[发明专利]基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法

说明书

本发明公开一种基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法包括：获取第一坐标系统：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；获取第二坐标系统：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；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；然后进行校准，对校准结果进行可视化并分析校准误差分析。本发明通过将Kinect、OptiTrack运动追踪系统统一到Unity3D引擎世界坐标系内，标定过程简单、易用性好，大大减小了标定误差。

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，尤其涉及一种基于改进ICP的多 Kinect系统坐标标定与转换方法。

背景技术

传统的全身运动追踪系统采用Kinect传感器对人体姿态进行捕捉。单个Kinect的标定过程主要包括单个RGB-D相机的内参标定和多个RGB-D相机之间的相对位姿矩阵标定，内参标定在Kinect出厂时已经进行过，因此主要需要研究的是多个RGB-D相机之间的位姿矩阵标定以及彩色相机和深度相机之间的校准。对于多个RGB-D相机之间的位姿矩阵标定，最常用的是基于计算机视觉的方法，例如张正友提出的棋盘格标定法、Kowalski等提出的基于二维空间标记的三维点云匹配法等，这些方法已比较成熟，已经有很多开源的软件可以实现，例如Matlab的相机标定工具包Camera Calibration Toolbox、 LiveScan3D等，基于计算机视觉的方法采集的标定输入数据源均来自RGB相机，Kinect传感器提供的骨骼数据来自红外相机，然而在 Kinect传感器中的红外相机和RGB相机是相互独立的，两个相机之间还存在着空间距离，这样的标定实现了两个RGB相机之间的转换，需要进一步做与深度相机之间的校准以及到Unity3D世界坐标系之间的转换，因此Kinect骨骼坐标系到Unity3D世界坐标系转换矩阵的获得需要经过多次坐标标定，标定过程的累计误差较大，不利于之后数据融合的精度。例如棋盘格标定法需要从多个角度获得完整的棋盘图案，受光照、地面等因素影响并非系统中每台Kinect传感器都可以观察到二维空间标记物，因此需要大量的工作来手动改变标记物位置、手动处理标定矩阵等，系统的每次使用均需要花费大量的时间进行重新标定，标定过程繁琐复杂，易用性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于改进ICP的多Kinect 系统坐标标定与转换方法，能够获取到每个Kinect传感器较为精确的旋转矩阵R_j和平移矩阵T_j，同时提高标定系统的易用性与可扩展性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于改进ICP的多Kinect系统坐标标定与转换方法，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；

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；

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；

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对骨骼三维数据与追踪状态等参数进行左右互换；

S4、对第一坐标系统、第二坐标系统完成与Unity3D引擎世界坐标系配准后进行校准，对校准结果进行可视化并分析校准误差分析。

优选地，S1中具体为：

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；