專利名稱：人員空間方位的自動測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人員空間方位的自動測量方法及系統(tǒng)。 體駄
現(xiàn)實中常會需要對人眼的空間方位進行測量，例如監(jiān)控系統(tǒng)需要獲取人臉的位置信息， 或者某控制系統(tǒng)需要測量出人的位置而進行相應(yīng)動作，或者有系統(tǒng)需要根據(jù)人眼的方位對其 視線進行跟蹤等等。
因此，如何對人員的空間方位進行快速、自動的測量，并能確保測量的精度成為業(yè)界亟 待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種人員空間方位的自動測量方法，以實現(xiàn)人員立體方位的自動 化測量，實現(xiàn)測量精度高、測量速度快及測量實時進行的功能。
本發(fā)明的目的在于提供一種人員空間方位的自動測量系統(tǒng)，以實現(xiàn)進一步利用左右眼的 空間方位坐標獲得人臉的姿態(tài)朝向，甚至是視線指向的功能，進而以實現(xiàn)為人員的控制、再 測量及再處理提供前提條件的功能。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種人員空間方位的自動測量方法，其主要包括以下步 驟1)根據(jù)參照物的實際空間方位坐標與至少兩攝像機同時拍攝的所述參照物圖像的像點空 間坐標建立像點與實際空間方位的數(shù)學模型；2)所述至少兩攝像機同時拍攝目標人員的圖像;
3) 分別檢測每一攝像機攝取的所述目標人員圖像以識別出各幅圖像中的目標人員的目標點；
4) 定位所識別出的目標點并測定所述目標點的像點空間坐標；5)根據(jù)所述目標點的像點空 間坐標及所述數(shù)學模型計算相應(yīng)目標點的實際空間方位坐標，以確定目標人員空間方位。
其中，在所述步驟l)之前包括步驟(1)測量參照物的實際空間方位坐標；(2)采用至 少兩攝像裝置同時拍攝所述參照物的圖像；(3)測定所述參照物的參照點的像點空間坐標， 所述步驟l)采用攝影測量共線方程建立所述數(shù)學模型，所述步驟3)中所述目標點為左右雙 眼，所述步驟3)采用眼眶中心定位法定位所述雙眼，所述步驟3)采用瞳孔中心定位法定位 所述雙眼，所述步驟3)釆用眼角連線中心定位所述雙眼。
本發(fā)明還提供一種人員空間方位的自動測量系統(tǒng)，其主要包括用于拍攝參照物及目標
人員的圖像的至少兩攝像裝置、用于采集所拍攝的參照物及目標人員的圖像，并檢測每一攝 像裝置所拍攝的目標人員的圖像以識別圖像中的目標點的圖像檢測模塊、用于測定所采集的 圖像中的參照物的參照點的像點空間坐標，并根據(jù)所述參照點的像點空間坐標及其實際空間 方位坐標建立像點與實際空間方位的數(shù)學模型，以及用于測定已被識別出的目標點的像點空 間坐標并根據(jù)所述數(shù)學模型及目標點的像點空間坐標計算所述目標點的實際空間方位坐標的 圖像測量模塊。
其中，所述至少兩攝像裝置保持光軸平行且間隔預定的距離。
綜上所述，本發(fā)明的人員空間方位的自動測量方法及系統(tǒng)通過預先建立實際空間方位坐 標與像點空間坐標的數(shù)學模型，然后拍攝目標人員的圖像并測定目標人員的目標點的像點空 間坐標，并根據(jù)所建立的數(shù)學模型計算出相應(yīng)目標人員的空間方位坐標，實現(xiàn)了實現(xiàn)人員立 體方位的自動化測量，實現(xiàn)測量精度高、測量速度快及測量實時進行的功能，進一步利用左 右眼的空間方位坐標可獲得人臉的姿態(tài)朝向，甚至是視線指向，進而可為人員的控制、再測 量及再處理提供前提條件。


圖1為本發(fā)明的人員空間方位的自動測量系統(tǒng)的基本架構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明的人員空間方位的自動測量系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明的人員空間方位的自動測量方法的操作流程示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1及圖2，本發(fā)明的人員空間方位的自動測量系統(tǒng)主要包括至少兩攝像裝置 11、 12、圖像檢測模塊13以及圖像測量模塊14，以下將對前述各模塊進行詳細描述。
