CN115797462A - 一种带校准的双平面标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带校准的双平面标定方法，包括如下步骤：获取第一方向的图像，获取第二方向的图像，构建第一直角坐标系和第二直角坐标系，将第一直角坐标系和第二直角坐标系进行拟合，得到第三直角坐标系。进一步构建第一角坐标系和第二角坐标系，然后构建空间坐标系，基于空间坐标系对待检测图像采集后的图像进行图像空间拟合以实现姿态识别。故本发明利用手机双平面识别人体姿态，通过标定组件结合优化算法，实现双摄像头同步采集，优化姿态空间采集，实现基于二维图像的三维动作捕捉；将双平面成像原理运用于手机姿态识别，设备依赖性低，姿态识别精度高，实现对人体双平面姿态识别，可同时采集正侧位姿态特征，精准评估使用者的姿态特征。

Description

一种带校准的双平面标定方法及系统

技术领域

本发明属于医疗领域，尤其涉及一种带校准的双平面标定方法及系统。

背景技术

体姿态识别算法是一种可基于智能手机对人体动作识别的智能算法，人体姿态识别可根据测试集的动作使用人体姿态识别算法检测人体姿态的关键点，传给服务端，对其进行解析，获取动作数据，实现对人体动作进行测评分析和记录。

这类人体姿态识别算法，目前主要运用于机器人的姿态模拟，在医疗领域运用较少，目前在医疗领域的运用主要应用在康复训练的动作指导，通过智能手机的摄像头，采集受试者的动作特征，与系统预设的康复动作进行比对，实现对康复动作的指导与评估。

但是，该系统基于智能手机摄像头实现人体姿态识别，受限与手机的图像采集受限，无法精准识别到患者在训练过程中的肢体在空间中的动作特征与肢体位置，会出现一定的识别误差。综上，尚需要一种可以带校准的实现空间姿态识别方法及相应的系统装置。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种带校准的双平面标定方法及系统，以解决识别精度不够问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种带校准的双平面标定方法，包括如下步骤：

通过第一采集单元获取第一方向的图像，通过第二采集单元获取第二方向的图像，以第一方向的图像构建第一直角坐标系，以第二方向的图像构建第二直角坐标系，将第一直角坐标系和第二直角坐标系进行拟合，得到第三直角坐标系；基于第一采集单元、第二采集单元和第三直角坐标系构建第一角坐标系和第二角坐标系；根据第一角坐标系和第二角坐标系构建空间坐标系，基于空间坐标系对待检测图像采集后的图像进行图像空间拟合以实现姿态识别。

其中，第一方向和第二方向相互垂直。

具体地，第一方向的图像为与第一方向相垂直的平面图像；第二方向的图像为与第二方向相垂直的平面图像。

其中，得到第三直角坐标系具体包括如下步骤

根据第一方向的图像计算第一采集单元在第一直角坐标系内的位置，以及第二采集单元的大致方位；

根据第二方向的图像计算第二采集单元在第二直角坐标系内的位置，以及第一采集单元的大致方位；

基于第一采集单元的位置以及大致方位、第二采集单元的位置以及大致方位将上述第一直角坐标系与第二直角坐标系进行拟合得到第三直角坐标系。

其中，基于第一采集单元、第二采集单元和第三直角坐标系构建第一角坐标系和第二角坐标系；

计算第一采集单元与第二采集单元在第三直角坐标系的相对位置，以第一采集单元和第二采集单元为原点，分别构建第一角坐标系和第二角坐标系。

一种带校准的双平面标定系统，配置如上述的带校准的双平面标定方法，包括固定组件、第一采集单元、第二采集单元、标定组件和处理单元；

固定组件用于搭载第一采集单元和第二采集单元，使得第一采集单元和第二采集单元距离地面一定高度设置；

第一采集单元用于获取第一方向下标定组件的图像；

第二采集单元用于获取第二方向下标定组件的图像；

标定组件用于发出不同颜色的光进行标识，协助处理单元进行坐标系构建；

处理单元用于根据第一方向的标定组件图像构建第一直角坐标系，第二方向的标定组件图像构建第二直角坐标系；将第一直角坐标系和第二直角坐标系进行拟合，得到第三直角坐标系；基于第一采集单元、第二采集单元和第三直角坐标系构建第一角坐标系和第二角坐标系；根据第一角坐标系和第二角坐标系构建空间坐标系，基于空间坐标系对待检测图像采集后的图像进行图像空间拟合以实现姿态识别；其中，第一方向和第二方向相互垂直。

