一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)和定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及室內(nèi)定位領(lǐng)域，具體涉及一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)及相應(yīng)的方法。所述的定位為三維空間定位。所述的多目標(biāo)為一個(gè)或一個(gè)以上的具有脈搏的生命體。本發(fā)明系統(tǒng)包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元這三個(gè)組成部分，本發(fā)明方法包括場(chǎng)景布置、視頻采集、脈搏波提取和位置計(jì)算這四個(gè)步驟。相比傳統(tǒng)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，本發(fā)明提供的室內(nèi)定位技術(shù)精度高、成本低、實(shí)時(shí)性好，同時(shí)具備優(yōu)秀的可擴(kuò)展性和可移植性。
【專利說明】
一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)和定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及室內(nèi)定位領(lǐng)域，具體涉及一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)及相應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，定位技術(shù)也備受關(guān)注且發(fā)展迅速。當(dāng)今，基于GPS的室外定位技術(shù)已經(jīng)非常成熟并開始被廣泛使用，但是作為定位技術(shù)的末端，室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展一直相對(duì)緩慢?，F(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)或是通過紅外線、超聲波等手段對(duì)室內(nèi)物體的位置和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行感知，或是通過W1-F1、藍(lán)牙或ZigBee等無線通訊手段和待測(cè)物體進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。前者所采用的技術(shù)手段能實(shí)現(xiàn)較高的精確度，但是也大大增加了室內(nèi)布局的復(fù)雜程度，且成本高，穿透性、抗干擾性差；后者雖然降低了成本，具備一定的穿透能力，但是精確度也隨之下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)的不足，提供一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，并給出基于該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的方法。本發(fā)明所述的室內(nèi)定位系統(tǒng)能夠針對(duì)多個(gè)有脈搏的生命體，實(shí)現(xiàn)基于角度的高精度室內(nèi)三維空間定位，且部署簡(jiǎn)單、功耗小、成本低，實(shí)時(shí)性好。此外，本發(fā)明的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法可以和現(xiàn)有的智能終端，尤其是移動(dòng)智能終端相結(jié)合，具備了優(yōu)秀的可移植性。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，所述的定位為三維空間定位，所述的多目標(biāo)為一個(gè)或一個(gè)以上的具有脈搏的生命體，該系統(tǒng)包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元，其中:
[0005]所述的視頻采集單元由多個(gè)視頻采集設(shè)備組成，用于獲取生命體的視頻信息，并將所獲得的視頻信息傳遞給脈搏波提取單元；
[0006]所述的脈搏波提取單元用于對(duì)視頻采集單元所傳遞的視頻信息進(jìn)行分析，基于視頻內(nèi)的脈搏信息點(diǎn)提取出視頻中所包含的脈搏波數(shù)據(jù)，再將所提取的每一條脈搏波數(shù)據(jù)及其所對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備和脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置傳遞給位置計(jì)算單元，所述的脈搏信息點(diǎn)是指視頻中的生命體身體上能夠提取出脈搏波信息的部位；
[0007]所述的位置計(jì)算單元用于對(duì)脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個(gè)視頻采集設(shè)備的所有脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和歸一化處理，再根據(jù)這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置，計(jì)算出該生命體的位置，實(shí)現(xiàn)該生命體的室內(nèi)三維空間定位。
[0008]其中，所述的視頻采集單元與脈搏波提取單元之間、脈搏波提取單元與位置計(jì)算單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進(jìn)行連接，以保證數(shù)據(jù)的有效傳輸?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要，全部采用有線方式連接，全部采用無線方式連接，或部分采用有線方式連接、部分采用無線方式連接。
[0009]所述的視頻采集設(shè)備數(shù)量至少為兩個(gè)，以保證后續(xù)計(jì)算可以進(jìn)行，若要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的全局定位，則需保證室內(nèi)每一點(diǎn)至少能在兩個(gè)或兩個(gè)以上視頻采集設(shè)備的采集范圍內(nèi)。同時(shí)，也可以通過布置更廣范圍、更多數(shù)量的視頻采集設(shè)備以提高室內(nèi)定位的精確度。所述的視頻采集設(shè)備選自攝像機(jī)、照相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭的任意一種或多種。
