一種基于視頻采集的多目標室內定位系統和定位方法
【專利摘要】本發明涉及室內定位領域，具體涉及一種基于視頻采集的多目標室內定位系統及相應的方法。所述的定位為三維空間定位。所述的多目標為一個或一個以上的具有脈搏的生命體。本發明系統包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計算單元這三個組成部分，本發明方法包括場景布置、視頻采集、脈搏波提取和位置計算這四個步驟。相比傳統的室內定位系統，本發明提供的室內定位技術精度高、成本低、實時性好，同時具備優秀的可擴展性和可移植性。
【專利說明】
一種基于視頻采集的多目標室內定位系統和定位方法
技術領域
[0001]本發明涉及室內定位領域，具體涉及一種基于視頻采集的多目標室內定位系統及相應的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著科學技術的進步，定位技術也備受關注且發展迅速。當今，基于GPS的室外定位技術已經非常成熟并開始被廣泛使用，但是作為定位技術的末端，室內定位技術發展一直相對緩慢。現有的室內定位技術或是通過紅外線、超聲波等手段對室內物體的位置和運動進行感知，或是通過W1-F1、藍牙或ZigBee等無線通訊手段和待測物體進行數據交互。前者所采用的技術手段能實現較高的精確度，但是也大大增加了室內布局的復雜程度，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。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于針對現有室內定位技術的不足，提供一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，并給出基于該系統實現室內定位的方法。本發明所述的室內定位系統能夠針對多個有脈搏的生命體，實現基于角度的高精度室內三維空間定位，且部署簡單、功耗小、成本低，實時性好。此外，本發明的室內定位系統和方法可以和現有的智能終端，尤其是移動智能終端相結合，具備了優秀的可移植性。
[0004]本發明采用的技術方案如下:一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，所述的定位為三維空間定位，所述的多目標為一個或一個以上的具有脈搏的生命體，該系統包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計算單元，其中:
[0005]所述的視頻采集單元由多個視頻采集設備組成，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視頻采集單元所傳遞的視頻信息進行分析，基于視頻內的脈搏信息點提取出視頻中所包含的脈搏波數據，再將所提取的每一條脈搏波數據及其所對應的視頻采集設備和脈搏信息點在視頻圖像中的位置傳遞給位置計算單元，所述的脈搏信息點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]所述的位置計算單元用于對脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個視頻采集設備的所有脈搏波數據進行比對和歸一化處理，再根據這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設備的拍攝參數和在室內的位置，計算出該生命體的位置，實現該生命體的室內三維空間定位。
[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算單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進行連接，以保證數據的有效傳輸。可以根據實際需要，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]所述的視頻采集設備數量至少為兩個，以保證后續計算可以進行，若要實現室內的全局定位，則需保證室內每一點至少能在兩個或兩個以上視頻采集設備的采集范圍內。同時，也可以通過布置更廣范圍、更多數量的視頻采集設備以提高室內定位的精確度。所述的視頻采集設備選自攝像機、照相機、網絡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具有視頻圖像處理和信息分析能力的終端。作為優選，所述的脈搏波提取單元可以是一臺移動智能終端。脈搏波提取單元基于視頻提取脈搏波數據的方法可參照已授權專利《一種非約束目標的非接觸式脈搏波采集系統及采集方法》(201310082729.3)。
