DE102017000962A1 - Method for determining a head pose of a head - Google Patents
Method for determining a head pose of a head Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017000962A1 DE102017000962A1 DE102017000962.7A DE102017000962A DE102017000962A1 DE 102017000962 A1 DE102017000962 A1 DE 102017000962A1 DE 102017000962 A DE102017000962 A DE 102017000962A DE 102017000962 A1 DE102017000962 A1 DE 102017000962A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- head
- coordinate system
- target
- calibration unit
- pose
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/03—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring coordinates of points
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/04—Interpretation of pictures
- G01C11/06—Interpretation of pictures by comparison of two or more pictures of the same area
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F18/00—Pattern recognition
- G06F18/20—Analysing
- G06F18/21—Design or setup of recognition systems or techniques; Extraction of features in feature space; Blind source separation
- G06F18/214—Generating training patterns; Bootstrap methods, e.g. bagging or boosting
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
- G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
- G06T7/74—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods involving reference images or patches
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
- G06V20/50—Context or environment of the image
- G06V20/59—Context or environment of the image inside of a vehicle, e.g. relating to seat occupancy, driver state or inner lighting conditions
- G06V20/597—Recognising the driver's state or behaviour, e.g. attention or drowsiness
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
- G06V20/60—Type of objects
- G06V20/64—Three-dimensional objects
- G06V20/653—Three-dimensional objects by matching three-dimensional models, e.g. conformal mapping of Riemann surfaces
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10048—Infrared image
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
- G06T2207/30204—Marker
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Kopfpose eines Kopfes (H). Erfindungsgemäß wird ein Kopftarget (TH) an dem Kopf (H) angeordnet und eine Kopfkalibriereinheit (C) wird derart am Kopf (H) angeordnet, dass ein Kalibriereinheitkoordinatensystem (KKS) der Kopfkalibriereinheit (C) mit einem Kopfkoordinatensystem (HKS) des Kopfes (H) übereinstimmt, wobei mittels eines Referenzmesssystems gleichzeitig eine Pose des Kopftargets (TH) und des Kalibriereinheitkoordinatensystems (KKS) zu seiner Basis bestimmt wird und daraus die Kopfpose errechnet wird.The invention relates to a method for determining a head pose of a head (H). According to the invention, a head target (TH) is arranged on the head (H) and a head calibration unit (C) is arranged on the head (H) such that a calibration unit coordinate system (KKS) of the head calibration unit (C) is provided with a head coordinate system (HKS) of the head (H ), wherein a pose of the head target (TH) and the calibration unit coordinate system (KKS) is determined at the same time by means of a reference measuring system to its base and from this the head pose is calculated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Kopfpose eines Kopfes.The invention relates to a method for determining a head pose of a head.
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, ein Target am Kopf zu befestigen und mittels eines Referenzmesssystems eine Pose des Targets zu seiner Basis zu bestimmen. Danach wird eine Koordinatentransformation vom Target zum Kopfkoordinatensystem bestimmt.From the prior art, it is generally known to attach a target on the head and to determine a pose of the target to its base by means of a reference measuring system. Thereafter, a coordinate transformation from the target to the head coordinate system is determined.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Kopfpose anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved method for determining a head pose.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Kopfpose mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved by a method for determining a Kopfpose with the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Kopfpose eines Kopfes wird ein Kopftarget an dem Kopf angeordnet und eine Kopfkalibriereinheit wird derart am Kopf angeordnet, dass ein Kalibriereinheitkoordinatensystem der Kopfkalibriereinheit mit einem Kopfkoordinatensystem des Kopfes übereinstimmt, wobei mittels eines Referenzmesssystems gleichzeitig eine Pose des Kopftargets und des Kalibriereinheitkoordinatensystems zu seiner Basis bestimmt wird und daraus die Kopfpose errechnet wird.In a method according to the invention for determining a head pose of a head, a head target is arranged on the head and a head calibration unit is arranged on the head such that a calibration unit coordinate system of the head calibration unit coincides with a head coordinate system of the head, whereby a pose of the head target and the calibration unit coordinate system are simultaneously determined by means of a reference measurement system is determined to its base and from this the head pose is calculated.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine genauere Transformation in das Kopfkoordinatensystem, erfordert einen geringeren Aufwand bei einer Initialkalibrierung und ermöglicht eine einfachere Einrichtung eines Kopfkalibriersystems, welches das Kopftarget, das an dem Kopf angeordnet wird, die Kopfkalibriereinheit und das Referenzmesssystem umfasst.The method of the present invention allows more accurate transformation into the head coordinate system, requires less initial calibration effort, and allows easier setup of a head calibration system that includes the head target placed on the head, the head calibration unit, and the reference measurement system.