[0010]所述的脈搏波提取單元為一臺(tái)具有視頻圖像處理和信息分析能力的終端。作為優(yōu)選，所述的脈搏波提取單元可以是一臺(tái)移動(dòng)智能終端。脈搏波提取單元基于視頻提取脈搏波數(shù)據(jù)的方法可參照已授權(quán)專利《一種非約束目標(biāo)的非接觸式脈搏波采集系統(tǒng)及采集方法》(201310082729.3)。
[0011]所述的位置計(jì)算單元為一臺(tái)具有數(shù)據(jù)處理能力的終端。作為優(yōu)選，所述的位置計(jì)算單元為一臺(tái)移動(dòng)智能終端。
[0012]作為優(yōu)選，所述的脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元可以集成在同一臺(tái)具有視頻圖像處理、信息分析和數(shù)據(jù)處理能力的終端上。更優(yōu)選的，所述的脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元可以集成在同一臺(tái)移動(dòng)智能終端上。
[0013]特別地，所述的基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)可以和身份識(shí)別相結(jié)合。即，當(dāng)脈搏波提取單元提取出視頻信號(hào)中脈搏波數(shù)據(jù)，可以與現(xiàn)有的信息庫(kù)中存儲(chǔ)的具備身份識(shí)別特征的生理信息相比對(duì)，從而明確脈搏波數(shù)據(jù)來自的生命體身份，再運(yùn)用到后續(xù)定位中。即，本發(fā)明通過該方式可以實(shí)現(xiàn)特定身份目標(biāo)的定位。
[0014]特別地，所述的基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)可以和健康監(jiān)測(cè)相結(jié)合。即，當(dāng)脈搏波提取單元提取出視頻信號(hào)中的脈搏波數(shù)據(jù)，可以通過對(duì)該生理數(shù)據(jù)的分析產(chǎn)生對(duì)該目標(biāo)身體健康狀況的初步判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可預(yù)警。即，通過該結(jié)合，本發(fā)明通過該方式可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)目標(biāo)的健康監(jiān)護(hù)和定位救護(hù)。
[0015]本發(fā)明還提供一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位方法，所述的定位為三維空間定位，所述的多目標(biāo)為一個(gè)或一個(gè)以上的具有脈搏的生命體，該方法包括以下4個(gè)步驟:
[0016](I)場(chǎng)景布置:在所需進(jìn)行多目標(biāo)室內(nèi)定位的場(chǎng)所布置視頻采集設(shè)備作為本系統(tǒng)的視頻采集單元，要保證室內(nèi)的每個(gè)位置都在兩臺(tái)或兩臺(tái)以上視頻采集設(shè)備的采集范圍內(nèi)，將各個(gè)視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的精確位置記錄在位置計(jì)算單元內(nèi)；
[0017](2)視頻米集:當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入室內(nèi)后，視頻米集單兀獲取生命體的視頻彳目息，并將所獲得的視頻信息傳遞給脈搏波提取單元；
[0018](3)脈搏波提取:脈搏波提取單元對(duì)步驟(2)中對(duì)各個(gè)視頻采集單元所傳遞的視頻信息進(jìn)行分析，基于視頻內(nèi)的脈搏信息點(diǎn)提取出視頻中所包含的脈搏波數(shù)據(jù)，再將所提取的每一條脈搏波數(shù)據(jù)及其所對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備和脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置傳遞給位置計(jì)算單元，所述的脈搏信息點(diǎn)是指視頻中的生命體身體上能夠提取出脈搏波信息的部位；
[0019](4)位置計(jì)算:位置計(jì)算單元對(duì)(3)中脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個(gè)視頻采集設(shè)備的所有脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和歸一化處理，再根據(jù)這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置，計(jì)算出該生命體的位置，實(shí)現(xiàn)該生命體的室內(nèi)三維空間定位。
[0020]所述的步驟(I)中，布置視頻采集設(shè)備時(shí)應(yīng)根據(jù)室內(nèi)的具體布置情況，盡量使得所布置的視頻采集設(shè)備的采集范圍覆蓋室內(nèi)的各個(gè)位置，以保證室內(nèi)定位的效果。同時(shí)，也可以通過布置更廣范圍、更多數(shù)量的視頻采集設(shè)備以提高室內(nèi)定位的精確度。所述的將各個(gè)視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置記錄在位置計(jì)算單元內(nèi)的格式可以為“設(shè)備編號(hào)-設(shè)備拍攝參數(shù)-設(shè)備位置(X，y, Z) ”。由于后續(xù)位置計(jì)算時(shí)僅需各個(gè)視頻采集設(shè)備之間的相對(duì)位置，所以在這一步驟中，記錄視頻采集設(shè)備位置時(shí)所選取的參照系是任意的。
[0021]所述的步驟(3)脈搏波提取，基于視頻提取脈搏波數(shù)據(jù)的方法可參照已授權(quán)專利《一種非約束目標(biāo)的非接觸式脈搏波采集系統(tǒng)及采集方法》(201310082729.3)。