[0011]所述的位置計算單元為一臺具有數據處理能力的終端。作為優選，所述的位置計算單元為一臺移動智能終端。
[0012]作為優選，所述的脈搏波提取單元和位置計算單元可以集成在同一臺具有視頻圖像處理、信息分析和數據處理能力的終端上。更優選的，所述的脈搏波提取單元和位置計算單元可以集成在同一臺移動智能終端上。
[0013]特別地，所述的基于視頻采集的多目標室內定位系統可以和身份識別相結合。即，當脈搏波提取單元提取出視頻信號中脈搏波數據，可以與現有的信息庫中存儲的具備身份識別特征的生理信息相比對，從而明確脈搏波數據來自的生命體身份，再運用到后續定位中。即，本發明通過該方式可以實現特定身份目標的定位。
[0014]特別地，所述的基于視頻采集的多目標室內定位系統可以和健康監測相結合。即，當脈搏波提取單元提取出視頻信號中的脈搏波數據，可以通過對該生理數據的分析產生對該目標身體健康狀況的初步判斷，當發現異常時可預警。即，通過該結合，本發明通過該方式可以實現室內目標的健康監護和定位救護。
[0015]本發明還提供一種基于視頻采集的多目標室內定位方法，所述的定位為三維空間定位，所述的多目標為一個或一個以上的具有脈搏的生命體，該方法包括以下4個步驟:
[0016](I)場景布置:在所需進行多目標室內定位的場所布置視頻采集設備作為本系統的視頻采集單元，要保證室內的每個位置都在兩臺或兩臺以上視頻采集設備的采集范圍內，將各個視頻采集設備的拍攝參數和在室內的精確位置記錄在位置計算單元內；
[0017](2)視頻米集:當目標進入室內后，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:脈搏波提取單元對步驟(2)中對各個視頻采集單元所傳遞的視頻信息進行分析，基于視頻內的脈搏信息點提取出視頻中所包含的脈搏波數據，再將所提取的每一條脈搏波數據及其所對應的視頻采集設備和脈搏信息點在視頻圖像中的位置傳遞給位置計算單元，所述的脈搏信息點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)位置計算:位置計算單元對(3)中脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個視頻采集設備的所有脈搏波數據進行比對和歸一化處理，再根據這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設備的拍攝參數和在室內的位置，計算出該生命體的位置，實現該生命體的室內三維空間定位。
[0020]所述的步驟(I)中，布置視頻采集設備時應根據室內的具體布置情況，盡量使得所布置的視頻采集設備的采集范圍覆蓋室內的各個位置，以保證室內定位的效果。同時，也可以通過布置更廣范圍、更多數量的視頻采集設備以提高室內定位的精確度。所述的將各個視頻采集設備的拍攝參數和在室內的位置記錄在位置計算單元內的格式可以為“設備編號-設備拍攝參數-設備位置(X，y, Z) ”。由于后續位置計算時僅需各個視頻采集設備之間的相對位置，所以在這一步驟中，記錄視頻采集設備位置時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據的方法可參照已授權專利《一種非約束目標的非接觸式脈搏波采集系統及采集方法》(201310082729.3)。
[0022]當提取出視頻信號中的脈搏波數據之后，該信息可以和身份識別相結合。S卩，當脈搏波提取單元提取出視頻信號中脈搏波數據，可以與現有的信息庫中存儲的具備身份識別特征的生理信息相比對，從而明確脈搏波數據來自的生命體身份，再運用到后續定位中。即，本發明通過該方式可以實現特定身份目標的定位。
[0023]此外，當提取出視頻信號中的脈搏波數據之后，該信息還可以和健康監測相結合。即，當脈搏波提取單元提取出視頻信號中的脈搏波數據，可以通過對該生理數據的分析產生對該目標身體健康狀況的初步判斷，當發現異常時可預警。即，通過該結合，本發明通過該方式可以實現室內目標的健康監護和定位救護。
[0024]所述的步驟(4)位置計算，包括以下4個步驟:
[0025]①數據比對:位置計算單元將步驟(3)中脈搏波處理單元所傳遞的所有脈搏波數據來進行比對，根據相似度將所有的脈搏波數據劃入若干集合，同一集合內的脈搏波數據有較高的相似度因此認為來自于同一個生命體，集合的數量即代表所采集的區域內生命體的個數；
[0026]②脈搏波選取:針對每個集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數據，要求每個集合內所選取的多條脈搏波數據均來自不同的視頻采集設備；
