讀寫場景中讀寫元素三維坐標(biāo)的智能認(rèn)定方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過二維圖像識(shí)別空間物理點(diǎn)三維坐標(biāo)的方法，特別涉及一種在 讀寫場景中尋找讀寫元素的三維坐標(biāo)的方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種智能產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，目前，在預(yù)防青少年近視方面 涉及的防近視裝置仍使用傳統(tǒng)的機(jī)械或電子產(chǎn)品，如：佩戴在處于讀書狀態(tài)下的青少年頭 部或肩部的機(jī)械部件或以超聲波或紅外線作為測(cè)試媒介的電子部件。
[0003] 機(jī)械部件，通過與青少年身體的直接接觸來測(cè)量青少年讀寫姿勢(shì)是否正確，其缺 點(diǎn)是增加佩戴者的體力負(fù)擔(dān)，長期使用易使佩戴者生厭，而且測(cè)量準(zhǔn)確率較低。
[0004] 電子部件，不論是將其對(duì)準(zhǔn)人的頭面部或者將其佩戴在青少年頭部或耳部，其中 的傳感器位置在安裝時(shí)都需要事先校準(zhǔn)，其只能測(cè)量傳感器到頭部（或傳感器到書本）的 單點(diǎn)距離，并進(jìn)行幾何推算，估算出頭部到書本的距離，不能精確測(cè)量人眼到書本的距離。 由于基于單點(diǎn)測(cè)量，所以，測(cè)量精度會(huì)隨頭部在讀寫過程中的搖動(dòng)而降低，若采用佩戴式的 電子部件仍存在與機(jī)械部件相同的缺陷。
[0005]目前，無接觸、純智能的通過獲取青少年讀寫場景圖像來預(yù)防青少年近視的裝置 還未出現(xiàn)，其存在的瓶頸是如何使中央處理器正確、有效和精確識(shí)別該讀寫場景中包括讀 寫人貌姿、讀寫的書本和/或依托該書本的桌面等讀寫元素的空間位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能應(yīng)用于全智能化預(yù)防近視裝置中的對(duì)青 少年讀寫場景中讀寫元素三維坐標(biāo)的智能認(rèn)定方法及其應(yīng)用，采用該方法的智能裝置能夠 在讀寫場景中與青少年身體無任何接觸的狀態(tài)下，自動(dòng)、準(zhǔn)確判斷青少年讀寫姿勢(shì)的正確 與否。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] 本發(fā)明的讀寫場景中讀寫元素三維坐標(biāo)的智能認(rèn)定方法，采用至少一個(gè)與中央處 理器連接的二維圖像傳感器，以不同位置或視角獲取至少二幅該讀寫場景中包括讀寫人貌 姿、讀寫的書本和/或依托該書本的桌面為讀寫元素在內(nèi)的原始圖像，所述中央處理器基 于該圖像傳感器標(biāo)定參數(shù)，采用立體匹配方法獲得與至少一幅原始圖像對(duì)應(yīng)的深度圖像并 獲知所述讀寫元素中任一目標(biāo)讀寫元素的三維坐標(biāo)。
[0009] 所述目標(biāo)讀寫元素的三維坐標(biāo)按以下步驟獲?。?br>[0010] 1)通過設(shè)定空間原點(diǎn)及邊界定義三維掃描體，該掃描體為在Z方向上具有設(shè)定厚 度的矩形體；
[0011] 2)在Z方向上，將掃描體等間隔劃分為大小相同位置不同的子掃描體；
[0012] 3)基于所述原始圖像和深度圖像，求取所有子掃描體的點(diǎn)云密度；
[0013] 4)沿Z軸方向掃描所述子掃描體，當(dāng)掃描到的某個(gè)子掃描體的點(diǎn)云密度達(dá)到目標(biāo) 讀寫元素的設(shè)定閾值時(shí)，則判定當(dāng)前子掃描體的中心位置為該目標(biāo)讀寫元素的空間位置。
[0014] 所述空間原點(diǎn)為讀寫人面部輪廓中的嘴角標(biāo)志點(diǎn)，所述目標(biāo)讀寫元素為書本，在 該空間原點(diǎn)以下0cm- 80cm內(nèi)，采用所述掃描體逐層掃描認(rèn)定該書本的三維坐標(biāo)。