[0022]當(dāng)提取出視頻信號(hào)中的脈搏波數(shù)據(jù)之后，該信息可以和身份識(shí)別相結(jié)合。S卩，當(dāng)脈搏波提取單元提取出視頻信號(hào)中脈搏波數(shù)據(jù)，可以與現(xiàn)有的信息庫(kù)中存儲(chǔ)的具備身份識(shí)別特征的生理信息相比對(duì)，從而明確脈搏波數(shù)據(jù)來自的生命體身份，再運(yùn)用到后續(xù)定位中。即，本發(fā)明通過該方式可以實(shí)現(xiàn)特定身份目標(biāo)的定位。
[0023]此外，當(dāng)提取出視頻信號(hào)中的脈搏波數(shù)據(jù)之后，該信息還可以和健康監(jiān)測(cè)相結(jié)合。即，當(dāng)脈搏波提取單元提取出視頻信號(hào)中的脈搏波數(shù)據(jù)，可以通過對(duì)該生理數(shù)據(jù)的分析產(chǎn)生對(duì)該目標(biāo)身體健康狀況的初步判斷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可預(yù)警。即，通過該結(jié)合，本發(fā)明通過該方式可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)目標(biāo)的健康監(jiān)護(hù)和定位救護(hù)。
[0024]所述的步驟(4)位置計(jì)算，包括以下4個(gè)步驟:
[0025]①數(shù)據(jù)比對(duì):位置計(jì)算單元將步驟(3)中脈搏波處理單元所傳遞的所有脈搏波數(shù)據(jù)來進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)相似度將所有的脈搏波數(shù)據(jù)劃入若干集合，同一集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)有較高的相似度因此認(rèn)為來自于同一個(gè)生命體，集合的數(shù)量即代表所采集的區(qū)域內(nèi)生命體的個(gè)數(shù)；
[0026]②脈搏波選取:針對(duì)每個(gè)集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數(shù)據(jù)，要求每個(gè)集合內(nèi)所選取的多條脈搏波數(shù)據(jù)均來自不同的視頻采集設(shè)備；
[0027]③參數(shù)計(jì)算:針對(duì)每個(gè)集合所選取的每條脈搏波數(shù)據(jù)，分別返回其所對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備，找出該視頻采集設(shè)備所采集到的所有在此集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)，標(biāo)記這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，再運(yùn)用多脈搏信息點(diǎn)歸一法計(jì)算出投影的角度、中心和范圍這幾個(gè)參數(shù)；
[0028]④位置確定:針對(duì)每個(gè)集合，根據(jù)步驟③中多脈搏信息點(diǎn)歸一法求出的每個(gè)視頻采集設(shè)備各自的投影角度、中心和范圍，結(jié)合這些視頻采集設(shè)備在室內(nèi)的位置模擬投影，所有投影的交集即為該集合內(nèi)脈搏波數(shù)據(jù)來自的生命體在室內(nèi)的位置，對(duì)每個(gè)集合以此操作即可得知所有生命體在室內(nèi)的位置，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)三維空間定位。
[0029]所述的步驟②脈搏波選取中，需要選取至少2條相似程度最高的脈搏波數(shù)據(jù)以保證后續(xù)計(jì)算的進(jìn)行，同時(shí)，也可以通過選取更多條的脈搏波數(shù)據(jù)來提高定位的精度。針對(duì)每個(gè)集合，必須滿足所選取的多條脈搏波數(shù)據(jù)均來自不同的視頻采集設(shè)備。
[0030]所述的步驟③參數(shù)計(jì)算中，系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)集合，根據(jù)步驟②中選取出的多條脈搏波數(shù)據(jù)，返回其各自對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備，找出該視頻采集設(shè)備所采集到的所有在此集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)，即，所有來自于該生命體的脈搏波數(shù)據(jù)。在步驟(3)中，這些脈搏波數(shù)據(jù)提取自該視頻信息中不同的脈搏信息點(diǎn)，即代表同一生命體身上的不同部位。所述的多脈搏信息點(diǎn)歸一法步驟為:找到這些脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，用一個(gè)最小的平面多邊形覆蓋這些點(diǎn)，即得到一個(gè)凸包。利用計(jì)算幾何知識(shí)求出該凸包的質(zhì)心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍。再根據(jù)質(zhì)心的位置和該視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)，如焦距，可以計(jì)算出生命體質(zhì)心和視頻采集設(shè)備連線和視頻采集設(shè)備鏡頭法線之間的入射角，即可以基本確定該生命體相對(duì)于該視頻采集設(shè)備的方向。
[0031]通過多脈搏信息點(diǎn)歸一法，將得到的凸包質(zhì)心作為投影的中心，得到的凸包半徑作為投影的范圍半徑，得到的視頻采集設(shè)備到生命體質(zhì)心的射線方向作為投影方向，如此模擬投影即可以保證生命體恰好落在該投影范圍內(nèi)。
[0032]所述的④位置確定中，由于③中針對(duì)每個(gè)集合都求出了采集到該生命體的每個(gè)視頻采集設(shè)備的投影參數(shù)，根據(jù)這些視頻采集設(shè)備在室內(nèi)的位置模擬投影，所有投影區(qū)域?qū)a(chǎn)生一個(gè)交集，該交集即為該集合內(nèi)脈搏波數(shù)據(jù)來自的生命體在室內(nèi)的位置。對(duì)每個(gè)集合以此操作，即可得知所有生命體在室內(nèi)的位置，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)三維空間定位。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:
[0034](I)本發(fā)明能夠針對(duì)室內(nèi)多個(gè)具有脈搏波信號(hào)的生命體實(shí)現(xiàn)基于角度的室內(nèi)三維空間定位，相比傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)，具有更高的精確度。
[0035](2)本發(fā)明系統(tǒng)在硬件方面僅需布置普通的視頻采集設(shè)備和處理器終端，軟件方面也僅涉及常規(guī)的圖像處理和數(shù)據(jù)計(jì)算，部署簡(jiǎn)單，成本低，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0036](3)本發(fā)明的室內(nèi)定位方法步驟簡(jiǎn)單，定位過程實(shí)時(shí)性好。
[0037](4)本發(fā)明的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法可以和身份識(shí)別相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)特定身份目標(biāo)的定位；還可以和健康監(jiān)測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)目標(biāo)的健康監(jiān)護(hù)和定位救護(hù)，因此具備強(qiáng)大的可擴(kuò)展性。
[0038](5)本發(fā)明的室內(nèi)定位系統(tǒng)和方法可以和現(xiàn)有的智能終端，尤其是移動(dòng)智能終端相結(jié)合，具備了優(yōu)秀的可移植性。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)組成圖。
[0040]圖2是本發(fā)明方法流程圖。
[0041]圖3是位置計(jì)算步驟中，多脈搏信息點(diǎn)歸一法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為了更詳細(xì)地說明本發(fā)明的基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)和定位方法，下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0043]如圖1所示，本發(fā)明的基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元，其中:
[0044]所述的視頻采集單元由多個(gè)視頻采集設(shè)備組成，用于獲取生命體的視頻信息，并將所獲得的視頻信息傳遞給脈搏波提取單元；
[0045]所述的脈搏波提取單元用于對(duì)視頻采集單元所傳遞的視頻信息進(jìn)行分析，基于視頻內(nèi)的脈搏信息點(diǎn)提取出視頻中所包含的脈搏波數(shù)據(jù)，再將所提取的每一條脈搏波數(shù)據(jù)及其所對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備和脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置傳遞給位置計(jì)算單元，所述的脈搏信息點(diǎn)是指視頻中的生命體身體上能夠提取出脈搏波信息的部位；
[0046]所述的位置計(jì)算單元用于對(duì)脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個(gè)視頻采集設(shè)備的所有脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和歸一化處理，再根據(jù)這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置，計(jì)算出該生命體的位置，實(shí)現(xiàn)該生命體的室內(nèi)三維空間定位。
[0047]其中，所述的視頻采集單元與脈搏波提取單元之間、脈搏波提取單元與位置計(jì)算單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進(jìn)行連接，以保證數(shù)據(jù)的有效傳輸?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要，全部采用有線方式連接，全部采用無線方式連接，或部分采用有線方式連接、部分采用無線方式連接。
[0048]實(shí)施例1:
[0049]下面以火車站工作人員對(duì)候車廳進(jìn)行多目標(biāo)定位為例，具體說明本發(fā)明基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)和定位方法，包括如何與身份識(shí)別相結(jié)合。本實(shí)施例中，以多臺(tái)攝像頭作為視頻采集設(shè)備，以一臺(tái)具備視頻圖像處理、信息分析和數(shù)據(jù)處理能力的智能手機(jī)作為脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元，攝像頭和智能手機(jī)間通過WIFI實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
[0050]借助該系統(tǒng)，工作人員可以通過下述4個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位方法:
[0051](I)場(chǎng)景布置:
[0052]在火車站候車廳內(nèi)布置攝像頭，開啟WIFI使得攝像頭和智能手機(jī)間能夠通訊。布置攝像頭時(shí)應(yīng)根據(jù)候車廳的具體布置情況，盡量使得候車廳內(nèi)的各個(gè)位置都在兩臺(tái)或兩臺(tái)以上攝像頭的采集范圍內(nèi)，以保證室內(nèi)定位的效果。之后，將各個(gè)攝像頭的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的精確位置記錄在智能手機(jī)中，格式為“設(shè)備編號(hào)-設(shè)備拍攝參數(shù)-設(shè)備位置U，Y, z) ”，此處坐標(biāo)系可任意選取。
[0053](2)視頻采集:
