CN109974667A - 一种室内人体定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内人体定位方法，其特征在于：所述定位方法所利用的装置包括在室内相对的第一端和第二端设置的第一摄像头、第二摄像头，在室内相对的第三端和第四端设置的第三摄像头、第四摄像头，以及与各摄像头连接的后台服务器，所述第一摄像头和第二摄像头的连线构成第一方向，所述第三摄像头和第四摄像头的连线构成第二方向，所述第一方向和第二方向互相垂直；所述定位方法包括如下步骤：1)后台服务器启动；2)更新背景图像；3)获取一帧图像；4)判断人体是否存在；5)在第一方向X上定位人体，得到X₁和X₂；6)在第二方向Y上定位人体，得到X₃和X₄；7)根据X₁、X₂、X₃和X₄得到人体在室内的位置；此后回到步骤3)。

Description

一种室内人体定位方法

技术领域

本发明涉及人体定位方法，尤其是一种室内人体定位方法。

背景技术

物联网的不断发展使得对室内人体定位技术的需求愈发强烈。人体检测与定位是智能监控、高级人机接口、人体运动分析、人体行为理解等领域涉及的共性关键技术和广受关注的研究热点，在灾害救助、安防以及医疗监护等方面有广泛的应用价值。

目前主要是通过各种传感器例如主动或者被动式红外传感器进行定位，如申请号为201510247011.4的中国专利公开的一种基于红外人体传感器阵列的室内人员定位系统及方法，该系统包括若干探测节点、一个基站节点和上位机，探测节点部署在室内不同位置，包括红外人体传感器阵列，用于对室内人员进行红外检测，当检测到室内人员时发送信号给基站节点，基站节点通过串口连接线与上位机相连，每个红外人体传感器阵列包括4个红外人体传感器，每个红外人体传感器负责探测90度的范围，从而实现360度的全方位探测。然而仅仅依靠红外传感器，很难判别多个人体的具体位置，通常需要额外的机械运动结构来配合。

还有一种定位方式是通过接收常见的如WIFI、RSSI等信号，如申请号为201310246117.3的中国专利公开的一种利用WIFI反射信号实现室内移动人员定位的方法，使用WIFI发射源和被动双基地雷达，其中WIFI发射源作为被动双基地雷达的非合作照射源，通过对WIFI发射源发射的直达WIFI信号和移动人员人体反射的反射WIFI信号进行对比计算，得到反射WIFI信号的多普勒频移，从而计算出移动人员相对于该被动双基地雷达的移动速度、方向和距离实现相对定位，并且被动双基地雷达通过其包含的导航定位模块和罗经获得其自身的卫星定位信息从而通过坐标转换得到被测移动人员的卫星定位信息。然而，这种方式需要被检测对象佩戴额外的接收设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种定位方便而精准的基于机器视觉的室内人体定位方法，无需额外佩戴额外的接收设备或复杂的机械运动结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种室内人体定位方法，其特征在于：所述定位方法所利用的装置包括在室内相对的第一端和第二端设置的第一摄像头、第二摄像头，在室内相对的第三端和第四端设置的第三摄像头、第四摄像头，以及与各摄像头连接的后台服务器，所述第一摄像头和第二摄像头的连线构成第一方向，所述第三摄像头和第四摄像头的连线构成第二方向，所述第一方向和第二方向互相垂直；所述定位方法包括如下步骤：

1)后台服务器启动；

2)更新背景图像：后台服务器启动后，更新每个摄像头最新的背景图像；

3)获取一帧图像：后台服务器获取每个摄像头同一时间拍摄的一帧实时图像，进行去除背景化处理，得到四幅去背景化图像；

4)判断人体是否存在：如果所得到的去背景化图像中有人体阴影存在，则判断为有人体存在；如果所得到的去背景化图像中人体阴影不存在，则后台服务器提示是否继续，如果选择否，则结束，如果选择是，则回到步骤3)；

5)在第一方向X上定位人体：X₁：X₂＝f(S₁：S₂)，其中X₁为人体到第一摄像头的垂直距离，X₂为人体到第二摄像头的垂直距离，S₁为第一摄像头得到的去背景化图像上的人体阴影面积，S₂为第二摄像头得到的去背景化图像上的人体阴影面积，f(S₁：S₂)用二次函数a(S₁：S₂)^2+b(S₁：S₂)+c表示，其中a、b、c为常数；而由于(X₁+X₂)是已知量且是固定的，由此得到X₁和X₂；

6)在第二方向Y上定位人体：X₃：X₄＝f(S₃：S₄)，其中X₃为人体到第三摄像头的垂直距离，X₄为人体到第四摄像头的垂直距离，S₃为第三摄像头得到的去背景化图像上的人体阴影面积，S4为第四摄像头得到的去背景化图像上的人体阴影面积，f(S₃：S₄)用二次函数a’(S₃：S₄)^2+b’(S₃：S₄)+c’表示，a’、b’、c’为常数；而由于(X₃+X₄)是已知量且是固定的，由此得到X₃和X₄；