具体地，固定组件包括第一固定夹、第二固定夹、第一底座和第二底座；

第一固定夹用于夹持第一采集单元，第一固定夹设于第一底座顶端，第一固定夹与第一底座位于同一平面中，且与第一方向垂直；

第二固定夹用于夹持第二采集单元，第二固定夹设于第二底座顶端，第二固定夹与第二底座位于同一平面中，且与第二方向垂直。

其中，标定组件包括标定件以及设于标定件、第一底座和第二底座上的发光单元；

标定件包括第一杆件、第二杆件和第三杆件，第一杆件与第二杆件位于同一水平面且垂直交叉连接，第三杆件设置于第一杆件和第二杆件的连接点上且竖向设置；

第一杆件的两端、第二杆件的两端、第三杆件的顶端、第一底座的底部以及第二底座的底部均设有发光单元；

其中，第一底座的底部的发光单元位于第一采集单元正下方，第二底座的底部的发光单元位于第二采集单元正下方。

具体地，第一底座的底部的发光单元和第一杆件两端的发光单元发出指定波长的红光，第二底座的底部的发光单元和第二杆件两端的发光单元发出指定波长的蓝光，第三杆件的顶端的发光单元发出指定波长黄光。

其中，第一采集单元和第二采集单元为手机摄像头。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

故本发明利用手机双平面识别人体姿态，通过标定组件结合优化算法，实现双摄像头同步采集，优化姿态空间采集，实现基于二维图像的三维动作捕捉；将双平面成像原理运用于手机姿态识别，设备依赖性低，姿态识别精度高，实现对人体双平面姿态识别，可同时采集正侧位姿态特征，精准评估使用者的姿态特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种带校准的双平面标定方法的流程图；

图2为本发明的一种带校准的双平面标定系统的结构图；

图3为本发明的一个方向上的拍摄图像；

图4为本发明的另一个方向上的拍摄图像。

附图标记说明

1：第一固定夹；2：第一底座；3：第二固定夹；4：第二底座；5：标定组件。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种带校准的双平面标定方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1、图3和图4，本实施例提供一种带校准的双平面标定方法，包括如下步骤：首先，参看图1，在第一采集单元和第二采集单元进行采集之前会对其镜头参数以及镜头型号进行识别，从而自动矫正因镜头参数导致的图像畸变。然后，放置并打开采集单元以及标定组件后，开始进行校准阶段。需要通过采集单元对标定组件进行拍摄，具体地，使用第一采集单元获取第一方向上的标定组件平面图像，使用第二采集单元获取第二方向上的标定组件平面图像，其中，第一方向和第二方向呈一定角度设置，垂直角度为宜。具体地，第一方向的图像为与第一方向相垂直的平面图像；第二方向的图像为与第二方向相垂直的平面图像。

以图3和图4采集得到的二维平面图像举例说明，第一采集单元可以采集得到如图3所示的B，c，d，m的平面图像，第二采集单元可以采集得到如图4所示的A，a，b，m的平面图像。由于ab，cd的长度是已知的，即标定组件上发光单元之间相距的距离。然后以第一方向的图像(即图3)中的标定组件构建第一直角坐标系，以第二方向的图像(即图4)中的标定组件构建第二直角坐标系。然后根据第一方向的图像进行计算，确定第一采集单元相对于第一直角坐标系的相对位置，同时可根据点B相对于第一直角坐标系的方位确定第二采集单元的大致方位。同理，可根据第二方向的图像进行计算，确定第二采集单元相对于第二直角坐标系的相对位置，同理根据点A相对于第二直角坐标系的位置确定第一采集单元的大致方位。由于第一采集单元和第二采集单元实际上为基于同一坐标系(不同方向)确定空间位置，因此根据第一采集单元的位置以及大致方位、第二采集单元的位置以及大致方位将上述第一直角坐标系与第二直角坐标系进行拟合得到第三直角坐标系，即构建出第一采集单元与第二采集单元相对的坐标系统。

接着，根据第一采集单元在第三直角坐标系中的位置，以第一采集单元为坐标原点构建第一角坐标系；根据第二采集单元在第三直角坐标系中的位置，以第二采集单元为坐标原点构建第二角坐标系。然后根据第一采集单元与第二采集单元的相对位置，将第一角坐标系和第二角坐标系构建至同一坐标系中，即得到空间坐标系，至此本实施例的校准阶段结束。

