一種基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)，用來(lái)識(shí)別目標(biāo)物體的三維空間位置，包括第一、第二、第三紅外攝像頭、紅外激光器、投影屏幕、計(jì)算機(jī)，其中第三紅外攝像頭的像平面面向投影屏幕方向，第一、第二紅外攝像頭的像平面面對(duì)目標(biāo)物體方向，并且光軸嚴(yán)格垂直于投影屏幕，紅外激光器安放在目標(biāo)物體的位置，紅外激光器指向投影屏幕的位置，計(jì)算機(jī)連接第一、第二、第三紅外攝像頭。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：根據(jù)紅外激光器標(biāo)識(shí)目標(biāo)物體，通過(guò)紅外攝像頭接收進(jìn)行定位，設(shè)計(jì)一套基于三個(gè)紅外攝像頭定位技術(shù)的三維空間定位系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化、操作以及實(shí)時(shí)交互的環(huán)境，提供了逼真的三維視覺(jué)感受，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)捕捉。
【專利說(shuō)明】一種基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種三維空間紅外光點(diǎn)定位的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)方法中，三維空間定位技術(shù)主要有電磁方式和光學(xué)方式。電磁方式通過(guò)空間磁場(chǎng)采集物體運(yùn)動(dòng)的電參數(shù)變化分析運(yùn)動(dòng)特性，但是磁場(chǎng)容易受干擾，對(duì)環(huán)境的要求較高。光學(xué)方式三維空間定位技術(shù)通過(guò)光學(xué)及圖像處理技術(shù)分析物體運(yùn)動(dòng)特性，可以捕捉定位物體的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，但定位物體運(yùn)動(dòng)特征等的計(jì)算工作量較大。
[0003]利用兩個(gè)攝像頭實(shí)現(xiàn)物體的三維空間定位方法一般采用雙目立體視覺(jué)技術(shù)，攝像頭從不同的位置獲取被檢測(cè)物體的兩幅圖像，通過(guò)計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)的位置偏差可以獲取物體二維幾何信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種基于紅外攝像頭定位實(shí)現(xiàn)的屏幕上紅外光點(diǎn)坐標(biāo)定位以及基于兩個(gè)紅外攝像頭定位技術(shù)的三維空間紅外光點(diǎn)定位的系統(tǒng)，在降低成本硬件的基礎(chǔ)上，提高三維空間定位技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性，減少計(jì)算量。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)，用來(lái)識(shí)別目標(biāo)物體(7)的三維空間位置，包括第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)、第三紅外攝像頭(3)、紅外激光器(4)、投影屏幕(5)、計(jì)算機(jī)(6)，其中第三紅外攝像頭(3)的像平面面向投影屏幕(5)方向，第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)的像平面面對(duì)目標(biāo)物體(7)方向，并且光軸嚴(yán)格垂直于投影屏幕(5)，紅外激光器(4)安放在目標(biāo)物體(7)的位置，紅外 激光器⑷指向投影屏幕(5)的位置，計(jì)算機(jī)(6)連接第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)、第三紅外攝像頭(3)。
[0006]具體的，紅外激光器(4)發(fā)射的激光在投影屏幕(5)上產(chǎn)生一個(gè)紅外光斑，第三紅外攝像頭(3)捕捉到該紅外光斑在投影屏幕(5)上的位置；第一紅外攝像頭(I)和第二紅外攝像頭⑵捕捉目標(biāo)物體(7)的成像位置，根據(jù)圖像定位、屏幕上定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算、空間定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到目標(biāo)物體(7)的三維空間坐標(biāo)。
[0007]所述圖像定位包括從第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)拍攝的圖像中識(shí)別出目標(biāo)物體(7)在圖像中的位置，從第三紅外攝像頭(3)拍攝的圖像中識(shí)別出紅外光斑在圖像中的位置。
[0008]所述屏幕上定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算是指根據(jù)第三紅外攝像頭(3)拍攝的圖像計(jì)算紅外光斑的空間位置，過(guò)程如下所述:以第三紅外攝像頭(3)拍攝的圖像的左下角為中心，圖像下側(cè)邊為X軸、屏幕左側(cè)邊為y軸建立二維坐標(biāo)系X(ly。，根據(jù)圖像像素確定投影屏幕(5)的四個(gè)角的點(diǎn)坐標(biāo)，分別為E (xe, ye)、F(xf, yf)、G(xg, yg)、G(xh, yh),紅外光斑坐標(biāo)為BI (X1,
Υι);
[0009]以投影屏幕(5)左下角為中心，投影屏幕(5)下側(cè)邊為X軸，投影屏幕(5)左側(cè)邊為I軸，垂直于投影屏幕(5)的方向?yàn)閆軸建立三維空間坐標(biāo)系xyz，在三維空間坐標(biāo)系xyz，投影屏幕(5)的長(zhǎng)為S，寬為h，投影屏幕(5)的四個(gè)角的點(diǎn)坐標(biāo)分別是E(0，h，0)、F(S，h，0)、G(s，0，0)、H(0，0，0)；
[0010]根據(jù)投影變換原理及攝像頭成像原理，二維坐標(biāo)系Xtiytl和三維空間坐標(biāo)系xyz為透視投影變換，則存在八個(gè)常數(shù)mg、m2、m3、m4、m5、m6、m7,使三維空間坐標(biāo)系xyz投影屏幕上一點(diǎn)與第三紅外攝像頭(3)圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)存在如下關(guān)系式。