所述至少兩攝像裝置ll、 12用于同時拍攝參照物及目標人員的圖像，在本實施方式中， 采用2臺適合工業(yè)測量的攝像機，將其固定安裝于尺寸伸展性穩(wěn)定(膨脹性小)的金屬支架 上，兩臺攝像機之間拉開一定距離(比如l米)，且使兩光軸平行并與金屬支架保持垂直，其 中，光軸間的距離稱為基線長度，當拍攝時，兩臺攝像機是同時進行的，需注意的是，兩臺 攝像機之間的距離可根據(jù)實際情況予以確定，而非以本實施方式為限，所述參照物也可根據(jù) 實際情況予以選取，例如，選擇建筑物上的某特定標志。
所述圖像檢測模塊13用于采集所拍攝的參照物及目標人員的圖像，并檢測每一攝像裝置 所拍攝的目標人員的圖像以識別圖像中的目標點，其可采用高速高分辨率的圖像采集卡完成 同步采集兩臺攝像機的高分辨率圖像，并由中央處理單元(CPU)實時檢測所拍攝的圖像，也 可采用數(shù)字信號處理器(DSP)完成圖像采集及檢測工作，以從兩臺攝像裝置11、 12所拍攝 的兩幅圖像識別出相同的點，例如，識別出目標人物的目標點，在本實施方式中，參照物的 多個參照點由人工進行識別，當然也可采用所述圖像檢測模塊13自動識別。
所述圖像測量模塊14用于測定所采集的圖像中的參照物的參照點的像點空間坐標，并根 據(jù)所述參照點的像點空間坐標及其實際空間方位坐標建立像點與實際空間方位的數(shù)學模型， 以及用于測定已被識別出的目標點的像點空間坐標并根據(jù)所述數(shù)學模型及目標點的像點空間 坐標計算所述目標點的實際空間方位坐標，在本實施方式中，所述圖像測量模塊14測定了多 個參照點的像點坐標以供精確建立所述數(shù)學模型，降低所述數(shù)學模型的誤差，其可采用中央 處理單元(CPU)測定目標點的像點空間坐標并快速計算出三維坐標，也可采用DSP計算目標 點的實際空間坐標。
再請參見圖2，其為本發(fā)明的人員空間方位的自動測量方法的操作流程示意圖，在所述人 員空間方位的自動測量方法中，首先執(zhí)行步驟SIO，測量參照物的實際空間方位坐標，例如采 用光學測量方法精確測量所述參照物的實際空間方位坐標，因光學測量方法為現(xiàn)有技術(shù)，且 為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知悉，在此不再予以贅述，接著執(zhí)行步驟Sll。
在步驟Sll中，采用至少兩攝像裝置同時拍攝所述參照物的圖像，在本實施方式中，采 用固定在金屬支架上的兩臺攝像機拍攝參照物的圖像，接著執(zhí)行步驟S12。
在步驟S12中，測定所述參照物的參照點的像點空間坐標，通常是通過測定所述參照點 相對于像點空間的原點的距離即為其像點空間坐標，所述原點一般選擇整幅圖像的左上角的 一固定點作為坐標起點，此外，也可采用框標理論測定所述參照點的像點空間坐標，在此不 再詳述，在本實施方式中，可借助CPU測定所述參照物的像點空間坐標，此外，需注意的是， 對所拍攝的圖像中的參照點的識別可采用人工方式也可采用自動識別方式，接著執(zhí)行步驟 S13。
在步驟S13中，根據(jù)參照物的實際空間方位坐標與至少兩攝像機同時拍攝的所述參照物 圖像的像點空間坐標建立像點與實際空間方位的數(shù)學模型，在本實施方式中，采用攝影測量 共線方程建立所述數(shù)學模型，相應(yīng)的，根據(jù)參照物的實際空間方位坐標及相應(yīng)的像點空間坐 標即可計算出內(nèi)方位元素及外方位元素，據(jù)此即可建立相應(yīng)的共線方程數(shù)學模型，共線方程
為現(xiàn)有攝影測量學所揭示，在此不再予以贅述，此外，為降低所建立的數(shù)學模型的誤差，可
選定多個參照點的各像點空間坐標及實際空間坐標作為參考，以不斷校正所建立的數(shù)學模型，
提高所述數(shù)學模型的精度，接著執(zhí)行步驟S14。
在步驟S14中，所述至少兩攝像機同時攝取目標人員的圖像，例如攝取被監(jiān)視的人員的 圖像，接著執(zhí)行步驟S15。
在步驟S15中，分別檢測每一攝像機攝取的所述目標人員圖像以識別出各幅圖像中的目 標人物的的目標點，所述目標點為左右雙眼，因人眼的位置關(guān)系確定，即左眼總是靠左，右 眼總是靠右，因此在兩臺攝像機所拍攝的圖像中，通過圖像檢測技術(shù)可識別兩幅圖像中的人 眼，并將兩幅圖像中位于左側(cè)的眼睛圖像認為是同名點，將兩幅圖像中位于右側(cè)的眼睛圖像 認為是另一同名點，此外，所述目標點并非以雙眼為限，例如，也可選用鼻尖，接著執(zhí)行步 驟S16。
在步驟S16中，定位所述目標人員的圖像中目標點并測定所述目標點的像點空間坐標， 在本實施方式中，可采用眼眶中心定位法定位所述雙眼，也可采用瞳孔中心定位法定位所述 雙眼，眼睚中心定位法及瞳孔中心定位法為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳述，由此可以得到左眼和 右眼兩同名點二維像點坐標數(shù)據(jù)，接著執(zhí)行步驟S17。
