專利名稱：穩(wěn)定方法及計算機系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用以穩(wěn)定通過數字傳感器所獲取的物理變量的一系列測量的方法及
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
雖然物理變量通常是連續(xù)的信號，但是數字傳感器僅能輸出這些變量的不連續(xù)讀數。通過數字傳感器的這種連續(xù)物理變量的多個不連續(xù)的讀數可能產生某些噪聲或修改所述連續(xù)物理變量的數字表達式的準確性。雖然可以施加濾波器來縮小或抑制此類噪聲，但它們隨后亦可沿著所述物理變量的一系列測量引入可察覺的潛伏時間/延遲或掩飾緩慢但確定的變化。因此發(fā)展能夠抑制數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量中的噪聲的穩(wěn) 定方法具優(yōu)勢，該方法不會明顯影響此類緩慢但確定的變化，且不會引入其它的可察覺的延遲。這種穩(wěn)定方法尤其有利于用以穩(wěn)定通過數字傳感器隨時間所獲取的一系列空間位置測量，特別是通過三維(3D)數字成像系統隨時間所獲取的一系列空間位置測量。特別是當此類空間位置測量的獲取亦涉及物體識別步驟時，物體識別算法可能在該物體的空間位置的連續(xù)的測量中誘發(fā)顯著的噪聲，噪聲可通過空間定位光域(raster)的有限定義而加劇。在美國專利申請公開US 2006/028944中已嘗試，若先前位置測量的差異低于特定閾值，則通過在位置測量中丟棄或減弱改變，而在數字動作傳感器所獲取的按時間順序的一系列位置測量中抑制噪聲。然而，此類穩(wěn)定技術可能導致在所述位置測量中所忽視或反映為急沖性變化的緩慢但實際的持續(xù)動作。顯然基于此原因，根據該公開，此技術僅為響應特定事件而施加。US 2008/165280揭示一種視頻穩(wěn)定方法，其中使用穩(wěn)定算法形式中圖像穩(wěn)定參數的初始設定達成圖像穩(wěn)定。說明因果(causal)及非因果(non-causal)濾波兩者，其中當使用因果濾波時暫存解碼圖像。實行兩個圖像的部分投影向量、部分區(qū)域的比較以判定跳動(jitter)組件的最佳匹配(在所比較的兩個向量之間的最小距離)。濾波器公式用于補償在二維中的跳動，該濾波公式依據所計算的動作估計表示。揭示阻尼因子(dampingfacter) α，其朝向零控制該波動并可以適用于不同幀以補償該視頻相機于頻率> 2Hz時的手震。該阻尼因子具有標準值，其中0〈α〈I。US 2008/030460揭示基準圖像與比較圖像的比較以匹配特征。施加兩個閾值，其將該圖像有效分離為三個區(qū)域高阻尼區(qū)域、低阻尼區(qū)域及漸進或線性區(qū)域。在該圖像中的位置信息用于控制該應用，舉例來說，在感興趣區(qū)域中一只手的位置。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明包含一種方法及裝置，其可以在通過數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量中可靠地濾波噪聲，但仍然在沿著前述一系列測量的所述物理變量中令人滿意地反映緩慢但相關的變化，然而基本上防止在該物理變量的該數字表達和在真實世界連續(xù)空間中其絕對表達式之間引入顯著的延遲。根據本發(fā)明，一種用于穩(wěn)定通過數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量P的方法包含下列步驟通過所述傳感器獲取所述物理變量的至少第一測量Pt_2、第二測量Pw及第三測量
Pt ；若在所述第一測量Pt_2和所述第二測量Pt_i之間的差異λ t l低于閾值β，則在數字存儲器中以校正后的第二測量P’ H (其中涉及所述第一測量Pt-2的差異使用濾波強度a t l而縮小)取代所述第二測量Pw ;以及若所述校正后的第二測量P’ H和所述第三測量Pt之間的差異At亦低于所述閾 值β，則在數字存儲器中以校正后的第三測量P’t(其中涉及所述校正后的第二測量P’ t l的差異使用低于施加于第二測量Ph的濾波強度a t l的濾波強度a t而縮小)取代所述第