[0027]③參數計算:針對每個集合所選取的每條脈搏波數據，分別返回其所對應的視頻采集設備，找出該視頻采集設備所采集到的所有在此集合內的脈搏波數據，標記這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，再運用多脈搏信息點歸一法計算出投影的角度、中心和范圍這幾個參數；
[0028]④位置確定:針對每個集合，根據步驟③中多脈搏信息點歸一法求出的每個視頻采集設備各自的投影角度、中心和范圍，結合這些視頻采集設備在室內的位置模擬投影，所有投影的交集即為該集合內脈搏波數據來自的生命體在室內的位置，對每個集合以此操作即可得知所有生命體在室內的位置，實現室內三維空間定位。
[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據以保證后續計算的進行，同時，也可以通過選取更多條的脈搏波數據來提高定位的精度。針對每個集合，必須滿足所選取的多條脈搏波數據均來自不同的視頻采集設備。
[0030]所述的步驟③參數計算中，系統針對每個集合，根據步驟②中選取出的多條脈搏波數據，返回其各自對應的視頻采集設備，找出該視頻采集設備所采集到的所有在此集合內的脈搏波數據，即，所有來自于該生命體的脈搏波數據。在步驟(3)中，這些脈搏波數據提取自該視頻信息中不同的脈搏信息點，即代表同一生命體身上的不同部位。所述的多脈搏信息點歸一法步驟為:找到這些脈搏信息點在視頻圖像中的位置，用一個最小的平面多邊形覆蓋這些點，即得到一個凸包。利用計算幾何知識求出該凸包的質心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍。再根據質心的位置和該視頻采集設備的拍攝參數，如焦距，可以計算出生命體質心和視頻采集設備連線和視頻采集設備鏡頭法線之間的入射角，即可以基本確定該生命體相對于該視頻采集設備的方向。
[0031]通過多脈搏信息點歸一法，將得到的凸包質心作為投影的中心，得到的凸包半徑作為投影的范圍半徑，得到的視頻采集設備到生命體質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。
[0032]所述的④位置確定中，由于③中針對每個集合都求出了采集到該生命體的每個視頻采集設備的投影參數，根據這些視頻采集設備在室內的位置模擬投影，所有投影區域將產生一個交集，該交集即為該集合內脈搏波數據來自的生命體在室內的位置。對每個集合以此操作，即可得知所有生命體在室內的位置，從而實現室內三維空間定位。
[0033]本發明的有益效果是:
[0034](I)本發明能夠針對室內多個具有脈搏波信號的生命體實現基于角度的室內三維空間定位，相比傳統的室內定位技術，具有更高的精確度。
[0035](2)本發明系統在硬件方面僅需布置普通的視頻采集設備和處理器終端，軟件方面也僅涉及常規的圖像處理和數據計算，部署簡單，成本低，具有廣泛的應用前景。
[0036](3)本發明的室內定位方法步驟簡單，定位過程實時性好。
[0037](4)本發明的室內定位系統和方法可以和身份識別相結合，實現特定身份目標的定位；還可以和健康監測相結合，實現室內目標的健康監護和定位救護，因此具備強大的可擴展性。
[0038](5)本發明的室內定位系統和方法可以和現有的智能終端，尤其是移動智能終端相結合，具備了優秀的可移植性。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發明系統組成圖。
[0040]圖2是本發明方法流程圖。
[0041]圖3是位置計算步驟中，多脈搏信息點歸一法的示意圖。
【具體實施方式】
[0042]為了更詳細地說明本發明的基于視頻采集的多目標室內定位系統和定位方法，下面根據附圖詳細說明本發明。
[0043]如圖1所示，本發明的基于視頻采集的多目標室內定位系統包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計算單元，其中:
[0044]所述的視頻采集單元由多個視頻采集設備組成，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視頻采集單元所傳遞的視頻信息進行分析，基于視頻內的脈搏信息點提取出視頻中所包含的脈搏波數據，再將所提取的每一條脈搏波數據及其所對應的視頻采集設備和脈搏信息點在視頻圖像中的位置傳遞給位置計算單元，所述的脈搏信息點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]所述的位置計算單元用于對脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個視頻采集設備的所有脈搏波數據進行比對和歸一化處理，再根據這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設備的拍攝參數和在室內的位置，計算出該生命體的位置，實現該生命體的室內三維空間定位。
