[发明专利]一种头部运动跟踪方法和系统

权利要求书

1.一种头部运动跟踪方法，包括：

采集头部运动的实测角速度和加速度信息；

检测脸部信息，并根据脸部信息获得头部实测姿态和位置信息；其特征在于，还包括：

将头部的实测角速度和加速度信息与实测姿态和位置信息进行融合，以获得优化的头部姿态和位置信息。

2.根据权利要求1所述的头部运动跟踪方法，其特征在于，通过构建扩展卡尔曼滤波融合框架，将头部的实测角速度和加速度信息与实测姿态和位置信息进行融合，以获得优化的头部姿态和位置信息，该步骤包括：

步骤S120：根据实测角速度和加速度信息对实测姿态信息和位置信息进行状态更新，以获得头部姿态信息和位置信息的预测数据；

步骤S121：计算头部姿态信息和位置信息的预测数据的不准确程度；

步骤S122：根据所述不准确程度计算卡尔曼增益；

步骤S123：根据所述卡尔曼增益估计头部姿态信息和位置信息的最优值。

3.根据权利要求2所述的头部运动跟踪方法，其特征在于，所述通过构建扩展卡尔曼滤波融合框架，将头部的实测角速度和加速度信息与实测姿态和位置信息进行融合，以获得优化的头部姿态和位置信息在所述步骤S123之后还包括：

步骤S124：根据所述卡尔曼增益计算最优值的不准确程度。

4.根据权利要求3所述的头部运动跟踪方法，其特征在于，所述步骤S120包括：

构建以头部实测姿态信息和位置信息为状态量的状态更新方程；

通过头部运动实测加速度信息对头部实测位置信息进行更新，以获得头部位置信息的预测数据；

通过头部运动实测角速度信息对头部实测姿态信息进行更新，以获得头部姿态信息的预测数据。

5.根据权利要求4所述的头部运动跟踪方法，其特征在于，所述通过头部运动实测加速度信息对头部实测位置信息进行更新，以获得头部位置信息的预测数据包括：

通过头部运动实测加速度信息对头部运动速度信息进行更新，更新公式为：

通过头部运动速度信息对头部实测位置信息进行更新，更新公式为：

其中，为当前时刻T头部运动速度；为上一时刻T-1头部运动速度；为当前时刻T头部运动实测加速度；ΔT为当前时刻T与上一时刻T-1之间的时间间隔；为当前时刻T的头部位置预测值；为上一时刻T-1的头部位置实测值。

6.根据权利要求5所述的头部运动跟踪方法，其特征在于，通过头部运动实测角速度信息对头部实测姿态信息进行更新的公式为：

其中，为当前时刻T的头部姿态预测值；为上一时刻T-1的头部姿态实测值；w_x、w_y、w_z分别为当前时刻T头部运动实测角速度沿空间坐标系中x轴、y轴、z轴方向的角速度向量；ΔT为当前时刻T与上一时刻T-1之间的时间间隔。

7.根据权利要求6所述的头部运动跟踪方法，其特征在于，头部姿态信息和位置信息的预测数据的不准确程度的计算公式为：

其中，为当前时刻T头部姿态信息和位置信息的预测数据的不准确程度；为上一时刻T-1头部姿态信息和位置信息的最优值的不准确程度；A为当前时刻头部姿态信息和位置信息的预测数据，且该预测数据为合并矩阵；A^T为矩阵A的转置；C为扩展卡尔曼滤波融合系统本身的噪声。

8.根据权利要求7所述的头部运动跟踪方法，其特征在于，根据所述不准确程度计算卡尔曼增益的计算公式为：

其中，Kg为卡尔曼增益；H为对头部实测姿态信息和位置信息的变化过程函数求雅各比矩阵得到的状态转移矩阵；H^T为H矩阵的转置；D为扩展卡尔曼滤波融合系统的测量噪声矩阵。