[0015] 采用haar特征和adaboost分類器模式的識(shí)別方法在原始圖像中識(shí)別目標(biāo)并基于 深度圖像獲取所述空間原點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
[0016] 所述圖像傳感器為一個(gè)黑白或彩色圖像傳感器，采用該圖像傳感器獲取所述深度 圖像的步驟如下：
[0017] 1)設(shè)定該圖像傳感器的幾何位置或焦距，根據(jù)確定的標(biāo)定物標(biāo)定圖像傳感器的相 機(jī)參數(shù)；
[0018] 2)對(duì)包含所述目標(biāo)讀寫元素所在的場景進(jìn)行成像，獲取第一幅原始圖像并保存；
[0019] 3)改變傳感器的幾何位置或焦距，對(duì)包含所述目標(biāo)讀寫元素所在的場景再次進(jìn)行 成像，獲取與第一幅原始圖像成極幾何約束關(guān)系的第二幅原始圖像并保存；
[0020] 4)采用局部、半全局或全局的立體匹配方法獲取視差圖并轉(zhuǎn)換為所述的深度圖 像。
[0021] 所述圖像傳感器為二個(gè)黑白或彩色圖像傳感器，采用該圖像傳感器獲取所述深度 圖像的步驟如下：
[0022] 1)將二個(gè)圖像傳感器以左右方位分布，根據(jù)確定的標(biāo)定物標(biāo)定圖像傳感器的相機(jī) 參數(shù)；
[0023] 2)使用二個(gè)圖像傳感器分別對(duì)包含目標(biāo)讀寫元素所在的場景進(jìn)行成像，獲取左向 圖像和右向圖像并保存，所述左向圖像與右向圖像成極幾何約束關(guān)系；
[0024] 3)采用局部、半全局或全局的立體匹配方法獲取視差圖并轉(zhuǎn)換為深度圖像。
[0025] 所述獲取視差圖并轉(zhuǎn)換為深度圖像采用的是blockmatching的局部立體匹配方 法。
[0026] 本發(fā)明的自動(dòng)測(cè)量讀寫距離的方法，包括中央處理器，應(yīng)用本發(fā)明的所述的方法， 認(rèn)定讀寫場景中包括以讀寫人貌姿、讀寫的書本和/或依托該書本的桌面為讀寫元素的三 維坐標(biāo)，分別確定讀寫人雙眼和置于讀寫狀態(tài)下的書本的三維坐標(biāo)，由所述中央處理器動(dòng) 態(tài)跟蹤并自動(dòng)讀出讀寫人雙眼到所述書本的直線距離。
[0027] 本發(fā)明的自動(dòng)測(cè)量讀寫姿態(tài)的方法，包括中央處理器，應(yīng)用本發(fā)明的所述的方法， 認(rèn)定讀寫場景中包括以讀寫人貌姿、讀寫的書本和/或依托該書本的桌面為讀寫元素的三 維坐標(biāo)，設(shè)定讀寫人處于標(biāo)準(zhǔn)讀寫狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)身姿的三維坐標(biāo)，由該中央處理器動(dòng) 態(tài)跟蹤并獲取讀寫人動(dòng)態(tài)讀寫姿勢(shì)時(shí)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)身姿的三維坐標(biāo)，計(jì)算讀寫人動(dòng)態(tài)身姿與 標(biāo)準(zhǔn)身姿的三維坐標(biāo)偏差值并輸出。
[0028] 本發(fā)明的自動(dòng)測(cè)量讀寫姿態(tài)持續(xù)時(shí)間的方法，包括中央處理器，應(yīng)用本發(fā)明的所 述的方法，認(rèn)定讀寫場景中包括以讀寫人貌姿、讀寫的書本和/或依托該書本的桌面為讀 寫元素的三維坐標(biāo)，設(shè)定讀寫人相對(duì)于該讀寫元素處于標(biāo)準(zhǔn)讀寫狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)身姿的 三維坐標(biāo)，由中央處理器動(dòng)態(tài)跟蹤并獲取讀寫人處于該標(biāo)準(zhǔn)身姿下的連續(xù)累積時(shí)間并輸 出。