三測量Pt?！皵底执鎯ζ鳌币庵溉魏斡嬎銠C可讀取及計算機可寫入的數據存儲介質，其包括、但不限于固態(tài)存儲器(如隨機存取存儲器或快閃存儲器)，但亦包括磁性數據存儲介質(如硬磁碟驅動機或磁帶)、光學數據存儲介質(如光碟)等。由于必須濾波的每個后續(xù)測量的濾波強度降低，故該濾波的輸出最后將收斂朝向在一個方向上緩慢但穩(wěn)定移動的輸入。另一方面，將在最高濾波強度濾波短期噪聲。在說明于US 2008/165280的方法中，沒有根據低于閾值的差異的測量的比較或所述測量的校正。在該視頻穩(wěn)定技術中，通過根據跳動及動作估計在連續(xù)幀中保持該圖像的相同部分而達成穩(wěn)定。裁切(并因此銷毀)初始圖像且所裁切的圖像用于與下一個圖像(根據所判定的跳動所判定的該裁切量)內插。同時US 2008/030460揭示該閾值應用，這些閾值將該圖像有效分離為三個區(qū)域，即高阻尼區(qū)域、低阻尼區(qū)域及漸進或線性區(qū)域。圖像中的位置信息用于控制感興趣區(qū)域內的該應用。在該方法中，由于線性函數用于在兩個閾值之間的阻尼，故未提供動態(tài)調整。有利地，在該方法中，可以在數字處理器中計算P’ η，根據該方程式
(P P 、Ρ:4=Ρ,2+Δ;4
V At-i J其中Λ’ η是施加濾波函數f(A)于具有濾波強度Ciw的差異Aw的結果；以及可以在數字處理器中計算P’ t，根據該方程式
_ P’、P； = Pil+At t t4
K J其中Λ ’ t是施加該濾波函數f (Λ)于具有該較低濾波強度a t的差異Aw的結果。由于這些方程式不僅適用于純量，但亦適用于向量的測量P，故即使所述物理變量是多維，根據本發(fā)明特定實施例的方法亦可以用于穩(wěn)定物理變量的一系列測量?；粮欣?，該濾波函數f( Λ )可能是功率函數，依循該方程式
Δ 丫 (Δ)= — · β
\β J
有利地，所述第一、第二及第三測量在時間上可能是連續(xù)的。根據本發(fā)明此特定實施例的方法可以因此用于穩(wěn)定物理變量的一系列按時間順序連續(xù)的測量，以隨時間評估所述物理變量的發(fā)展。有利地，所述物理變量可能是位置。甚至更有利地，所述物理變量可能是在三維空間中的位置。在特定實施例中，濾波參數的不同設定可應用于在此三維空間中的每個軸。因此，尤其當所述測量是按時間順序連續(xù)時，根據本發(fā)明特定實施例的方法，可以用于在使用數字位置或動作傳感器而未大幅影響緩慢但穩(wěn)定移動的測量所獲取的動作中濾波噪聲。特別有利地，所述數字傳感器可以是成像傳感器。這將更促進位置測量的獲取，尤其若所述數字傳感器3D是成像傳感器，則允許在三維空間中位置測量的獲取。此類3D成像傳感器包括，舉例來說，雷射雷達(Light detection and ranging, LIDAR)傳感器、飛行時間(Time-0f-Flight,T0F)攝像機、具有掃描雷射三角測量(triangulation)或者任何其他類型的遠程檢測(teledetection)系統的相機。特別有利地，在所述物理位置的一系列測量中獲取每個測量可以包括識別圖像中 的給定物體并在參考幀中測量其位置?，F有識別算法，諸如，舉例來說，先前在國際專利申請公開WO 2008/128568中所揭示，允許識別物體，諸如舉例來說在圖像(可能是3D圖像)中的使用者的極限。在W02008/128568中，揭示在三維空間內識別體積的方法，其中三維圖像數據包含多個具有該三維空間的點。這些點是叢集的(clustered)且選定一叢集為感興趣點。在所選定叢集內的點再次重組為次叢集，其每個皆具有重心及與該重心相關的體積?？梢赃B接重心以形成表示物體的網絡且該極限已確認為重心，其僅連接至一個其他的重心。然而，這些算法可能在連續(xù)圖像中所述物體的位置的測量中引進特定水平的噪聲。根據本發(fā)明特定實施例的方法提供所述物體的連續(xù)位置測量的穩(wěn)定對抗此類噪聲而未大幅影響該物體緩慢但穩(wěn)定移動的傳輸，同時避免在實際位置和所述位置的數字化值之間引進顯著的延遲。該方法還涉及計算機可讀取數據存儲介質，其存儲用于執(zhí)行此穩(wěn)定方法的可執(zhí)行代碼。“計算機可讀取數據存儲介質”意指含有數字數據的任何計算機可讀取支援，包括但不限于固態(tài)存儲器(如隨機存取存儲器)、快閃存儲器或只讀存儲器，但亦包括磁性數據存儲介質(如硬磁碟驅動機或磁帶)、光學數據存儲介質(如光碟)等。