本發(fā)明涉及定位技術領域，特別涉及一種定位物體的身份識別方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術：

視覺定位是一種常用的定位技術，通過一個或多個攝像頭采集固定在待定位物體上的發(fā)光體，從而確定該發(fā)光體的三維位置是視覺定位的一種技術手段。

但是，當存在多個定位物體或者多個發(fā)光體時，確定攝像頭采集的圖像中的發(fā)光點對實際中的發(fā)光體對應關系，是視覺定位中的一大難題，無法確定對應關系，就無法實現(xiàn)發(fā)光體，即待定位物體的身份識別?，F(xiàn)有技術中的方法是讓每個發(fā)光體發(fā)出不同顏色的光，再通過rgb攝像頭通過顏色來確定。但在圖像中易于分辨的顏色數(shù)量有限，一旦發(fā)光體過多有些顏色會變得難以確定；同時rgb攝像頭很容易受到室內光噪聲的影響，常常導致結果錯誤，因此，現(xiàn)有技術中的方法無法有效的確定圖像中的發(fā)光點對實際中的發(fā)光體對應關系，導致無法追蹤多個發(fā)光體，降低用戶體驗的問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術中的方法無法有效的確定圖像中的發(fā)光點對實際中的發(fā)光體對應關系，導致無法追蹤多個發(fā)光體，降低用戶體驗的問題，提出了本發(fā)明的一種定位物體的身份識別方法、裝置和系統(tǒng)，以便解決或至少部分地解決上述問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種定位物體的身份識別方法，多個定位物體上各設置有一發(fā)光體和一慣性測量單元imu；所述方法包括：

通過雙目攝像頭模組采集所述多個發(fā)光體的當前幀圖像；

根據(jù)所述當前幀圖像中的發(fā)光點的位置，利用雙目成像原理確定與所述發(fā)光點對應的每個所述發(fā)光體相對于所述雙目攝像頭模組的三維位置坐標；

根據(jù)所述當前幀圖像中的每個所述發(fā)光點的歷史軌跡以及每個所述imu的朝向的歷史軌跡確定所述發(fā)光點與所述imu的對應關系；

利用所述發(fā)光點對應的所述三維位置坐標和與所述發(fā)光點具有對應關系的所述imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個所述定位物體的追蹤。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種定位物體的身份識別裝置，多個定位物體上各設置有一發(fā)光體和一慣性測量單元imu；所述裝置包括：

圖像采集模塊，用于通過雙目攝像頭模組采集所述多個發(fā)光體的當前幀圖像；

三維位置坐標確定模塊，用于根據(jù)所述當前幀圖像中的發(fā)光點的位置，利用雙目成像原理確定每個所述發(fā)光點對應的每個所述發(fā)光體相對于所述雙目攝像頭模組的三維位置坐標；

對應關系確定模塊，用于根據(jù)所述當前幀圖像中的每個所述發(fā)光點的歷史軌跡以及每個所述慣性測量單元imu的朝向的歷史軌跡確定所述發(fā)光點與所述imu的對應關系；

識別模塊，用于利用所述發(fā)光點對應的所述三維位置坐標和與所述發(fā)光點具有對應關系的所述imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個所述定位物體的追蹤。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種定位物體的身份識別系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：外置于定位物體的雙目攝像頭模組、分別置于多個定位物體上的定位模塊和如權利要求6-9任一項所述的定位物體的身份識別裝置；所述定位模塊包括一發(fā)光體和一慣性測量單元；

所述定位模塊和所述雙目攝像頭模組有線或無線連接所述定位物體的身份識別裝置。

綜上所述，本發(fā)明在多個定位物體上各設置一發(fā)光體和一imu，通過雙目攝像頭模組采集所述多個發(fā)光體的當前幀圖像，根據(jù)當前幀圖像中的發(fā)光點的歷史軌跡以及imu的朝向的歷史軌跡確定當前幀圖像中發(fā)光點與imu的對應關系，imu與定位物體一一對應，當確定發(fā)光點與定位物體的對應關系后，實現(xiàn)定位物體的身份識別；再利用具有對應關系的發(fā)光點對應的三維位置坐標和imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個定位物體的追蹤?？梢?，本發(fā)明通過視覺定位與imu相結合的方式實現(xiàn)多個定位物體的身份識別和追蹤，同時發(fā)光體不局限于不同的顏色，在具有相同的波長的情況下也可以實現(xiàn)；并且，成本較低，不受光噪聲的干擾，增強用戶體驗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例提供的一種定位物體的身份識別方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一個實施例提供的一種確定發(fā)光點與imu的對應關系示意圖；