[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算單元之間可部分或全部通過有線或無線方式進行連接，以保證數據的有效傳輸。可以根據實際需要，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]實施例1:
[0049]下面以火車站工作人員對候車廳進行多目標定位為例，具體說明本發明基于視頻采集的多目標室內定位系統和定位方法，包括如何與身份識別相結合。本實施例中，以多臺攝像頭作為視頻采集設備，以一臺具備視頻圖像處理、信息分析和數據處理能力的智能手機作為脈搏波提取單元和位置計算單元，攝像頭和智能手機間通過WIFI實現數據傳輸。
[0050]借助該系統，工作人員可以通過下述4個步驟實現基于視頻采集的多目標室內定位方法:
[0051](I)場景布置:
[0052]在火車站候車廳內布置攝像頭，開啟WIFI使得攝像頭和智能手機間能夠通訊。布置攝像頭時應根據候車廳的具體布置情況，盡量使得候車廳內的各個位置都在兩臺或兩臺以上攝像頭的采集范圍內，以保證室內定位的效果。之后，將各個攝像頭的拍攝參數和在室內的精確位置記錄在智能手機中，格式為“設備編號-設備拍攝參數-設備位置U，Y, z) ”，此處坐標系可任意選取。
[0053](2)視頻采集:
[0054]在需要進行火車站候車廳的室內多目標定位時，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實時傳輸給智能手機。
[0055](3)脈搏波提取:
[0056]智能手機對步驟(2)中對各個攝像頭所傳遞的視頻信息進行分析，基于視頻內的脈搏信息點提取出視頻中所包含的脈搏波數據，所述的脈搏信息點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。由于本實施例中智能手機同時充當了本發明的脈搏波提取單元和位置計算單元，其將所提取的每一條脈搏波數據及其所對應的攝像頭和脈搏信息點在視頻圖像中的位置可以直接運用于下一步驟的計算。此處，基于視頻提取脈搏波數據的方法可參照已授權專利《一種非約束目標的非接觸式脈搏波采集系統及采集方法》(201310082729.3)。
[0057](4)位置計算:
[0058]智能手機對(3)中提取的來自于各個攝像頭的所有脈搏波數據進行比對和歸一化處理，再根據這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，綜合攝像頭的拍攝參數和在室內的位置，計算出該生命體的位置，實現三維空間定位，具體分為下述四個步驟:。
[0059]①數據比對:
[0060]智能手機將步驟(3)中提取出的所有脈搏波數據來進行比對，根據相似度將所有的脈搏波數據劃入若干集合，如UpUpU3;同一集合內的脈搏波數據有較高的相似度因此認為來自于同一個生命體，集合數量即代表所采集的區域內生命體的個數；
[0061]當劃分了集合之后，各個集合內脈搏波信息可以和身份識別相結合。火車站檢票處會對進入候車廳的旅客身份進行確認，可以通過集成了心紋的第三代身份證認證或其他方式認證實現旅客身份和其脈搏波數據的匹配。此處，智能手機可以將該信息與之前檢票處所確認的和旅客身份相關聯的脈搏波數據進行比對，從而確定出所提取的各個脈搏波數據對應的旅客身份，為后續定位服務。如發現集合仏中的脈搏波數據和旅客甲進入火車站身份認證時的脈搏波數據基本匹配，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]針對每個集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數據，要求每個集合內所選取的多條脈搏波數據均來自不同的攝像頭。如步驟①中，位置計算單元根據相似度劃分出了 U1' U2, U3這三個集合，即分別代表甲、乙、丙這三個不同的生命體。其中，集合U1中脈搏波數據相似程度由高到低依次為(小寫字母表示脈搏波數據的編號，其后括號中的大寫字母表示采集到該條脈搏波攝像頭的編號):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據時，首先選取a，d由于跟a來自同一個視頻采集設備而舍棄，再選取b，最終選取的2條脈搏波數據即為a、bo若要再選取第3條脈搏波數據，則同理舍棄e，選取C，最終選取的3條脈搏波數據即為a、b、C。