[0054]在需要進(jìn)行火車站候車廳的室內(nèi)多目標(biāo)定位時(shí)，攝像頭獲取生命體的視頻信息，并將所獲得的視頻信息通過WIFI實(shí)時(shí)傳輸給智能手機(jī)。
[0055](3)脈搏波提取:
[0056]智能手機(jī)對(duì)步驟(2)中對(duì)各個(gè)攝像頭所傳遞的視頻信息進(jìn)行分析，基于視頻內(nèi)的脈搏信息點(diǎn)提取出視頻中所包含的脈搏波數(shù)據(jù)，所述的脈搏信息點(diǎn)是指視頻中的生命體身體上能夠提取出脈搏波信息的部位。由于本實(shí)施例中智能手機(jī)同時(shí)充當(dāng)了本發(fā)明的脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元，其將所提取的每一條脈搏波數(shù)據(jù)及其所對(duì)應(yīng)的攝像頭和脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置可以直接運(yùn)用于下一步驟的計(jì)算。此處，基于視頻提取脈搏波數(shù)據(jù)的方法可參照已授權(quán)專利《一種非約束目標(biāo)的非接觸式脈搏波采集系統(tǒng)及采集方法》(201310082729.3)。
[0057](4)位置計(jì)算:
[0058]智能手機(jī)對(duì)(3)中提取的來自于各個(gè)攝像頭的所有脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和歸一化處理，再根據(jù)這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，綜合攝像頭的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置，計(jì)算出該生命體的位置，實(shí)現(xiàn)三維空間定位，具體分為下述四個(gè)步驟:。
[0059]①數(shù)據(jù)比對(duì):
[0060]智能手機(jī)將步驟(3)中提取出的所有脈搏波數(shù)據(jù)來進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)相似度將所有的脈搏波數(shù)據(jù)劃入若干集合，如UpUpU3;同一集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)有較高的相似度因此認(rèn)為來自于同一個(gè)生命體，集合數(shù)量即代表所采集的區(qū)域內(nèi)生命體的個(gè)數(shù)；
[0061]當(dāng)劃分了集合之后，各個(gè)集合內(nèi)脈搏波信息可以和身份識(shí)別相結(jié)合?；疖囌緳z票處會(huì)對(duì)進(jìn)入候車廳的旅客身份進(jìn)行確認(rèn)，可以通過集成了心紋的第三代身份證認(rèn)證或其他方式認(rèn)證實(shí)現(xiàn)旅客身份和其脈搏波數(shù)據(jù)的匹配。此處，智能手機(jī)可以將該信息與之前檢票處所確認(rèn)的和旅客身份相關(guān)聯(lián)的脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而確定出所提取的各個(gè)脈搏波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的旅客身份，為后續(xù)定位服務(wù)。如發(fā)現(xiàn)集合仏中的脈搏波數(shù)據(jù)和旅客甲進(jìn)入火車站身份認(rèn)證時(shí)的脈搏波數(shù)據(jù)基本匹配，即可確定視頻所采集到的該生命體為旅客甲。
[0062]②脈搏波選取:
[0063]針對(duì)每個(gè)集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數(shù)據(jù)，要求每個(gè)集合內(nèi)所選取的多條脈搏波數(shù)據(jù)均來自不同的攝像頭。如步驟①中，位置計(jì)算單元根據(jù)相似度劃分出了 U1' U2, U3這三個(gè)集合，即分別代表甲、乙、丙這三個(gè)不同的生命體。其中，集合U1中脈搏波數(shù)據(jù)相似程度由高到低依次為(小寫字母表示脈搏波數(shù)據(jù)的編號(hào)，其后括號(hào)中的大寫字母表示采集到該條脈搏波攝像頭的編號(hào)):a (A)、d (A)、b (B)、e (B)、c (C)，f (D)……則選取2條相似程度最高的脈搏波數(shù)據(jù)時(shí)，首先選取a，d由于跟a來自同一個(gè)視頻采集設(shè)備而舍棄，再選取b，最終選取的2條脈搏波數(shù)據(jù)即為a、bo若要再選取第3條脈搏波數(shù)據(jù)，則同理舍棄e，選取C，最終選取的3條脈搏波數(shù)據(jù)即為a、b、C。
[0064]③參數(shù)計(jì)算:
[0065]針對(duì)每個(gè)集合所選取的每條脈搏波數(shù)據(jù)，分別返回其所對(duì)應(yīng)的攝像頭，找出該攝像頭所采集到的所有在此集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)，即，所有來自于該生命體的脈搏波數(shù)據(jù)。以集合仏中選取了 3條脈搏波數(shù)據(jù)a、b、c為例，首先返回a對(duì)應(yīng)的攝像頭A，找出A采集到的所有脈搏波數(shù)據(jù)，如a、d、g、h、i這5條。在步驟(3)中，這些脈搏波數(shù)據(jù)提取自該視頻信息中不同的脈搏信息點(diǎn)，即代表同一生命體身上的不同部位，如手腕、額頭、脖頸、耳后等。所述的多脈搏信息點(diǎn)歸一法如附圖3所示，步驟為:找到這些脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，用一個(gè)最小的平面多邊形覆蓋這些點(diǎn)，即得到一個(gè)凸包。利用計(jì)算幾何知識(shí)求出該凸包的質(zhì)心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍。再根據(jù)質(zhì)心的位置和該視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)，如焦距，可以計(jì)算出生命體質(zhì)心和視頻采集設(shè)備連線和視頻采集設(shè)備鏡頭法線之間的入射角，即可以基本確定該生命體相對(duì)于該視頻采集設(shè)備的方向。通過多脈搏信息點(diǎn)歸一法，將得到的凸包質(zhì)心作為投影的中心，得到的凸包半徑作為投影的范圍半徑，得到的視頻采集設(shè)備到生命體質(zhì)心的射線方向作為投影方向，如此模擬投影即可以保證生命體恰好落在該投影范圍內(nèi)。