圖3為本發(fā)明一個實施例提供的一種定位物體的身份識別裝置的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一個實施例提供的一種定位物體的身份識別系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明的設計思路是：在多個定位物體上各設置一發(fā)光體和一imu，通過雙目攝像頭模組采集所述多個發(fā)光體的當前幀圖像，根據(jù)當前幀圖像中的發(fā)光點的歷史軌跡以及imu的朝向的歷史軌跡確定當前幀圖像中發(fā)光點與實際中發(fā)光體的對應關系；再利用具有對應關系的發(fā)光點對應的三維位置坐標和imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個發(fā)光體的追蹤。為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

圖1為本發(fā)明一個實施例提供的一種定位物體的身份識別方法的流程示意圖。多個定位物體上各設置有一發(fā)光體和一慣性測量單元imu。如圖1所示，該方法包括：

步驟s110，通過雙目攝像頭模組采集多個發(fā)光體的當前幀圖像。

本實施例中，多個定位物體上的發(fā)光體可以是同波長的，也可以是不同波長的。

步驟s120，根據(jù)當前幀圖像中的發(fā)光點的位置，利用雙目成像原理確定與發(fā)光點對應的每個發(fā)光體相對于雙目攝像頭模組的三維位置坐標。

步驟s130，根據(jù)當前幀圖像中的每個發(fā)光點的歷史軌跡以及每個imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光點與imu的對應關系。

因為imu與定位物體一一對應，當確定發(fā)光點與imu對應關系，即確定了發(fā)光點與定位物體的對應關系后，實現(xiàn)定位物體的身份識別。

步驟s140，利用發(fā)光點對應的三維位置坐標和與發(fā)光點具有對應關系的imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個定位物體的追蹤。

雙目成像原理是基于視差原理并利用雙目攝像頭從不同的位置獲取物體的兩幅圖像，通過計算圖像中對應點間的位置偏差，來獲取物體三維集合信息的方法。該方法的優(yōu)點是效率高、精度高、結構簡單、成本低等優(yōu)點。在本實施例中，使用外置于定位物體的雙目攝像頭模組采集定位物體上紅外發(fā)光體的當前幀圖像，然后根據(jù)當前幀圖像中的發(fā)光點的位置，利用雙目成像原理確定發(fā)光體相對于雙目攝像頭模組的三維位置坐標。

慣性測量單元imu(imu)是一種可以輸出自身位移、姿態(tài)等六個自由度的傳感器，其優(yōu)點是成本低、精度高、體積小。本實施例中，將imu置于定位物體上，是為了結合imu采集的數(shù)據(jù)實現(xiàn)圖像中發(fā)光點與imu的對應關系，因為imu是與實際中發(fā)光體相對應的，所以，實現(xiàn)圖像中發(fā)光點與imu的對應關系，也就是實現(xiàn)圖像中發(fā)光點與實際中發(fā)光體的對應關系。

利用具有對應關系的發(fā)光點對應的三維位置坐標和imu采集的四元數(shù)，就可以分別實現(xiàn)每個發(fā)光體的追蹤。可見，本發(fā)明通過視覺定位與imu相結合的方式實現(xiàn)多個發(fā)光體的追蹤，同時發(fā)光體不局限于不同的顏色，在具有相同的波長的情況下也可以實現(xiàn)多個定位物體的身份識別和追蹤；并且，成本較低，不受光噪聲的干擾，增強用戶體驗。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟s130中的根據(jù)當前幀圖像中的每個發(fā)光點的歷史軌跡以及每個imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光點與imu的對應關系包括：根據(jù)當前幀圖像中的每個發(fā)光點的歷史軌跡計算每個發(fā)光點的線速度方向；根據(jù)每個imu采集的四元數(shù)確定每個imu當前朝向的單位方向向量；并根據(jù)每個imu的朝向的歷史軌跡和當前朝向的單位方向向量計算每個imu的角度變化方向；判斷每個發(fā)光點的線速度方向與每個imu塊的角度變化方向是否一致；若判斷為是，則確定方向一致的發(fā)光點與imu具有對應關系。