[0029] 本發(fā)明通過采用成本較低且結(jié)構(gòu)簡單的二維圖像傳感器，以不同位置或視角獲取 二幅青少年讀寫場景中涉及讀寫元素（該讀寫元素可涵蓋該讀寫場景中與青少年讀寫時(shí) 相關(guān)的物理點(diǎn)，如青少年的身體姿態(tài)、頭面部狀態(tài)、讀寫的書本、依托該書本的桌面、光線明 暗度等）在內(nèi)的原始圖像，再將原始圖像信息存入中央處理器，由中央處理器基于該圖像 傳感器標(biāo)定參數(shù)，采用立體匹配方法獲得與原始圖像對(duì)應(yīng)的深度圖像，之后，獲取讀寫元素 中任一目標(biāo)讀寫元素的三維坐標(biāo)。本發(fā)明通過合理設(shè)置圖像信息采集的頻度，通過中央處 理器的計(jì)算可以精確獲知該讀寫場景中任意二個(gè)讀寫元素之間靜態(tài)或動(dòng)態(tài)情況下的距離 以及某一讀寫元素處于一種狀態(tài)維持的時(shí)間長短和判斷某一讀寫元素所處狀態(tài)是否正常。
【附圖說明】
[0030] 圖1為圖像獲取原理圖。
[0031] 圖2為頭面部三維定位流程圖。
[0032] 圖3為讀寫元素的三維坐標(biāo)定位流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本發(fā)明的讀寫場景中讀寫元素三維坐標(biāo)的智能認(rèn)定方法及其應(yīng)用，是采用由成本 較低、結(jié)構(gòu)簡單的二維圖像傳感器，獲得青少年（也稱讀寫人）讀書時(shí)所在的讀寫場景中的 原始圖像信息，之后再將該信息存入計(jì)算機(jī)（包括電腦、嵌入式的微處理器或含CPU的單片 機(jī)等中央處理器，下同）。通過對(duì)圖像傳感器標(biāo)定相機(jī)參數(shù)、立體匹配獲得與原始圖像對(duì)應(yīng) 的深度圖像，繼而獲取所述讀寫場景中包括讀寫人貌姿、讀寫的書本、依托該書本的桌面等 與青少年讀寫時(shí)相關(guān)的任一物理點(diǎn)（即所述的讀寫元素，對(duì)這些讀寫元素中指定的某個(gè)讀 寫元素簡稱為目標(biāo)讀寫元素，下同）的三維坐標(biāo)。
[0034] 該方法可使計(jì)算機(jī)自動(dòng)精確識(shí)別所獲得的二維原始圖像信息中各讀寫元素之間 的空間位置關(guān)系、目標(biāo)讀寫元素的實(shí)時(shí)三維狀態(tài)與設(shè)定的該讀寫元素的標(biāo)準(zhǔn)三維狀態(tài)之間 的變化值以及目標(biāo)讀寫元素處于一種三維狀態(tài)時(shí)持續(xù)的時(shí)間等等。
[0035] 通過編程設(shè)計(jì)，將本發(fā)明的方法應(yīng)用于預(yù)防青少年近視的相關(guān)裝置中，通過設(shè)置 于該裝置中的二維圖像傳感器就可以很容易的獲知處于讀寫場景中的青少年的讀寫姿勢(shì) 是否正常、其雙眼距離書本的距離如何及讀寫持續(xù)的時(shí)間是否過長等信息，繼而通過報(bào)警 部件發(fā)出提示信息。
[0036] 本發(fā)明的方法如下：
[0037] 采用與計(jì)算機(jī)連接的二維圖像傳感器，以不同位置或視角獲取至少二幅青少年讀 寫場景原始圖像，分別為第一幅原始圖像和第二幅原始圖像，再由計(jì)算機(jī)基于該圖像傳感 器標(biāo)定參數(shù)，采用立體匹配方法獲得與二幅原始圖像中至少一幅相對(duì)應(yīng)的深度圖像。
[0038] 二維圖像傳感器可以為一個(gè)黑白或彩色的圖像傳感器，也可以為二個(gè)黑白或彩色 的圖像傳感器，其獲取深度圖像的方法分述如下：
[0039] 1、一個(gè)黑白或彩色圖像傳感器
[0040] 1)設(shè)定該圖像傳感器的幾何位置或焦距，根據(jù)確定的標(biāo)定物標(biāo)定圖像傳感器的相 機(jī)參數(shù)。
[0041] 相機(jī)標(biāo)定的概念如下：
[0042] 在圖像測(cè)量過程以及機(jī)器視