[0066]④位置確定:
[0067]針對(duì)每個(gè)集合，根據(jù)③中多脈搏信息點(diǎn)歸一法求出的每個(gè)攝像頭各自的投影角度、中心和范圍，結(jié)合這些攝像頭在室內(nèi)的位置模擬投影，所有投影的交集即為該集合內(nèi)脈搏波數(shù)據(jù)來自的生命體在室內(nèi)的位置。如附圖3所示，集合U1的投影結(jié)果即為甲的位置。針對(duì)每個(gè)集合以此操作即可得知所有生命體在室內(nèi)的位置，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)三維空間定位。
[0068]由于和身份識(shí)別相結(jié)合，本實(shí)施例中還實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定身份旅客的定位，即可以借助該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特定旅客的尋找，或是對(duì)脈搏波數(shù)據(jù)異常的旅客進(jìn)行救護(hù)等。
[0069]實(shí)施例2:
[0070]下面以某醫(yī)院工作人員對(duì)候診廳進(jìn)行多目標(biāo)定位為例，具體說明本發(fā)明基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)和定位方法，包括如何與健康監(jiān)測(cè)相結(jié)合。本實(shí)施例中，以多臺(tái)攝像頭作為視頻采集設(shè)備，以一臺(tái)具備視頻圖像處理、信息分析和數(shù)據(jù)處理能力的PC機(jī)作為脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元，攝像頭和PC機(jī)間通過數(shù)據(jù)線以有線方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
[0071]借助該系統(tǒng)，工作人員可以通過下述4個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位方法:
[0072](I)場(chǎng)景布置:
[0073]在醫(yī)院候診廳內(nèi)布置攝像頭，連接數(shù)據(jù)線使得攝像頭和PC間能夠通訊。布置攝像頭時(shí)應(yīng)根據(jù)候診廳的具體布置情況，盡量使得候診廳內(nèi)的各個(gè)位置都在兩臺(tái)或兩臺(tái)以上攝像頭的采集范圍內(nèi)，以保證室內(nèi)定位的效果。之后，將各個(gè)攝像頭的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的精確位置記錄在PC機(jī)中，格式為“設(shè)備編號(hào)-設(shè)備拍攝參數(shù)-設(shè)備位置(X，y, z) ”，此處坐標(biāo)系可任意選取。
[0074](2)視頻采集:
[0075]在需要進(jìn)行醫(yī)院候診廳的室內(nèi)多目標(biāo)定位時(shí)，攝像頭獲取生命體的視頻信息，并將所獲得的視頻信息通過數(shù)據(jù)線實(shí)時(shí)傳輸給PC機(jī)。
[0076](3)脈搏波提取:
[0077]PC機(jī)對(duì)步驟(2)中對(duì)各個(gè)攝像頭所傳遞的視頻信息進(jìn)行分析，基于視頻內(nèi)的脈搏信息點(diǎn)提取出視頻中所包含的脈搏波數(shù)據(jù)，所述的脈搏信息點(diǎn)是指視頻中的生命體身體上能夠提取出脈搏波信息的部位。由于本實(shí)施例中PC機(jī)同時(shí)充當(dāng)了本發(fā)明的脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元，其將所提取的每一條脈搏波數(shù)據(jù)及其所對(duì)應(yīng)的攝像頭和脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置可以直接運(yùn)用于下一步驟的計(jì)算。此處，基于視頻提取脈搏波數(shù)據(jù)的方法可參照已授權(quán)專利《一種非約束目標(biāo)的非接觸式脈搏波采集系統(tǒng)及采集方法》(201310082729.3)。
[0078](4)位置計(jì)算:
[0079]PC機(jī)對(duì)(3)中提取的來自于各個(gè)攝像頭的所有脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和歸一化處理，再根據(jù)這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，綜合攝像頭的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置，計(jì)算出該生命體的位置，實(shí)現(xiàn)三維空間定位，具體分為下述四個(gè)步驟:。
[0080]①數(shù)據(jù)比對(duì):
[0081]PC機(jī)將步驟(3)中提取出的所有脈搏波數(shù)據(jù)來進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)相似度將所有的脈搏波數(shù)據(jù)劃入若干集合，如UpUpU3;同一集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)有較高的相似度因此認(rèn)為來自于同一個(gè)生命體，集合數(shù)量即代表所采集的區(qū)域內(nèi)生命體的個(gè)數(shù)；
[0082]當(dāng)劃分了集合之后，各個(gè)集合內(nèi)脈搏波信息可以和健康監(jiān)護(hù)相結(jié)合。即PC機(jī)可以集成具有脈搏波分析能力的軟件，對(duì)提取出的脈搏波數(shù)據(jù)作實(shí)時(shí)分析處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)部分生命體脈搏波異常，如搏動(dòng)速率過高或過低，則可以根據(jù)具體異常情況初步判定該生命體處于不同程度的危險(xiǎn)狀態(tài)，并予以不同程度的關(guān)注和監(jiān)護(hù)。如發(fā)現(xiàn)集合U1中的某脈搏波數(shù)據(jù)反映出該生命體脈搏逐漸衰弱乃至于停止，則可認(rèn)定為高危患者，應(yīng)迅速定位并派醫(yī)護(hù)人員實(shí)施搶救。