【權(quán)利要求】
1.一種基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)，用來(lái)識(shí)別目標(biāo)物體(7)的三維空間位置，其特征在于:包括第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)、第三紅外攝像頭(3)、紅外激光器(4)、投影屏幕(5)、計(jì)算機(jī)(6)，其中第三紅外攝像頭(3)的像平面面向投影屏幕(5)方向，第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)的像平面面對(duì)目標(biāo)物體(7)方向，并且光軸嚴(yán)格垂直于投影屏幕(5)，紅外激光器(4)安放在目標(biāo)物體(7)的位置，紅外激光器(4)指向投影屏幕(5)的位置，計(jì)算機(jī)(6)連接第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)、第三紅外攝像頭(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)，其特征在于:紅外激光器(4)發(fā)射的激光在投影屏幕(5)上產(chǎn)生一個(gè)紅外光斑，第三紅外攝像頭(3)捕捉到該紅外光斑在投影屏幕(5)上的位置；第一紅外攝像頭(I)和第二紅外攝像頭(2)捕捉目標(biāo)物體(7)的成像位置，根據(jù)圖像定位、屏幕上定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算、空間定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算得到目標(biāo)物體(7)的三維空間坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像定位包括從第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)拍攝的圖像中識(shí)別出目標(biāo)物體 (7)在圖像中的位置，從第三紅外攝像頭(3)拍攝的圖像中識(shí)別出紅外光斑在圖像中的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)，其特征在于:所述屏幕上定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算是指根據(jù)第三紅外攝像頭(3)拍攝的圖像計(jì)算紅外光斑的空間位置，過(guò)程如下所述:以第三紅外攝像頭(3)拍攝的圖像的左下角為中心，圖像下側(cè)邊為χ軸、屏幕左側(cè)邊為y軸建立二維坐標(biāo)系Xtiytl,根據(jù)圖像像素確定投影屏幕(5)的四個(gè)角的點(diǎn)坐標(biāo)，分別為 E (xe, ye) > F (xf, yf)、G(xg, yg)、G(xh, yh),紅外光斑坐標(biāo)為 BI (X1, Y1)； 以投影屏幕(5)左下角為中心，投影屏幕(5)下側(cè)邊為χ軸，投影屏幕(5)左側(cè)邊為y軸，垂直于投影屏幕(5)的方向?yàn)閦軸建立三維空間坐標(biāo)系xyz，在三維空間坐標(biāo)系xyz，投影屏幕(5)的長(zhǎng)為S，寬為h，投影屏幕(5)的四個(gè)角的點(diǎn)坐標(biāo)分別是E(0，h，0)、F(s，h，0)、G(s，0，0)、H(0，0，0)； 根據(jù)投影變換原理及攝像頭成像原理，二維坐標(biāo)系x0y0和三維空間坐標(biāo)系xyz為透視投影變換，則存在八個(gè)常數(shù)nvmpmynvmpnvmpnv,使三維空間坐標(biāo)系xyz投影屏幕上一點(diǎn)與第三紅外攝像頭(3)圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)存在如下關(guān)系式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于紅外圖像識(shí)別的三維空間定位系統(tǒng)，其特征在于:所述空間定位點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算是指根據(jù)第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)拍攝的圖像計(jì)算目標(biāo)物體(7)的空間位置，具體過(guò)程如下所述。在三維空間坐標(biāo)系中，第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)的坐標(biāo)分別為Cl UCi，yCi，zCl ),02(?, Fe2, Zc:)已知，設(shè)目標(biāo)物體⑵的位置坐標(biāo)為A(xs，ys，zs)，以目標(biāo)物體(7)所在位置建立平行于投影屏幕(5)的虛擬平面，虛擬平面方程式為z=d，d為常數(shù)，在平面上標(biāo)定不在一條直線上的任意四個(gè)點(diǎn)，以虛擬平面為xy平面建立三維空間坐標(biāo)系，第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭(2)在攝像圖像上分別建立二維坐標(biāo)系，以第一紅外攝像頭(I)、第二紅外攝像頭⑵以及目標(biāo)物體(7)的位置關(guān)系可知，在z=d的虛擬平面上，根據(jù)第一紅外攝像頭(I)拍攝圖像計(jì)算得到A處的空間位置為Al (X,，fmt, d)，根據(jù)第二紅外攝像頭⑵拍攝圖像計(jì)算得到A處的空間位置為A2 (s.,, y6:，d)，Al與A2不重合，利用第一紅外攝像頭(1)、A1的三維空間坐標(biāo)得出第一紅外攝像頭(I)與Al點(diǎn)的直線空間表達(dá)式③，利用紅外攝像頭(2)、A2三維空間坐標(biāo)得出紅外攝像頭(2)與八2點(diǎn)的直線空間表達(dá)式④，然后通過(guò)超定線性方程組的最小二乘解求解公式③和公式④的公共解，即為所要的目標(biāo)物體(7)的坐標(biāo):
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK103593658SQ201310602763
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】潘李偉, 顧立春, 郭鑫, 查文舒, 黎川, 王靜 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所