7)根据X₁、X₂、X₃和X₄得到人体在室内的位置；此后回到步骤3)。

优选的，为得到准确及时更新的背景图像，避免定位错误，在步骤2)中，每个摄像头每隔一定时间拍摄一次背景图像，背景图像拍摄方法为，每隔1秒摄制图像，如果连续1分钟内图像均没有变化，则定义为背景图像。

优选的，在步骤3)中，去背景化处理时，将当前其中一个摄像头拍摄到的图像与对应的背景图像相比，去掉背景图像中存在的存在，保留不同的部分，得到一副去背景化图像。

与现有技术相比，本发明的优点在于：利用摄像头拍摄的图像来定位人体，基于机器视觉，从而无需佩戴额外的接收设备或复杂的机械运动结构，测量精准而方便。

附图说明

图1为本发明实施例的定位方法所采用的装置的示意图；

图2为本发明实施例的定位方法所采用的装置去背景化后只保留人体阴影的示意图；

图3为本发明实施例的定位方法获取的左右方向距离关系示意图；

图4为本发明实施例的定位方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图1和图2，一种室内人体定位方法，所利用的装置包括四个摄像头，其中两个相对设置的第一摄像头1和第二摄像头2，和两个相对设置的第三摄像头3和第四摄像头4，第一摄像头1和第二摄像头2的连线构成第一方向X，第三摄像头3和第四摄像头4的连线构成第二方向Y，第一方向X和第二方向Y可以为任意的互相垂直的两个方向。在本实施例中，第一摄像头1和第二摄像头2为在室内左、右设置，第三摄像头3和第四摄像头4为在室内前、后设置。可替代的，第一摄像头1和第二摄像头2为在室内前、后设置，第三摄像头3和第四摄像头4为在室内左、右设置。只要使得第一摄像头1和第二摄像头2在室内相对的第一端和第二端设置，第三摄像头3和第四摄像头4在室内相对的第三端和第四端设置。

每个摄像头均以每秒10帧的速度向后台服务器传递图像信息，后台服务器通过4幅图像的阴影重叠定位人体的具体位置。

具体地，参见图4，本实施例的室内人体定位方法包括如下步骤：

1)后台服务器启动；

2)更新背景图像：每个摄像头每隔一定时间，如24小时，拍摄一次背景图像，背景图像拍摄方法可以为，每隔1秒摄制图像，如果连续1分钟内图像均没有变化，则定义为背景图像；后台服务器启动后，更新每个摄像头最新的背景图像；

3)获取一帧图像：后台服务器获取每个摄像头同一时间拍摄的一帧实时图像，进行去除背景化处理，得到去背景化图像；去背景化处理是指：将当前其中一个摄像头拍摄到的图像与其对应的背景图像相比，去掉背景图像中存在的存在，保留不同的部分，得到一副全新的去背景化图像；对每个摄像头进行相同的去背景化处理，得到四幅去背景化图像；

4)判断人体是否存在：如果所得到的去背景化图像中有人体阴影存在，则判断为有人体存在；图2中示出的即为设置在前端的第三摄像头3的去背景化图像，显示有人体阴影存在；这是由于去掉背景后背景图像变空，而人体阴影由于背景图像不存在，即留了下来，这种方式单人、多人都能进行判断；其余三个摄像头拍摄到的实时图像进行同样的处理，获得前、后、左、右四幅图像；如果所得到的去背景化图像中人体阴影不存在，则后台服务器提示是否继续，如果选择否，则结束，如果选择是，则回到步骤3)；

5)在第一方向X上定位人体：由于人体相对左、右设置的第一方向X上的第一摄像头1和第二摄像头2的距离不一致，因此从左端的第一摄像头1得到的去背景化图像上的人体阴影和从右端的第二摄像头2得到的去背景化图像上的人体阴影大小也不一致，这两个阴影面积大小和人体与相应摄像头之间的距离(垂直方向距离)是相互关联的：

可以从人体阴影的面积大小关系计算人体在第一方向X上分别与第一摄像头1、第二摄像头2的距离关系，得到阴影面积和距离的函数关系式X₁：X₂＝f(S₁：S₂)，其中X₁为人体到第一摄像头1(室内第一端)的垂直距离，X₂为人体到第二摄像头2(室内第二端)的垂直距离，S₁为左端的第一摄像头1得到的去背景化图像上的人体阴影面积，S₂为右端的第二摄像头2得到的去背景化图像上的人体阴影面积，而由于室内是固定的宽度，因此(X₁+X₂)是已知量且是固定的，可以通过预先测量得到。因此可以判断人体在该方向的位置信息，其中f(S₁：S₂)可用二次函数表示a(S₁：S₂)^2+b(S₁：S₂)+c，a、b、c参数根据房间大小进行校准(具体的方式为，预先在几个位置点模拟人体，通过软件模拟而得到二次函数，预先测定的位置点越多，二次函数的这三个参数越准)，由此可得到X₁和X₂，参见图3；