[0083]②脈搏波選取:
[0084]針對(duì)每個(gè)集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數(shù)據(jù)，要求每個(gè)集合內(nèi)所選取的多條脈搏波數(shù)據(jù)均來自不同的攝像頭。如步驟①中，位置計(jì)算單元根據(jù)相似度劃分出了 U1' U2, U3這三個(gè)集合，即分別代表甲、乙、丙這三個(gè)不同的生命體。其中，集合U1中脈搏波數(shù)據(jù)相似程度由高到低依次為(小寫字母表示脈搏波數(shù)據(jù)的編號(hào)，其后括號(hào)中的大寫字母表示采集到該條脈搏波攝像頭的編號(hào)):a (A)、d (A)、b (B)、e (B)、c (C)，f (D)……則選取2條相似程度最高的脈搏波數(shù)據(jù)時(shí)，首先選取a，d由于跟a來自同一個(gè)視頻采集設(shè)備而舍棄，再選取b，最終選取的2條脈搏波數(shù)據(jù)即為a、bo若要再選取第3條脈搏波數(shù)據(jù)，則同理舍棄e，選取C，最終選取的3條脈搏波數(shù)據(jù)即為a、b、C。
[0085]③參數(shù)計(jì)算:
[0086]針對(duì)每個(gè)集合所選取的每條脈搏波數(shù)據(jù)，分別返回其所對(duì)應(yīng)的攝像頭，找出該攝像頭所采集到的所有在此集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)，即，所有來自于該生命體的脈搏波數(shù)據(jù)。以集合仏中選取了 3條脈搏波數(shù)據(jù)a、b、c為例，首先返回a對(duì)應(yīng)的攝像頭A，找出A采集到的所有脈搏波數(shù)據(jù)，如a、d、g、h、i這5條。在步驟(3)中，這些脈搏波數(shù)據(jù)提取自該視頻信息中不同的脈搏信息點(diǎn)，即代表同一生命體身上的不同部位，如手腕、額頭、脖頸、耳后等。所述的多脈搏信息點(diǎn)歸一法如附圖3所示，步驟為:找到這些脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，用一個(gè)最小的平面多邊形覆蓋這些點(diǎn)，即得到一個(gè)凸包。利用計(jì)算幾何知識(shí)求出該凸包的質(zhì)心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍。再根據(jù)質(zhì)心的位置和該視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)，如焦距，可以計(jì)算出生命體質(zhì)心和視頻采集設(shè)備連線和視頻采集設(shè)備鏡頭法線之間的入射角，即可以基本確定該生命體相對(duì)于該視頻采集設(shè)備的方向。通過多脈搏信息點(diǎn)歸一法，將得到的凸包質(zhì)心作為投影的中心，得到的凸包半徑作為投影的范圍半徑，得到的視頻采集設(shè)備到生命體質(zhì)心的射線方向作為投影方向，如此模擬投影即可以保證生命體恰好落在該投影范圍內(nèi)。
[0087]④位置確定:
[0088]針對(duì)每個(gè)集合，根據(jù)③中多脈搏信息點(diǎn)歸一法求出的每個(gè)攝像頭各自的投影角度、中心和范圍，結(jié)合這些攝像頭在室內(nèi)的位置模擬投影，所有投影的交集即為該集合內(nèi)脈搏波數(shù)據(jù)來自的生命體在室內(nèi)的位置。如附圖3所示，集合U1的投影結(jié)果即為甲的位置。針對(duì)每個(gè)集合以此操作即可得知所有生命體在室內(nèi)的位置，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)三維空間定位。
[0089]由于和健康監(jiān)護(hù)相結(jié)合，本實(shí)施例中還實(shí)現(xiàn)了對(duì)候診廳內(nèi)人群的健康監(jiān)護(hù)和緊急定位救護(hù)。
[0090]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說應(yīng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素可以進(jìn)行各種修改、組合、自組合和變化，只要它們都落于所附權(quán)利要求及其等效方案所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，所述的定位為三維空間定位，所述的多目標(biāo)為一個(gè)或一個(gè)以上的具有脈搏的生命體，其特征在于，該系統(tǒng)包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計(jì)算單元，其中: 所述的視頻采集單元由多個(gè)視頻采集設(shè)備組成，用于獲取生命體的視頻信息，并將所獲得的視頻信息傳遞給脈搏波提取單元； 所述的脈搏波提取單元用于對(duì)視頻采集單元所傳遞的視頻信息進(jìn)行分析，基于視頻內(nèi)的脈搏信息點(diǎn)提取出視頻中所包含的脈搏波數(shù)據(jù)，再將所提取的每一條脈搏波數(shù)據(jù)及其所對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備和脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置傳遞給位置計(jì)算單元，所述的脈搏信息點(diǎn)是指視頻中的生命體身體上能夠提取出脈搏波信息的部位； 所述的位置計(jì)算單元用于對(duì)脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個(gè)視頻采集設(shè)備的所有脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和歸一化處理，再根據(jù)這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置，計(jì)算出該生命體的位置，實(shí)現(xiàn)該生命體的室內(nèi)三維空間定位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的視頻采集設(shè)備選自攝像機(jī)、照相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭的任意一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的脈搏波提取單元為一臺(tái)具有視頻圖像處理和信息分析能力的終端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:所述的位置計(jì)算單元為一臺(tái)具有數(shù)據(jù)處理能力的終端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)可以和身份識(shí)別相結(jié)合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)可以和健康監(jiān)測(cè)相結(jié)合。