间下的坐标和人员身高；最后对多个深度相机的定位数据进行加权融合并确定最终的空间人员定位信息，该发明具有实时性强、易扩展、数据准确、不需辅助定位设施的有点，在区域监控、VR定位、人机交互方面具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及空间人员定位技术领域，具体为一种基于多深度相机的空间人员定位装置及方法。

背景技术

空间人员定位是指在真实环境中实现人体位置定位。已有的空间人员的定位可以分为两类：基于视觉的定位和基于非视觉的定位。基于非视觉的定位方法大多采用无线通讯、基站定位、惯性传感器，红外激光等，定位精度高，但通常涉及复杂的设备或系统，且通常需要在人身上安装信号收发装置。而基于视觉的定位方法多使用单目或者双目相机来获取场景信息。其中，单目视觉仅能获取空间中的二维影像，在目标的精确定位上存在较大难度，且影像质量受外界环境影响较大；而双目立体视觉能够通过相应的算法实现深度信息的提取，但需要结合双相机进行特征信息的联合匹配，算法相对复杂，稳定性较差，难以确保复杂场景应用的实时性。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于多深度相机的空间人员定位装置及方法，能够实时获取目标人员的位置和姿态信息，不仅成本低，装置简单，测量范围大，而且具有较好的系统稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于多深度相机的空间人员定位装置，该定位装置的深度影像获取和处理由5个深度相机组成，即分别为中间深度相机、前方深度相机、左侧深度相机、后方深度相机以及右侧深度相机；其中所述中间深度相机安装在上方垂直向下拍摄，另外四个深度相机分别安装在该中间深度相机的四周，且均与水平方向有一固定的夹角θ，各个深度相机的参数相同，该参数包括测量精度、距离分辨率、影像分辨率、水平视场角、垂直视场角和相机焦距。

本发明还提供了一种基于多深度相机的空间人员定位方法，该方法使用如权利要求1中所述的基于多深度相机的空间人员定位装置，该方法具体包括的步骤如下：

步骤2.1：分别获取所述5个深度相机在同一时刻采集的灰度影像和深度影像；

步骤2.2：对每个深度相机采集的灰度影像进行畸变校正，通过MATLAB软件计算相机的畸变系数和内参数；

步骤2.3：对每个深度相机进行温度补偿校正，最终计算获得准确的3D深度影像数据；

步骤2.4：对每个深度相机采集的深度影像进行三维滤波增强，消除深度影像中的噪点，提高拍摄的应用场景的深度影像质量；

步骤2.5：对每个深度相机采集的深度影像进行动态阈值分割，获取人体目标区域，即腰部以上的头肩区域；

步骤2.6：根据所获得的人体目标区域提取头肩区域垂直方向深度直方图(Histograms of Oriented Depth，HOD)特征，和头部区域空间密度(Spatial Density ofHead，SDH)特征D_head为：

其中，V_Rec为人头部所在的三维空间体积；V_Head为头部的体积，可近似为球体体积，表示为：

其中，T_i(x,y)为深度影像数据二值化后的结果，为有效的目标点，hz为深度影像中头部区域；