具體地，上述判斷發(fā)光點的線速度方向與imu的角度變化方向是否一致包括：判斷發(fā)光點的線速度方向與imu的角度變化方向的點積與自然數(shù)1的差異是否小于預設閾值；若判斷為是，則確定發(fā)光點與imu之間具有對應關系。

因為在定位物體連接到本定位系統(tǒng)中時，系統(tǒng)會為每個定位物體設定唯一的識別號，也就是發(fā)定位剛體上的發(fā)光體與該定位物體上的imu是一一對應的，當確定了圖像中發(fā)光點與imu的對應關系，就相當于確定了圖像中發(fā)光點與實際中發(fā)光體的對應關系。

圖2為本發(fā)明一個實施例提供的一種確定紅外發(fā)光點與imu的對應關系示意圖。如圖2所示，根據(jù)imu的朝向的方向向量的歷史軌跡可以確定imu上一幀的朝向的方向向量，根據(jù)imu的四元數(shù)確定imu當前朝向的單位方向向量，這樣就可以計算每個imu的角度變化方向；根據(jù)紅外發(fā)光點的歷史軌跡計算每個紅外發(fā)光點的線速度方向。當兩者一致時，就可以確定對應關系。這里的imu的朝向與手柄的朝向一致，例如圖2所示的，手柄的朝向為設置有發(fā)光體一端的延長線的指向，則imu的朝向與該指向一致。為保證imu朝向與手柄的朝向一致，在將imu設置在手柄中時，需要令imu中的一個坐標軸的方向與手柄的朝向一致。

由上述說明可知，本方案的實施需要利用發(fā)光點的歷史軌跡以及imu的朝向的歷史軌跡，所以，在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟s140的利用發(fā)光點對應的三維位置坐標和與發(fā)光點具有對應關系的imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個發(fā)光體的追蹤之后，圖1所示的方法進一步包括：保存每個發(fā)光點的三維位置坐標，并根據(jù)三維位置坐標記錄發(fā)光點的歷史軌跡；以及，保存每個imu的當前朝向的單位方向向量，并根據(jù)單位方向向量記錄imu的朝向的歷史軌跡。

在多個發(fā)光體追蹤的過程中，如果時刻進行對應關系的確定，會浪費系統(tǒng)資源，影響追蹤效率，降低用戶體驗。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟s140中的根據(jù)當前幀圖像中的每個發(fā)光點的歷史軌跡以及每個imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光體與imu的對應關系之前，圖1所示的方法進一步包括：利用三維追蹤方法確定發(fā)光點與imu的對應關系，并判斷是否存在未確定對應關系的發(fā)光點和imu；若判斷為是，對于無法確定對應關系的發(fā)光點和imu，根據(jù)每個無法確定對應關系的發(fā)光點的歷史軌跡以及每個無法確定對應關系的imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光點與imu的對應關系。

本實施例中的三維追蹤方法可以采用現(xiàn)有技術中的三維追蹤方法，當利用現(xiàn)有技術中的三維追蹤方法無法確定發(fā)光點與imu的對應關系時，對于無法確定對應關系的發(fā)光點和imu，再根據(jù)每個無法確定對應關系的發(fā)光點的歷史軌跡以及每個無法確定對應關系的imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光點與imu的對應關系。

在本實施例中，可以通過三維追蹤時輸出追蹤狀態(tài)，判斷是否存在未確定對應關系的發(fā)光點與imu。

例如，當圖像中發(fā)光點的位置較近時，三維追蹤進行估算時，在同一個方位內會出現(xiàn)兩個光點，那么，利用三維追蹤方法就無法確定；針對上述情況，在實際應用中，肯定存在無法確定對應關系的兩個發(fā)光點，和兩個imu，那么就對根據(jù)這兩個無法確定對應關系的發(fā)光點的歷史軌跡以及這兩個無法確定對應關系的imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光點與imu的對應關系。

圖3為本發(fā)明一個實施例提供的一種定位物體的身份識別裝置的結構示意圖。多個定位物體上各設置有一發(fā)光體和一慣性測量單元imu。如圖3所示，該定位物體的身份識別裝置300包括：