接着进入检测阶段，将标定组件移除，让患者进入原来放置标定组件的区域，然后使用第一采集单元和第二采集单元对患者的正面以及侧面进行同步拍摄，可获得多组不同时间下患者不同姿态下的平面图像。然后将获得的平面图像放入校准完成后的空间坐标系内，以进行图像空间拟合从而实现姿态识别，可较为精准地获取患者的姿态信息。后续可将姿态信息与预设的数据库数据中的康复动作进行比对，实现对康复动作的指导与评估。

实施例2

参看图2至图4，本实施例提供了一种带校准的双平面标定系统，配置如实施例1的带校准的双平面标定方法，包括固定组件、第一采集单元、第二采集单元、标定组件5和处理单元。

参看图2，固定组件用于搭载第一采集单元和第二采集单元，使得第一采集单元和第二采集单元距离地面一定高度设置。具体地，固定组件包括第一固定夹1、第二固定夹3、第一底座2和第二底座4。第一固定夹1用于夹持第一采集单元，第一固定夹1设于第一底座2顶端，第一固定夹1与第一底座2位于同一平面中，且与第一方向垂直设置，第一底座2整体呈倒T型结构。同样地，第二固定夹3用于夹持第二采集单元，第二固定夹3设于第二底座4顶端，第二固定夹3与第二底座4位于同一平面中，且与第二方向垂直，第二底座4整体呈倒T型结构。第一底座2的底部与第二底座4的底部相连接在一起，围成一个角度大致为90°的拍摄区域。

第一采集单元与第一固定夹1夹持连接，用于拍摄第一方向下标定组件5或者患者的图像；第二采集单元与第二固定夹3夹持连接，用于拍摄第二方向下标定组件5或者患者的图像。第一采集单元和第二采集单元采用手机摄像头，但不限于此。

标定组件5用于发出不同颜色的光进行标识，方便处理单元识别以进行坐标系构建。标定组件5包括标定件以及设于标定件、第一底座2和第二底座4上的发光单元，发光单元采用LED灯。标定件包括第一杆件、第二杆件和第三杆件。第一杆件与第二杆件位于同一水平面且垂直交叉连接，呈十字结构，第三杆件与第一杆件和第二杆件的连接点连接，并且竖直向上设置。第一杆件的两端、第二杆件的两端、第三杆件的顶端、第一底座2的底部以及第二底座4的底部均设有发光单元。具体地，第一底座2的底部的发光单元即点A，处于第一采集单元正下方，第二底座4的底部的发光单元即点B位于第二采集单元正下方。第一杆件两端的发光单元分别为点a和点b，第二杆件两端的发光单元分别为点c和点d，第三杆件顶端的发光单元为点m。上述对发光单元命名只是为了方便描述，而非进行具体限定。第一底座2的底部的发光单元和第一杆件两端的发光单元发出相同颜色的光，为指定波长的红光，第二底座4的底部的发光单元和第二杆件两端的发光单元相同颜色的光，发出指定波长的蓝光，第三杆件的顶端的发光单元发出指定波长黄光。上述发光单元发出的颜色只是为了方便分组辨别，发出相同颜色的发光单元可同时替换为其它颜色。

处理单元可接收采集单元的图像并进行校准和位姿识别，根据第一方向的标定组件5图像构建第一直角坐标系，第二方向的标定组件5图像构建第二直角坐标系；将第一直角坐标系和第二直角坐标系进行拟合，得到第三直角坐标系；基于第一采集单元、第二采集单元和第三直角坐标系构建第一角坐标系和第二角坐标系；根据第一角坐标系和第二角坐标系构建空间坐标系，从而完成校准；而后基于空间坐标系对待检测图像采集后的图像进行图像空间拟合以实现姿态识别；其中，第一方向和第二方向相互垂直。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种带校准的双平面标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过第一采集单元获取第一方向的图像，通过第二采集单元获取第二方向的图像，以所述第一方向的图像构建第一直角坐标系，以所述第二方向的图像构建第二直角坐标系，将所述第一直角坐标系和所述第二直角坐标系进行拟合，得到第三直角坐标系；基于所述第一采集单元、所述第二采集单元和所述第三直角坐标系构建第一角坐标系和第二角坐标系；根据所述第一角坐标系和所述第二角坐标系构建空间坐标系，基于所述空间坐标系对待检测图像采集后的图像进行图像空间拟合以实现姿态识别。