本發(fā)明還涉及一種經由通過數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量輸入數據及/或指令于計算機系統的方法。在本發(fā)明的特定實施例中，如上述所說明穩(wěn)定所述一系列測量。有利地，所述數據及/或指令可以涉及通過所述計算機系統所執(zhí)行的計算機游戲。所述物理變量可能是使用者身體部分的物理位置。本發(fā)明還涉及一種計算機系統。根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，這種計算機系統包含輸入端，其可連接至數字傳感器，其用于接收通過所述數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量；數字存儲器，其包含用以執(zhí)行一方法的指示，該方法用于穩(wěn)定根據本發(fā)明的所述一系列測量；以及
數字數據處理器，其連接至所述數字存儲器及所述輸入端用以執(zhí)行所述指示。


現在，將參考以下附圖以示例但非限制性的方式來描述本發(fā)明的特定實施例。圖I示出了根據本發(fā)明特定實施例的個人使用者、數字傳感器及計算機系統的示意圖；圖2示出了根據本發(fā)明特定實施例的穩(wěn)定方法的流程圖；以及圖3示出了在涉及初期測量的幾個不同的差異上示意根據本發(fā)明該穩(wěn)定方法的該作用的圖表。
具體實施方式

本發(fā)明的特定實施例示于圖I中。在此特定實施例中，本發(fā)明的方法用于穩(wěn)定經由連接至計算機系統4的3D成像傳感器3所感知的人使用者2右手I的動作。在特定有利的實施例中，3D成像傳感器3是TOF相機。然而，或者可以使用其他種類的數字成像系統，諸如2D相機、立體相機、LIDAR、雷達、聲納等。3D成像傳感器3獲取人使用者2所在房間的3D圖像數據，其包含該房間的2D圖像，對于對應至該像素所成像的該點的3D成像傳感器3的距離的每個像素而言，其具有多個像素及深度值。由于在該2D圖像中所述像素的X及Y位置它們本身對應于涉及3D成像傳感器3所代表的點的天頂及方位角，故這些3D圖像數據可以由對應于在3D成像傳感器3范圍中所述物體可見點的三維的點云例示。為便于處理，涉及3D成像傳感器3的每個點該深度與該天頂及方位角皆可以轉換為直角坐標(Cartesian coordinate)。本身可在3D成像傳感器3中的處理器在計算機系統4中，或者介于其間某處，施加將對應于人使用者2的此圖像的點群組為幾個叢集的識別算法，每個叢集皆對應于且標簽為人使用者2的身體部分。處理器亦計算每個叢集的重心的位置，并分配其至該對應的身體部分，諸如右手I。然而，由于3D成像傳感器3獲取在時間上連續(xù)的人使用者的圖像，即使照明上的較小的改變亦可導致該識別算法分配不同的點至給定叢集，產生對應的身體部分該位置的明顯動作，即使人使用者2事實上是穩(wěn)穩(wěn)站著不動。這種噪聲可以由照明擾動或調變引進、由3D成像傳感器的有限定義及身體部分該位置位于其上的該參考幀的該光域引進、由該3D成像傳感器的敏感度引進，及/或由先前圖像處理步驟引進。為了在手I的測量位置中抑制這個及其他的噪聲，但不抑制相同手I的緩慢卻實際且穩(wěn)定的動作，計算機系統4實行如在圖2該流程圖中所例示的穩(wěn)定方法。在第一步驟101中，計算機系統4接收在三個軸X、Y、Z軸中手I位置的按時間順序連續(xù)的連串測量，如經由3D成像傳感器3所獲取并由上述識別算法解譯，且對于該等軸X、Y、Z的每一個皆包含該手該位置的至少第一測量Pt_2、第二測量Pw及第三測量Pt。在第二步驟102中，在所述計算機系統4中的處理器針對所述軸X、Y、Z的每一個計算在所述第一測量匕_2和所述第二測量Pw之間的差異Aw，其根據該方程式Λη=| I (Pt_「Pt_2) I在第三步驟103中，隨后由處理器將此差異Aw與預定的閾值β進行比較。在此優(yōu)選實施例中，對于軸X、Y、Z的每一個皆可個別設定此閾值β。若該差異Λ η高于或等于該閾值β，則不濾波該第二測量。然而，若該差異Aw低于所述閾值β，則該處理器將在第四步驟104中計算第二測量Pw的校正值P’ t_1;以取代在計算機存儲器中的所述第二測量Pt+計算此校正值P’ t l是根據該方程式