在所述步驟S17中，根據(jù)所述目標點的像點空間坐標及所述數(shù)學模型計算相應(yīng)目標點的 實際空間方位坐標，計算過程為前述建立數(shù)學模型的逆過程，因此不再重述。
綜上所述，本發(fā)明的人員空間方位的自動測量方法及系統(tǒng)的實際測量精度直接受限于攝 像機質(zhì)量、攝像機位置的精確程度、測量參數(shù)標定以及人眼二維定位精度等因素的影響，由 于本發(fā)明的攝像機固定在金屬支架上，位置較為精確，因此，根據(jù)有關(guān)的系統(tǒng)實際經(jīng)驗，圖 像中人眼定位精度可達1個像素，最終空間測量精度最高可達像方0. 1像素，在處理速度上， 影響因素包括圖像采集、人臉檢測與人眼定位處理所需要的時間，通常在P4 3.0G的CPU上 對352x288尺寸的圖像可在40毫秒內(nèi)完成對人眼定位，如果在CPU上實現(xiàn)本發(fā)明，則有可能 做到每秒25幀的實時人眼空間坐標測量。
再有，根據(jù)眼眶中心點位法可以進一步地計算出面部的朝向，再加上瞳孔中心定位法則 可以更精確地反映出實際視線的指向。
權(quán)利要求
1.一種人員空間方位的自動測量方法，其特征在于包括以下步驟1)根據(jù)參照物的實際空間方位坐標與至少兩攝像機同時拍攝的所述參照物圖像的像點空間坐標建立像點與實際空間方位的數(shù)學模型；2)所述至少兩攝像機同時攝取目標人員的圖像；3)分別檢測每一攝像機攝取的所述目標人員圖像以識別出各幅圖像中的目標人員的目標點；4)定位所識別出的目標點并測定所述目標點的像點空間坐標；5)根據(jù)所述目標點的像點空間坐標及所述數(shù)學模型計算相應(yīng)目標點的實際空間方位坐標。
2. 如權(quán)利要求l所述的人員空間方位的自動測量方法，其特征在于所述步驟l)之前 包括步驟(1) 測量參照物的實際空間方位坐標；(2) 采用至少兩攝像裝置同時拍攝所述參照物的圖像；(3) 測定所述參照物的參照點的像點空間坐標。
3. 如權(quán)利要求l所述的人員空間方位的自動測量方法，其特征在于所述步驟l)采用 攝影測量共線方程建立所述數(shù)學模型。
4. 如權(quán)利要求l所述的人員空間方位的自動測量方法，其特征在于所述步驟2)中所 述目標點為人臉的左右雙眼。
5. 如權(quán)利要求4所述的人員空間方位的自動測量方法，其特征在于所述步驟3)采用 眼眶中心定位法定位所述雙眼。
6. 如權(quán)利要求4所述的人員空間方位的自動測量方法，其特征在于所述步驟3)采用 瞳孔中心定位法定位所述雙眼。
7. 如權(quán)利要求4所述的人員空間方位的自動測量方法，其特征在于所述步驟3)采用眼角連線中心定位所述雙眼。
8. —種人員空間方位的自動測量系統(tǒng)，其特征在于包括 至少兩攝像裝置，用于拍攝參照物及目標人員的圖像；圖像檢測模塊，用于采集所拍攝的參照物及目標人員的圖像，并檢測每一攝像裝置 所拍攝的目標人員的圖像以識別圖像中的目標點；圖像測量模塊，用于測定所采集的圖像中的參照物的參照點的像點空間坐標，并根 據(jù)所述參照點的像點空間坐標及其實際空間方位坐標建立像點與實際空間方位的數(shù)學模型，以及用于測定己被識別出的目標點的像點空間坐標并根據(jù)所述數(shù)學模型及 目標點的像點空間坐標計算所述目標點的實際空間方位坐標。 9.如權(quán)利要求8所述的人員空間方位的自動測量系統(tǒng)，其特征在于所述至少兩攝像裝 置保持光軸平行且間隔預定的距離。
全文摘要
一種人員空間方位的自動測量方法及系統(tǒng)，其首先通過測量出一參照物的實際空間坐標及像點空間坐標建立實際空間方位坐標與像點空間坐標的數(shù)學模型，然后攝取目標人員的圖像，并對目標人員圖像中目標點進行檢測定位后測定所述目標點的像點空間坐標，再根據(jù)所述數(shù)學模型計算出目標點的實際空間坐標，本發(fā)明尤其可實現(xiàn)對人員左右雙眼的空間方位的自動化測量，實現(xiàn)測量精度高、測量速度快及測量實時進行的功能，同時通過進一步利用左右眼的空間方位坐標可獲得人臉的姿態(tài)朝向，甚至是視線指向，進而為人員的控制、再測量及再處理提供前提條件。
文檔編號G01B11/00GK101187546SQ20061011837
公開日2008年5月28日 申請日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者張建軍 申請人:上海銀晨智能識別科技有限公司