2.根据权利要求1所述的带校准的双平面标定方法，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

3.根据权利要求1所述的带校准的双平面标定方法，其特征在于，所述第一方向的图像为与所述第一方向相垂直的平面图像；所述第二方向的图像为与所述第二方向相垂直的平面图像。

4.根据权利要求1所述的带校准的双平面标定方法，其特征在于，所述得到第三直角坐标系具体包括如下步骤

根据所述第一方向的图像计算所述第一采集单元在所述第一直角坐标系内的位置，以及所述第二采集单元的大致方位；

根据所述第二方向的图像计算所述第二采集单元在所述第二直角坐标系内的位置，以及所述第一采集单元的大致方位；

基于所述第一采集单元的位置以及大致方位、所述第二采集单元的位置以及大致方位将上述第一直角坐标系与所述第二直角坐标系进行拟合得到所述第三直角坐标系。

5.根据权利要求1所述的带校准的双平面标定方法，其特征在于，所述基于所述第一采集单元、所述第二采集单元和所述第三直角坐标系构建第一角坐标系和第二角坐标系；

计算所述第一采集单元与所述第二采集单元在所述第三直角坐标系的相对位置，以所述第一采集单元和所述第二采集单元为原点，分别构建所述第一角坐标系和所述第二角坐标系。

6.一种带校准的双平面标定系统，配置如权利要求1至5任意一项所述的带校准的双平面标定方法，其特征在于，包括固定组件、第一采集单元、第二采集单元、标定组件和处理单元；

所述固定组件用于搭载所述第一采集单元和所述第二采集单元，使得所述第一采集单元和所述第二采集单元距离地面一定高度设置；

所述第一采集单元用于获取第一方向下所述标定组件的图像；

所述第二采集单元用于获取第二方向下所述标定组件的图像；

所述标定组件用于发出不同颜色的光进行标识，协助所述处理单元进行坐标系构建；

所述处理单元用于根据所述第一方向的所述标定组件图像构建第一直角坐标系，所述第二方向的所述标定组件图像构建第二直角坐标系；将所述第一直角坐标系和所述第二直角坐标系进行拟合，得到第三直角坐标系；基于所述第一采集单元、所述第二采集单元和所述第三直角坐标系构建第一角坐标系和第二角坐标系；根据所述第一角坐标系和所述第二角坐标系构建空间坐标系，基于所述空间坐标系对待检测图像采集后的图像进行图像空间拟合以实现姿态识别；其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。

7.根据权利要求6所述的带校准的双平面标定系统，其特征在于，所述固定组件包括第一固定夹、第二固定夹、第一底座和第二底座；

所述第一固定夹用于夹持所述第一采集单元，所述第一固定夹设于所述第一底座顶端，所述第一固定夹与所述第一底座位于同一平面中，且与所述第一方向垂直；

所述第二固定夹用于夹持所述第二采集单元，所述第二固定夹设于所述第二底座顶端，所述第二固定夹与所述第二底座位于同一平面中，且与所述第二方向垂直。

8.根据权利要求7所述的带校准的双平面标定系统，其特征在于，所述标定组件包括标定件以及设于所述标定件、所述第一底座和所述第二底座上的发光单元；

所述标定件包括第一杆件、第二杆件和第三杆件，所述第一杆件与所述第二杆件位于同一水平面且垂直交叉连接，所述第三杆件设置于所述第一杆件和所述第二杆件的连接点上且竖向设置；

所述第一杆件的两端、所述第二杆件的两端、所述第三杆件的顶端、所述第一底座的底部以及所述第二底座的底部均设有所述发光单元；

其中，所述第一底座的底部的所述发光单元位于所述第一采集单元正下方，所述第二底座的底部的所述发光单元位于所述第二采集单元正下方。

9.根据权利要求8所述的带校准的双平面标定系统，其特征在于，所述第一底座的底部的所述发光单元和所述第一杆件两端的所述发光单元发出指定波长的红光，所述第二底座的底部的所述发光单元和所述第二杆件两端的所述发光单元发出指定波长的蓝光，所述第三杆件的顶端的所述发光单元发出指定波长黄光。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的带校准的双平面标定系统，其特征在于，所述第一采集单元和第二采集单元为手机摄像头。

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