權利要求
1.一種用于穩(wěn)定通過數字傳感器所獲取的物理變量的一系列測量的方法，所述方法包含下列步驟 -獲取所述物理變量的至少第一測量、第二測量及第三測量；以及 -存儲所述物理變量的每個測量于數字存儲器中； 其特征在于所述方法還包含下列步驟 -比較所述第一測量及所述第二測量； -若所述第一測量和所述第二測量之間的差異低于預定閾值，則以校正后的第二測量取代所述第二測量，所述校正后的第二測量具有根據第一濾波強度的相對于所述第一測量縮小的差異； -比較所述校正后的第二測量及所述第三測量；以及 -若所述校正后的第二測量的濾波的值和所述第三測量之間的差異亦低于所述閾值，則以校正后的第三測量取代所述第三測量，所述校正后的第三測量具有根據第二濾波強度的相對于所述校正后的第二測量縮小的差異。
2.如權利要求I所述的方法，其中
3.如權利要求2所述的方法，其中所述濾波函數f(A)是功率函數，其依循方程式
4.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第一、第二及第三測量在時間上是連續(xù)的。
5.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述數字傳感器包含成像傳感器。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述成像傳感器包含三維(3D)成像傳感器(3)。
7.如前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述物理變量是物理位置。
8.如權利要求6所述的方法，其中所述位置是在三維空間中的位置。
9.如權利要求7或8所述的方法，其中獲取所述物理位置的每個測量包含識別在圖像中的給定物體并在參考幀中測量其位置。
10.一種方法，其經由通過數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量輸入數據及/或指令于計算機系統(4)并使用如前述權利要求中任一項所述的方法進行穩(wěn)定。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述數據及/或指令涉及通過所述計算機系統(4)所執(zhí)行的計算機游戲。
12.如權利要求10或11所述的方法，其中所述物理變量是使用者身體部分的物理位置。
13.一種計算機系統(4)，包含 -輸入端，其可連接至數字傳感器； -數字存儲器，其包含用以執(zhí)行用于穩(wěn)定經由根據權利要求I至9項中任一項所述的數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量的方法的指示；以及 -數字數據處理器，其連接至所述數字存儲器及所述輸入端，以執(zhí)行所述指示。
14.一種計算機可讀取的數據存儲介質，其存儲用于執(zhí)行根據權利要求I至9項中任一項所述的方法的可執(zhí)行程式碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用以穩(wěn)定通過數字傳感器所獲取物理變量的一系列測量的方法。此方法包含下列步驟獲取所述物理變量的至少第一測量、第二測量及第三測量并存儲每個測量于數字存儲器中。比較所述多個第一及第二測量，若所述第一測量和所述第二測量之間的差異低于預定閾值，則在所述存儲器中以校正后的第二測量取代所述第二測量，其中涉及所述第一測量的所述差異已使用第一濾波強度而縮小。比較所述校正后的第二測量及所述第三測量，若所校正后的第二測量濾波的值和所述第三測量之間的差異亦低于所述閾值，則以校正后的第三測量取代所述第三測量，其中涉及所述校正后的第二測量的所述差異已使用低于所述第一濾波強度的第二濾波強度而縮小。此方法具有濾波噪聲的優(yōu)勢同時在所述一系列測量中仍允許緩慢但相應的變化。
文檔編號G06T7/00GK102844787SQ201080059769
公開日2012年12月26日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權日2009年12月28日
發(fā)明者X·巴埃萊, J·托爾羅特 申請人:索夫特基奈蒂克軟件公司