[发明专利]基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法

权利要求书

1.一种基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取第一坐标系统：所述第一坐标系统为OptiTrack运动追踪系统捕捉到的真实空间中人体的坐标系统；

获取第二坐标系统：所述第二坐标系统为以各自Kinect传感器坐标系原点为基准的骨骼节点的坐标系系统；

OptiTrack相机、Kinect传感器在采集数据的过程中需要用户在可活动范围内移动过程中做弯腰或下蹲动作，来弥补Y轴数据的缺陷；

获取若干个OptiTrack相机采集第一标定杆上的光学标记点的空间位置信息，生成若干组点云数据；

基于所述点云数据，计算若干个OptiTrack相机之间的相对位置；每个点云数据的样本量要大于2500个；

基于第二标定杆设定坐标系的原点以及各轴的朝向，所述第二标定杆的中长边对应的是坐标系的Z轴，所述第二标定杆的短边对应的是坐标系的X轴，所述第二标定杆的直角顶点即为坐标系的原点，将所述第二标定杆放置在地面；

在进行第二坐标系统与Unity3D世界坐标系配准之前，需要将多台Kinect传感器采集到的数据传输到Unity3D世界坐标系中做可视化处理，以确保基于UDP协议的数据传输可靠性；

S2、使用改进的ICP方法将第一坐标系统、第二坐标系统与Unity3D的世界坐标系进行配准；

使用改进的ICP方法将第一坐标系统与Unity3D的世界坐标系进行配准具体为：

通过改进的ICP方法将客户端采集到的骨骼数据经过处理统一到Unity3D的世界坐标系中：

式中，(X_j,Y_j,Z_j)为第j个Kinect传感器坐标系下的坐标，为共同世界坐标系下的坐标，即是Unity3D中的世界坐标，其中R_j和T_j为第j个Kinect传感器旋转矩阵和平移矩阵，也称为相机的外参矩阵，其中R_j为3×3矩阵，T_j为3×1矩阵；

将求解第j个Kinect传感器的旋转矩阵和平移矩阵转化为最小化误差平方和；

S3、基于面部朝向、Kinect传感器捕捉到的人体骨骼数据，获取当前Kinect前视图朝向；进行面部朝向初始化、面部朝向更新、面部朝向平滑处理得到最终的面部朝向，通过计算最终的面部朝向与当前Kinect前视图朝向之间的夹角来判断是否需要进行左右互换；

S4、对第一坐标系统、第二坐标系统完成与Unity3D世界坐标系配准后进行校准，对校准结果进行可视化分析并校准误差；

采用用户在装配区域中心摆出姿势Tpose，并按照顺时针或逆时针方向缓慢旋转肢体，在Unity3D世界坐标系中采集至少3000帧数据，其中OptiTrack运动捕捉系统传递来的骨骼数据作为第一地板真值，Kinect传感器采集的骨骼数据为第二地板真值，分别以第一地板真值、第二地板真值为基准求平均误差。

2.如权利要求1所述的基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法，其特征在于，所述可视化过程为：将Kinect传递来的三维坐标赋值给对应火柴人的对应关节游戏物体，当用户站在装配区域中心时，距离各Kinect传感器相同，因此在Unity引擎中可视化结果应为六个火柴人均匀围绕在世界坐标系原点上。

3.如权利要求1所述的基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法，其特征在于，判断左右变换的方法为：选取骨架中左右成对出现的左右肩膀、左右肘、左右盆骨、左右膝盖来实现面部朝向的确定。

4.如权利要求1所述的基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法，其特征在于，面部朝向初始化的过程为：使用正对Kinect传感器的左右肩膀计算出身体向量，通过从左肩到右肩的向量逆时针旋转90°得到面部朝向的初值。