[0064]③參數計算:
[0065]針對每個集合所選取的每條脈搏波數據，分別返回其所對應的攝像頭，找出該攝像頭所采集到的所有在此集合內的脈搏波數據，即，所有來自于該生命體的脈搏波數據。以集合仏中選取了 3條脈搏波數據a、b、c為例，首先返回a對應的攝像頭A，找出A采集到的所有脈搏波數據，如a、d、g、h、i這5條。在步驟(3)中，這些脈搏波數據提取自該視頻信息中不同的脈搏信息點，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歸一法如附圖3所示，步驟為:找到這些脈搏信息點在視頻圖像中的位置，用一個最小的平面多邊形覆蓋這些點，即得到一個凸包。利用計算幾何知識求出該凸包的質心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍。再根據質心的位置和該視頻采集設備的拍攝參數，如焦距，可以計算出生命體質心和視頻采集設備連線和視頻采集設備鏡頭法線之間的入射角，即可以基本確定該生命體相對于該視頻采集設備的方向。通過多脈搏信息點歸一法，將得到的凸包質心作為投影的中心，得到的凸包半徑作為投影的范圍半徑，得到的視頻采集設備到生命體質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。
[0066]④位置確定:
[0067]針對每個集合，根據③中多脈搏信息點歸一法求出的每個攝像頭各自的投影角度、中心和范圍，結合這些攝像頭在室內的位置模擬投影，所有投影的交集即為該集合內脈搏波數據來自的生命體在室內的位置。如附圖3所示，集合U1的投影結果即為甲的位置。針對每個集合以此操作即可得知所有生命體在室內的位置，實現室內三維空間定位。
[0068]由于和身份識別相結合，本實施例中還實現了對特定身份旅客的定位，即可以借助該系統實現特定旅客的尋找，或是對脈搏波數據異常的旅客進行救護等。
[0069]實施例2:
[0070]下面以某醫院工作人員對候診廳進行多目標定位為例，具體說明本發明基于視頻采集的多目標室內定位系統和定位方法，包括如何與健康監測相結合。本實施例中，以多臺攝像頭作為視頻采集設備，以一臺具備視頻圖像處理、信息分析和數據處理能力的PC機作為脈搏波提取單元和位置計算單元，攝像頭和PC機間通過數據線以有線方式實現數據傳輸。
[0071]借助該系統，工作人員可以通過下述4個步驟實現基于視頻采集的多目標室內定位方法:
[0072](I)場景布置:
[0073]在醫院候診廳內布置攝像頭，連接數據線使得攝像頭和PC間能夠通訊。布置攝像頭時應根據候診廳的具體布置情況，盡量使得候診廳內的各個位置都在兩臺或兩臺以上攝像頭的采集范圍內，以保證室內定位的效果。之后，將各個攝像頭的拍攝參數和在室內的精確位置記錄在PC機中，格式為“設備編號-設備拍攝參數-設備位置(X，y, z) ”，此處坐標系可任意選取。
[0074](2)視頻采集:
[0075]在需要進行醫院候診廳的室內多目標定位時，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據線實時傳輸給PC機。
[0076](3)脈搏波提取:
[0077]PC機對步驟(2)中對各個攝像頭所傳遞的視頻信息進行分析，基于視頻內的脈搏信息點提取出視頻中所包含的脈搏波數據，所述的脈搏信息點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。由于本實施例中PC機同時充當了本發明的脈搏波提取單元和位置計算單元，其將所提取的每一條脈搏波數據及其所對應的攝像頭和脈搏信息點在視頻圖像中的位置可以直接運用于下一步驟的計算。此處，基于視頻提取脈搏波數據的方法可參照已授權專利《一種非約束目標的非接觸式脈搏波采集系統及采集方法》(201310082729.3)。
[0078](4)位置計算:
[0079]PC機對(3)中提取的來自于各個攝像頭的所有脈搏波數據進行比對和歸一化處理，再根據這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，綜合攝像頭的拍攝參數和在室內的位置，計算出該生命體的位置，實現三維空間定位，具體分為下述四個步驟:。
[0080]①數據比對:
[0081]PC機將步驟(3)中提取出的所有脈搏波數據來進行比對，根據相似度將所有的脈搏波數據劃入若干集合，如UpUpU3;同一集合內的脈搏波數據有較高的相似度因此認為來自于同一個生命體，集合數量即代表所采集的區域內生命體的個數；
[0082]當劃分了集合之后，各個集合內脈搏波信息可以和健康監護相結合。即PC機可以集成具有脈搏波分析能力的軟件，對提取出的脈搏波數據作實時分析處理。當發現部分生命體脈搏波異常，如搏動速率過高或過低，則可以根據具體異常情況初步判定該生命體處于不同程度的危險狀態，并予以不同程度的關注和監護。如發現集合U1中的某脈搏波數據反映出該生命體脈搏逐漸衰弱乃至于停止，則可認定為高危患者，應迅速定位并派醫護人員實施搶救。
[0083]②脈搏波選取:
[0084]針對每個集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數據，要求每個集合內所選取的多條脈搏波數據均來自不同的攝像頭。如步驟①中，位置計算單元根據相似度劃分出了 U1' U2, U3這三個集合，即分別代表甲、乙、丙這三個不同的生命體。其中，集合U1中脈搏波數據相似程度由高到低依次為(小寫字母表示脈搏波數據的編號，其后括號中的大寫字母表示采集到該條脈搏波攝像頭的編號):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據時，首先選取a，d由于跟a來自同一個視頻采集設備而舍棄，再選取b，最終選取的2條脈搏波數據即為a、bo若要再選取第3條脈搏波數據，則同理舍棄e，選取C，最終選取的3條脈搏波數據即為a、b、C。
[0085]③參數計算:
[0086]針對每個集合所選取的每條脈搏波數據，分別返回其所對應的攝像頭，找出該攝像頭所采集到的所有在此集合內的脈搏波數據，即，所有來自于該生命體的脈搏波數據。以集合仏中選取了 3條脈搏波數據a、b、c為例，首先返回a對應的攝像頭A，找出A采集到的所有脈搏波數據，如a、d、g、h、i這5條。在步驟(3)中，這些脈搏波數據提取自該視頻信息中不同的脈搏信息點，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歸一法如附圖3所示，步驟為:找到這些脈搏信息點在視頻圖像中的位置，用一個最小的平面多邊形覆蓋這些點，即得到一個凸包。利用計算幾何知識求出該凸包的質心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍。再根據質心的位置和該視頻采集設備的拍攝參數，如焦距，可以計算出生命體質心和視頻采集設備連線和視頻采集設備鏡頭法線之間的入射角，即可以基本確定該生命體相對于該視頻采集設備的方向。通過多脈搏信息點歸一法，將得到的凸包質心作為投影的中心，得到的凸包半徑作為投影的范圍半徑，得到的視頻采集設備到生命體質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。
[0087]④位置確定:
[0088]針對每個集合，根據③中多脈搏信息點歸一法求出的每個攝像頭各自的投影角度、中心和范圍，結合這些攝像頭在室內的位置模擬投影，所有投影的交集即為該集合內脈搏波數據來自的生命體在室內的位置。如附圖3所示，集合U1的投影結果即為甲的位置。針對每個集合以此操作即可得知所有生命體在室內的位置，實現室內三維空間定位。
[0089]由于和健康監護相結合，本實施例中還實現了對候診廳內人群的健康監護和緊急定位救護。
[0090]對本領域的技術人員來說應理解，根據設計要求和其他因素可以進行各種修改、組合、自組合和變化，只要它們都落于所附權利要求及其等效方案所限定的范圍內。
【主權項】
1.一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，所述的定位為三維空間定位，所述的多目標為一個或一個以上的具有脈搏的生命體，其特征在于，該系統包括視頻采集單元，脈搏波提取單元和位置計算單元，其中: 所述的視頻采集單元由多個視頻采集設備組成，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視頻采集單元所傳遞的視頻信息進行分析，基于視頻內的脈搏信息點提取出視頻中所包含的脈搏波數據，再將所提取的每一條脈搏波數據及其所對應的視頻采集設備和脈搏信息點在視頻圖像中的位置傳遞給位置計算單元，所述的脈搏信息點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； 所述的位置計算單元用于對脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個視頻采集設備的所有脈搏波數據進行比對和歸一化處理，再根據這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設備的拍攝參數和在室內的位置，計算出該生命體的位置，實現該生命體的室內三維空間定位。