[发明专利]一种基于单目视觉的人体目标跟随方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的人体目标跟随方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，语音控制启动单目视觉机器人的跟随系统，开启机器人的跟随功能；

步骤二，检测正前方目标，使用人体识别算法检测机器人正前方的多个人体目标；

步骤三，选定待跟随目标，在获取的多个人体检测框中选择最符合要求的人体目标作为待跟随目标；

步骤四，设置跟踪器状态，使用主跟踪器和辅助跟踪器相结合的方式获取待跟随目标的跟踪信息；

步骤五，运动跟随控制，根据目标信息与跟随信息之间的关系设置相应的跟随策略；

步骤六，更新跟随目标信息，将当前时刻的跟踪信息作为后一时刻的目标信息，实现连续跟踪；

所述步骤二的具体方法如下：

(1)使用人体识别算法获取人体目标检测框

机器人发布语音并使用单目相机对正前方进行拍摄，对拍摄的每一帧进行检测，提取其中的每个人体的姿态信息构建矩形人体目标检测框，检测框的左上角坐标为(x,y)，检测框的宽和高分别为w和h；

(2)剔除错误的检测框

单目相机拍摄的图像的宽为W，高为H，依据检测框在拍摄的图片中的相对大小来剔除错误的检测框，初步筛选人体目标检测框；

所述步骤三的具体方法如下：

在众多矩形检测框中选择面积较大且中心坐标靠近图像中心坐标的目标检测框，对每个矩形检测框计算一个得分S：

其中，σ₂为自定义系数，

选定得分S最高的矩形检测框为待跟随目标；

检测待跟随目标是否在机器人的正前方，当时，发布语音提醒目标移动到中心位置，记录待跟踪目标的矩形框信息；

所述步骤五的具体方法如下：

(1)近距离检测

当跟踪框的高h_r与最开始人体检测算法检测出的矩形框的高度相差小于设定阙值时，设置机器人状态为与跟随目标较近，机器人不向前运动；

(2)正常跟踪

机器人的旋转运动的转速rw计算如下：

其中，W为图像的宽度，σ₁为自定义参数，rw_max为预设的最大旋转角速度；

机器人的线速度lv计算公式为：

其中，W为图像的宽度，σ₂为自定义参数，lv_max为预设的最大线速度；

当跟踪框的高度h_r与目标框的高度h小于微小移动阈值时，仅计算机器人的旋转角速度，并计算PID控制器参数；

当跟踪框的高度h_r与目标框的高度h大于微小移动阈值时，同时计算机器人的旋转角速度和位移线速度，并计算PID控制器参数；

(3)丢失找回

当跟踪框的左上顶点的横坐标x_r＜k₁或则判定当前状态为丢失，此时将机器人运动状态调整为纯旋转状态，并计算PID控制器参数，若大于方向控制阈值thr_p，则将角速度设置为逆时针旋转，若小于方向控制阈值如thr_n，则将角速度设置为顺时针旋转，此时机器人旋转找回跟随目标。

2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的人体目标跟随方法，其特征在于，只保留矩形框宽度w大于且小于的人体目标检测框。

3.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的人体目标跟随方法，其特征在于，所述步骤四的具体方法如下：

使用主跟踪器MEDIANFLOW与稳定防丢失的辅助跟踪器MOSSE相结合，实现人体跟踪功能；

(1)跟踪状态检测

在更新的图像帧中检测跟踪目标，当在更新的图像帧中找到跟踪目标，则设置跟踪状态为true，并绘制跟踪框；

(2)绘制跟踪框

在新一幅图像帧F上绘制跟踪框r，主跟踪器对应于主跟踪框r_m，辅助跟踪器对应于辅助跟踪框r_a；在更新的图像帧上只绘制一个跟踪框，当主跟踪器可用的情况下使用主跟踪框r_m，当主跟踪器不可用的情况下，使用辅助跟踪框r_a；

(3)检测错误跟踪信息，并重置跟踪器

将待跟踪目标的前一时刻信息与跟踪器计算出的当前信息相对比，判定跟踪状态；前一时刻的信息表现在图像上为目标框，当前时刻跟踪到的信息表现为跟踪框；目标框的左上顶点在图像中的坐标为(x,y)，且宽为w，高为h，目标框的中心点坐标为使用跟踪器绘制目标运动后的跟踪框的左上顶点在图像中的坐标为(x_r,y_r)，且宽为w_r，高为h_r，跟踪框的中心点坐标为

计算目标框中心点与跟踪框中心点之间的距离D：

当时，认为跟踪器跟踪出错，需重置跟踪器。