7.一種利用權(quán)利要求1所述基于視頻采集的多目標(biāo)室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于，該方法包括以下4個(gè)步驟: (1)場(chǎng)景布置:在所需進(jìn)行多目標(biāo)室內(nèi)定位的場(chǎng)所布置視頻采集設(shè)備作為本系統(tǒng)的視頻采集單元，要保證室內(nèi)的每個(gè)位置都在兩臺(tái)或兩臺(tái)以上視頻采集設(shè)備的采集范圍內(nèi)，將各個(gè)視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的精確位置記錄在位置計(jì)算單元內(nèi)； (2)視頻米集:當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入室內(nèi)后，視頻米集單兀獲取生命體的視頻?目息，并將所獲得的視頻信息傳遞給脈搏波提取單元； (3)脈搏波提取:脈搏波提取單元對(duì)步驟(2)中對(duì)各個(gè)視頻采集單元所傳遞的視頻信息進(jìn)行分析，基于視頻內(nèi)的脈搏信息點(diǎn)提取出視頻中所包含的脈搏波數(shù)據(jù)，再將所提取的每一條脈搏波數(shù)據(jù)及其所對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備和脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置傳遞給位置計(jì)算單元，所述的脈搏信息點(diǎn)是指視頻中的生命體身體上能夠提取出脈搏波信息的部位； (4)位置計(jì)算:位置計(jì)算單元對(duì)(3)中脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個(gè)視頻采集設(shè)備的所有脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和歸一化處理，再根據(jù)這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)和在室內(nèi)的位置，計(jì)算出該生命體的位置，實(shí)現(xiàn)該生命體的室內(nèi)三維空間定位。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述的步驟(4)具體包括以下4個(gè)子步驟: ①數(shù)據(jù)比對(duì):位置計(jì)算單元將步驟(3)中脈搏波處理單元所傳遞的所有脈搏波數(shù)據(jù)來進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)相似度將所有的脈搏波數(shù)據(jù)劃入若干集合，同一集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)有較高的相似度因此認(rèn)為來自于同一個(gè)生命體，集合的數(shù)量即代表所采集的區(qū)域內(nèi)生命體的個(gè)數(shù)； ②脈搏波選取:針對(duì)每個(gè)集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數(shù)據(jù)，要求每個(gè)集合內(nèi)所選取的多條脈搏波數(shù)據(jù)均來自不同的視頻采集設(shè)備； ③參數(shù)計(jì)算:針對(duì)每個(gè)集合所選取的每條脈搏波數(shù)據(jù)，分別返回其所對(duì)應(yīng)的視頻采集設(shè)備，找出該視頻采集設(shè)備所采集到的所有在此集合內(nèi)的脈搏波數(shù)據(jù)，標(biāo)記這些脈搏波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，再運(yùn)用多脈搏信息點(diǎn)歸一法計(jì)算出投影的角度、中心和范圍這幾個(gè)參數(shù)； ④位置確定:針對(duì)每個(gè)集合，根據(jù)步驟③中多脈搏信息點(diǎn)歸一法求出的每個(gè)視頻采集設(shè)備各自的投影角度、中心和范圍，結(jié)合這些視頻采集設(shè)備在室內(nèi)的位置模擬投影，所有個(gè)投影的交集即為該集合內(nèi)脈搏波數(shù)據(jù)來自的生命體在室內(nèi)的位置，對(duì)每個(gè)集合以此操作即可得知所有生命體在室內(nèi)的位置，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)三維空間定位。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述的步驟③中，所述的多脈搏信息點(diǎn)歸一法具體為:找到脈搏信息點(diǎn)在視頻圖像中的位置，用一個(gè)最小的平面多邊形覆蓋這些點(diǎn)，即得到一個(gè)凸包；計(jì)算該凸包的質(zhì)心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍；再根據(jù)質(zhì)心的位置和該視頻采集設(shè)備的拍攝參數(shù)，計(jì)算出生命體質(zhì)心和視頻采集設(shè)備連線和視頻采集設(shè)備鏡頭法線之間的入射角，即可以確定該生命體相對(duì)于該視頻采集設(shè)備的方向。
【文檔編號(hào)】G06K9/62GK105828024SQ201510014184
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月10日
【發(fā)明人】孟濬, 黃吉羊, 傅幼萍
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)