圖像采集模塊310，用于通過雙目攝像頭模組采集多個發(fā)光體的當前幀圖像；

三維位置坐標確定模塊320，用于根據(jù)當前幀圖像中的發(fā)光點的位置，利用雙目成像原理確定每個發(fā)光點對應的每個發(fā)光體相對于雙目攝像頭模組的三維位置坐標；

對應關系確定模塊330，用于根據(jù)當前幀圖像中的每個發(fā)光點的歷史軌跡以及每個慣性測量單元imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光點與imu的對應關系；

識別模塊340，用于利用發(fā)光點對應的三維位置坐標和與發(fā)光點具有對應關系的imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個定位物體的追蹤。

需要說明的是，本實施例中的定位物體可以是vr設備、手柄等。

在本發(fā)明的一個實施例中，對應關系確定模塊330，具體用于根據(jù)當前幀圖像中的兩個發(fā)光點的歷史軌跡計算每個發(fā)光點的線速度方向；根據(jù)imu采集的四元數(shù)確定imu當前朝向的單位方向向量；并根據(jù)imu的朝向的歷史軌跡和當前朝向的單位方向向量計算imu的角度變化方向；判斷每個發(fā)光點的線速度方向與每個imu的角度變化方向是否一致；若判斷為是，則確定方向一致的發(fā)光點與imu具有對應關系。

在本發(fā)明的一個實施例中，對應關系確定模塊330，用于分別判斷發(fā)光點的線速度方向與imu的角度變化方向的點積與自然數(shù)1的差異是否小于預設閾值；若判斷為是，則確定發(fā)光點與該imu之間具有對應關系。

在本發(fā)明的一個實施例中，裝置還包括：

存儲模塊350，用于保存每個發(fā)光點的三維位置坐標，并根據(jù)三維位置坐標記錄發(fā)光點的歷史軌跡；以及，保存imu的當前朝向的單位方向向量，并根據(jù)單位方向向量記錄imu的朝向的歷史軌跡。

在本發(fā)明的一個實施例中，處理器310，用于利用三維追蹤方法確定發(fā)光點與imu332或342的對應關系，并判斷是否存在未確定對應關系的發(fā)光點和imu；若判斷為是，對于無法確定對應關系的發(fā)光點和imu，根據(jù)每個無法確定對應關系的發(fā)光點的歷史軌跡以及每個無法確定對應關系的imu的朝向的歷史軌跡確定發(fā)光點與imu的對應關系。

本發(fā)明還提供了一種定位物體的身份識別系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：外置于定位物體的雙目攝像頭模組、分別置于多個定位物體上的定位模塊和如圖3所示的定位物體的身份識別裝置；定位模塊包括一發(fā)光體和一慣性測量單元。圖4為本發(fā)明一個實施例提供的一種定位物體的身份識別系統(tǒng)的結構示意圖。如圖4所示，該定位物體的身份識別系統(tǒng)400包括：外置于定位物體的雙目攝像頭模組410、置于定位物體上的定位模塊420、置于定位物體上的定位模塊430、如圖3所示的定位物體的身份識別裝置440。其中，定位模塊420包括發(fā)光體421和imu422；定位模塊430包括發(fā)光體431和imu432。

定位模塊420、定位模塊430和雙目攝像頭模組410有線或無線連接定位物體的身份識別裝置440。

還需要說明的是，圖3所示的裝置和圖4所示的系統(tǒng)的各實施例與圖1所示方法的各實施例對應相同，上文已有詳細說明，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明在多個定位物體上各設置一發(fā)光體和一imu，通過雙目攝像頭模組采集所述多個發(fā)光體的當前幀圖像，根據(jù)當前幀圖像中的發(fā)光點的歷史軌跡以及imu的朝向的歷史軌跡確定當前幀圖像中發(fā)光點與imu的對應關系，imu與定位物體一一對應，當確定發(fā)光點與定位物體的對應關系后，實現(xiàn)定位物體的身份識別；再利用具有對應關系的發(fā)光點對應的三維位置坐標和imu采集的四元數(shù)，分別實現(xiàn)每個定位物體的追蹤。可見，本發(fā)明通過視覺定位與imu相結合的方式實現(xiàn)多個定位物體的身份識別和追蹤，同時發(fā)光體不局限于不同的顏色，在具有相同的波長的情況下也可以實現(xiàn)；并且，成本較低，不受光噪聲的干擾，增強用戶體驗。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，在本發(fā)明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行其他的改進或變形。本領域技術人員應該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。