2.根據權利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，其特征在于:所述的視頻采集設備選自攝像機、照相機、網絡攝像頭的任意一種或多種。3.根據權利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，其特征在于:所述的脈搏波提取單元為一臺具有視頻圖像處理和信息分析能力的終端。4.根據權利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，其特征在于:所述的位置計算單元為一臺具有數據處理能力的終端。5.根據權利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，其特征在于:該系統可以和身份識別相結合。6.根據權利要求1所述的一種基于視頻采集的多目標室內定位系統，其特征在于:該系統可以和健康監測相結合。7.一種利用權利要求1所述基于視頻采集的多目標室內定位系統的定位方法，其特征在于，該方法包括以下4個步驟: (1)場景布置:在所需進行多目標室內定位的場所布置視頻采集設備作為本系統的視頻采集單元，要保證室內的每個位置都在兩臺或兩臺以上視頻采集設備的采集范圍內，將各個視頻采集設備的拍攝參數和在室內的精確位置記錄在位置計算單元內； (2)視頻米集:當目標進入室內后，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:脈搏波提取單元對步驟(2)中對各個視頻采集單元所傳遞的視頻信息進行分析，基于視頻內的脈搏信息點提取出視頻中所包含的脈搏波數據，再將所提取的每一條脈搏波數據及其所對應的視頻采集設備和脈搏信息點在視頻圖像中的位置傳遞給位置計算單元，所述的脈搏信息點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)位置計算:位置計算單元對(3)中脈搏波處理單元所傳遞的來自于各個視頻采集設備的所有脈搏波數據進行比對和歸一化處理，再根據這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，綜合視頻采集設備的拍攝參數和在室內的位置，計算出該生命體的位置，實現該生命體的室內三維空間定位。8.根據權利要求7所述的室內定位方法，其特征在于，所述的步驟(4)具體包括以下4個子步驟: ①數據比對:位置計算單元將步驟(3)中脈搏波處理單元所傳遞的所有脈搏波數據來進行比對，根據相似度將所有的脈搏波數據劃入若干集合，同一集合內的脈搏波數據有較高的相似度因此認為來自于同一個生命體，集合的數量即代表所采集的區域內生命體的個數； ②脈搏波選取:針對每個集合，選取至少2條相似程度最高的脈搏波數據，要求每個集合內所選取的多條脈搏波數據均來自不同的視頻采集設備； ③參數計算:針對每個集合所選取的每條脈搏波數據，分別返回其所對應的視頻采集設備，找出該視頻采集設備所采集到的所有在此集合內的脈搏波數據，標記這些脈搏波數據所對應的脈搏信息點在視頻圖像中的位置，再運用多脈搏信息點歸一法計算出投影的角度、中心和范圍這幾個參數； ④位置確定:針對每個集合，根據步驟③中多脈搏信息點歸一法求出的每個視頻采集設備各自的投影角度、中心和范圍，結合這些視頻采集設備在室內的位置模擬投影，所有個投影的交集即為該集合內脈搏波數據來自的生命體在室內的位置，對每個集合以此操作即可得知所有生命體在室內的位置，實現室內三維空間定位。9.根據權利要求8所述的室內定位方法，其特征在于，所述的步驟③中，所述的多脈搏信息點歸一法具體為:找到脈搏信息點在視頻圖像中的位置，用一個最小的平面多邊形覆蓋這些點，即得到一個凸包；計算該凸包的質心和半徑，即可以基本確定該生命體的位置和所占范圍；再根據質心的位置和該視頻采集設備的拍攝參數，計算出生命體質心和視頻采集設備連線和視頻采集設備鏡頭法線之間的入射角，即可以確定該生命體相對于該視頻采集設備的方向。
【文檔編號】G06K9/62GK105828024SQ201510014184
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月10日
【發明人】孟濬, 黃吉羊, 傅幼萍
【申請人】浙江大學