Des Weiteren wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine freie Kopflage während des Kalibrierprozesses (< 1 s) ermöglicht. Voraussetzung hierfür ist, dass vom Referenzmesssystem beide Targets, d. h. das Kopftarget und ein Kalibriereinheittarget der Kopfkalibriereinheit, gleichzeitig gefunden, d. h. erfasst, werden können.Furthermore, a free head position during the calibration process (<1 s) is made possible by the method according to the invention. The prerequisite for this is that both targets, ie. H. the head target and a calibration unit target of the head calibration unit, found simultaneously, d. H. can be captured.
Die kalibrierte Transformation in das Kopfkoordinatensystem ist so genau wie das Referenzmesssystem, da alle Transformationen in diesem System erhalten werden (zeitgleiche Aufnahme).The calibrated transformation into the head coordinate system is as accurate as the reference measurement system, since all transformations are obtained in this system (simultaneous recording).
Es ist kein statischer Aufbau mit einer bekannten Geometrie erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Komponenten zu dessen Durchführung können beispielsweise auch in einem herkömmlichen Büro oder an einem anderen Ort verwendet werden.There is no static structure with a known geometry required. The method according to the invention and the components for carrying it out can also be used, for example, in a conventional office or at another location.
Beim Einsatz in einer videobasierten Fahrerbeobachtung eines Fahrers eines Fahrzeugs können kostengünstig viele Bilder mit zugehöriger genauer Kopfpose aufgezeichnet werden. Diese können zum Trainieren und Evaluieren von maschinellen Lernverfahren zur Kopfposenschätzung und -detektion verwendet werden. Insbesondere aktuelle Verfahren benötigen sehr viele Trainingsdaten (> 100000). Klassische Ansätze verwenden manuelle Annotationen, mit denen ein großer Zeitaufwand einhergeht.When used in a video-based driver observation of a driver of a vehicle, many images can be recorded cost-effectively with an associated precise head pose. These can be used to train and evaluate machine learning methods for head pose estimation and detection. In particular, current methods require a large amount of training data (> 100,000). Traditional approaches use manual annotation, which takes a lot of time.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Anhand der
Zur besseren Verständlichkeit werden zunächst einige Begriffe definiert, welche im Folgenden verwendet werden.For clarity, some terms will be defined first, which will be used in the following.
Ein Kopfkoordinatensystem HKS ist ein definiertes Koordinatensystem, das fest zum (knöchernen) Kopf H des Menschen definiert ist, wie in
Eine Koordinatentransformation ist eine Beschreibung translatorischer und rotatorischer Beziehungen zwischen zwei Koordinatensystemen.A coordinate transformation is a description of translational and rotational relationships between two coordinate systems.
Kalibrierung im hier verwendeten Sinn ist das Finden einer geeigneten Koordinatentransformation zwischen zwei Koordinatensystemen.Calibration, as used herein, is finding a suitable coordinate transformation between two coordinate systems.