6)在第二方向Y上定位人体：定位方法与步骤5)相同，由于人体相对前、后设置的第二方向Y上的第三摄像头3和第四摄像头4的距离不一致，因此从前端的第三摄像头3得到的去背景化图像上的人体阴影和从后端的第四摄像头4得到的去背景化图像上的人体阴影大小也不一致，这两个阴影面积大小和人体与相应摄像头之间的距离(垂直方向距离)是相互关联的：

可以从人体阴影的面积大小关系计算人体在第二方向Y上分别与第三摄像头3、第四摄像头4的距离关系，得到阴影面积和距离的函数关系式X₃：X₄＝f(S₃：S₄)，其中X₃为人体到第三摄像头3(室内第三端)的垂直距离，X₄为人体到第四摄像头4(室内第四端)的垂直距离，S₃为前端的第三摄像头3得到的去背景化图像上的人体阴影面积，S₄为后端的第四摄像头4得到的去背景化图像上的人体阴影面积，而由于室内是固定的宽度，因此(X₃+X₄)是已知量且是固定的，可以通过预先测量得到。因此可以判断人体在该方向的位置信息，其中f(S₃：S₄)可用二次函数表示a’(S₃：S₄)^2+b’(S₃：S₄)+c’，a’、b’、c’参数根据房间大小进行校准(具体的方式为，预先在几个位置点模拟人体，通过软件模拟而得到二次函数，预先测定的位置点越多，二次函数的这三个参数越准)，由此可得到X₃和X₄；

7)根据X₁、X₂、X₃和X₄得到人体在室内的位置(前、后、左、右的位置确定，则人体在室内的位置确定)，此后回到步骤3)。

Claims (3)

1.一种室内人体定位方法，其特征在于：所述定位方法所利用的装置包括在室内相对的第一端和第二端设置的第一摄像头(1)、第二摄像头(2)，在室内相对的第三端和第四端设置的第三摄像头(3)、第四摄像头(4)，以及与各摄像头连接的后台服务器，所述第一摄像头(1)和第二摄像头(2)的连线构成第一方向(X)，所述第三摄像头(3)和第四摄像头(4)的连线构成第二方向(Y)，所述第一方向(X)和第二方向(Y)互相垂直；所述定位方法包括如下步骤：

1)后台服务器启动；

2)更新背景图像：后台服务器启动后，更新每个摄像头最新的背景图像；

3)获取一帧图像：后台服务器获取每个摄像头同一时间拍摄的一帧实时图像，进行去除背景化处理，得到四幅去背景化图像；

4)判断人体是否存在：如果所得到的去背景化图像中有人体阴影存在，则判断为有人体存在；如果所得到的去背景化图像中人体阴影不存在，则后台服务器提示是否继续，如果选择否，则结束，如果选择是，则回到步骤3)；

5)在第一方向(X)上定位人体：X₁：X₂＝f(S₁：S₂)，其中X₁为人体到第一摄像头(1)的垂直距离，X₂为人体到第二摄像头(2)的垂直距离，S₁为第一摄像头(1)得到的去背景化图像上的人体阴影面积，S₂为第二摄像头(2)得到的去背景化图像上的人体阴影面积，f(S₁：S₂)用二次函数a(S₁：S₂)^2+b(S₁：S₂)+c表示，其中a、b、c为常数；而由于(X₁+X₂)是已知量且是固定的，由此得到X₁和X₂；

6)在第二方向(Y)上定位人体：X₃：X₄＝f(S₃：S₄)，其中X₃为人体到第三摄像头(3)的垂直距离，X₄为人体到第四摄像头(4)的垂直距离，S₃为第三摄像头(3)得到的去背景化图像上的人体阴影面积，S4为第四摄像头(4)得到的去背景化图像上的人体阴影面积，f(S₃：S₄)用二次函数a’(S₃：S₄)^2+b’(S₃：S₄)+c’表示，a’、b’、c’为常数；而由于(X₃+X₄)是已知量且是固定的，由此得到X₃和X₄；

7)根据X₁、X₂、X₃和X₄得到人体在室内的位置；此后回到步骤3)。

2.根据权利要求1所述的室内人体定位方法，其特征在于：在步骤2)中，每个摄像头每隔一定时间拍摄一次背景图像，背景图像拍摄方法为，每隔1秒摄制图像，如果连续1分钟内图像均没有变化，则定义为背景图像。

3.根据权利要求1所述的室内人体定位方法，其特征在于：在步骤3)中，去背景化处理时，将当前其中一个摄像头拍摄到的图像与对应的背景图像相比，去掉背景图像中存在的存在，保留不同的部分，得到一副去背景化图像。