[发明专利]三维立体空间中的多目标跟踪方法

权利要求书

1.三维立体空间中的多目标跟踪方法，由跟踪装置对被跟踪目标进行三维空间跟踪，其特征是被跟踪目标设备上安装有光信号发射器，光信号发射器依据设定的识别码规律的产生光信号，跟踪装置通过摄像机连续拍摄的方式获取光信号的信息，从而对被跟踪目标设备的姿势进行跟踪识别，所述姿势为被跟踪目标设备的立体空间位置和旋转：

在被跟踪目标上选定关键点，在关键点上对应设置光信号发射器，并对应设置编码电路和时序控制电路，编码电路对每一个光信号发射器设置唯一的二进制识别码，二进制识别码对应光信号发射器的亮灭，所述二进制识别码之间满足一个识别码与其余任意识别码经过“或运算”后不能得到另一个识别码；时序控制电路控制所有光信号发射器的亮灭时序，所述亮灭时序与摄像机帧时序在时间上保持同步，光信号发射器按照二进制识别码和亮灭时序，不断发出周期性光信号，组成定位坐标系统；

开始跟踪时，首先进行初始化，设置被跟踪目标设备上的关键点对应的光发射器全亮，跟踪装置在建立光信号立体坐标的基础上，将被跟踪目标经过一个帧时序后所有可能的姿势作为初值，用来对应生成初始的轨迹路径，轨迹路径是对被跟踪目标的姿势关于时间的描述；

跟踪装置通过对关键点的识别实现对被跟踪目标运动轨迹路径的更新，跟踪装置包括跟踪信号接收系统和跟踪信号处理系统，所述跟踪信号接收系统由一组摄像机及立体坐标重建模块组成，摄像机即为图像传感器及其配套的光学系统，图像传感器在光信号发射器亮灭的同时，同步拍摄获取其光信号，立体坐标重建模块在一组摄像机成像平面的基础上重建所获取的光信号的空间坐标；

跟踪信号处理系统依据编码电路设置的识别码以及亮灭时序进行动态解码，解码的过程也就是对被跟踪目标进行跟踪的过程：由识别码确定设置在关键点上光信号发射器的亮灭，将识别码确定的亮灭时序与同步拍摄的图像序列对应，搜索光信号和关键点之间的对应关系，确定关键点的空间坐标信息；由轨迹路径预测出当前时刻被跟踪目标设备的姿势，然后根据关键点的空间坐标对预测姿势进行校正；根据校正前后姿势的差异值，选择差异值最小的校正后姿势，确定为被跟踪目标设备在空间中的姿势，并将其更新到轨迹路径中，如此循环，实现对被跟踪目标姿势的持续跟踪，其中轨迹路径最多保留l帧所对应的姿势用于预测下一帧的姿势，l为假定运动状态不变的时间段所对应的帧数，为进行跟踪之前的初始设定值。

2.根据权利要求1所述的三维立体空间中的多目标姿势跟踪方法，其特征是对每一个被跟踪目标设置多条轨迹数据来保存搜索过程中得到的各种可能的轨迹路径所对应的姿势及其拍摄时间，并将所述轨迹数据作为下一次跟踪的预测姿势的预测基础；对同一个被跟踪目标的不同轨迹数据所记录的校正前后姿势的差异值求和，得到轨迹数据的总差异值，确定与总差异值差别最小的轨迹数据所对应的轨迹路径作为实际的运动轨迹结果输出，用于防止预测错误的发生。

3.根据权利要求1或2所述的三维立体空间中的多目标姿势跟踪方法，其特征是在校正被跟踪目标姿势之后，检查在此姿势下，搜索到的关键点是否涵盖了所有摄像机理论上可以捕捉到的关键点，检查过程依据关键点在被跟踪目标设备上的位置、关键点对应光发射器的亮灭情况和校正出来的姿势来进行。

4.根据权利要求1或2所述的三维立体空间中的多目标姿势跟踪方法，其特征是跟踪装置和被跟踪目标设备之间有通信连接。

5.根据权利要求1或2所述的三维立体空间中的多目标跟踪方法，其特征是采用双目摄像机，通过捕捉至少3个不共线的关键点及其立体空间坐标确定被跟踪目标设备的姿势，立体坐标重建模块通过双目摄像机获得的图像基础上重建出光信号的立体坐标点，所述的双目摄像机是指拍摄图像完全同步的两台并列摆放的摄像机。

6.根据权利要求1或2所述的三维立体空间中的多目标姿势跟踪方法，其特征是被跟踪目标上还设有运动传感器，运动传感器获取被跟踪目标的运动参数输入跟踪信号处理系统，用于识别被跟踪目标运动状态的突然改变，所述运动传感器包括电子陀螺仪和加速度传感器；被跟踪目标设备在当前时刻的预测姿势由被跟踪目标运动的轨迹路径和运动传感器输出的数据共同确定。