Eine Kopfpose ist eine Koordinatentransformation zwischen dem Kopfkoordinatensystem HKS und einem Referenz-Koordinatensystem, zum Beispiel einem Kamerakoordinatensystem oder einem Fahrzeugkoordinatensystem.A head pose is a coordinate transformation between the head coordinate system HKS and a reference coordinate system, for example, a camera coordinate system or a vehicle coordinate system.
Eine Kalibriervorrichtung, insbesondere eine Kopfkalibriereinheit C im hier verwendeten Sinn, ist, wie beispielsweise in
Bei der Entwicklung und Evaluation von Systemen zur Schätzung der Kopfpose wird ein genaues Referenzmesssystem zur Bestimmung der Kopfpose benötigt. Ziel ist es, zu jedem Zeitpunkt eine genaue Messung sowohl der Kopfposition als auch der Kopfrotation in einem Referenz-Koordinatensystem zu ermöglichen. In der Fahrerbeobachtung finden diese Messungen Anwendung im Training und der Evaluation von kamerabasierten Kopfposenschätzern.When developing and evaluating systems for estimating the head pose, an accurate reference measurement system is needed to determine the head pose. The aim is to enable an accurate measurement of both the head position and the head rotation in a reference coordinate system at all times. In driver observation, these measurements are used in training and the evaluation of camera-based head position estimators.
In einer solchen Fahrerbeobachtung kann die Kopfpose in nachgelagerten Verfahren verwendet werden, um Eindrücke, insbesondere Informationen über den Zustand des Fahrers, zu erlangen. Beispielsweise kann die Kopfpose für eine Fahrerverhaltensanalyse und daraus resultierend zum Beispiel für eine Vorhersage des Fahrerverhaltens verwendet werden. Des Weiteren kann die Kopfpose beispielsweise zum Betrieb eines dreidimensionalen Displays verwendet werden, da hierfür eine genaue Kenntnis des Nasions N im Display-Koordinatensystem erforderlich ist. Zudem kann die Kopfpose beispielsweise für eine Müdigkeitserkennung verwendet werden, beispielsweise zum Erfassen des Lidschluss und/oder Lidschlags und/oder zur Ermittlung des PERCLOS-Maßes.In such a driver observation, the head pose may be used in downstream methods to obtain impressions, in particular information about the condition of the driver. For example, the head pose can be used for a driver behavior analysis and, as a result, for example, for predicting driver behavior. Furthermore, the head pose can be used, for example, for the operation of a three-dimensional display, as this requires an exact knowledge of the Nasion N in the display coordinate system. In addition, the head pose can be used, for example, for detection of tiredness, for example for detecting eyelid closure and / or eyelid striking and / or for determining the PERCLOS measurement.
Für eine automatische Längs- und Querregelung des Fahrzeugs
Bei beispielsweise kamerabasierten Systemen zur Schätzung der Kopfpose ist es wichtig, das Gesicht des Fahrers nicht durch Messtechnik zu verdecken. Diese Kopfposenschätzung wird üblicherweise durch eine nichtinvasive Messung durchgeführt.For example, in the case of camera-based head pose estimation systems, it is important not to obscure the driver's face with metrology. This head pose estimation is usually performed by a non-invasive measurement.
Im Folgenden wird, insbesondere anhand
Aus dem Stand der Technik sind bereits Messsysteme zur Bestimmung der Koordinatentransformation eines oder mehrerer wohldefinierter Objekte, im Folgenden als Targets bezeichnet, zum Referenz-Koordinatensystem bekannt. Zugrundeliegende Technologien sind beispielsweise elektromagnetische Sensoren, Inertialsensoren, laserbasierte, optische Sensoren, bildbasierte Verfahren (beispielsweise Perspective-n-Point Algorithmus, beschrieben in
Diese Referenzmesssysteme können die Pose des Targets zu ihrer Basis bestimmen. Wird das Target als ein Kopftarget TH am Kopf H befestigt, wie in den
An dieser Stelle setzt das im Folgenden beschriebene neue Verfahren an, da mittels dieses neuen Verfahrens und insbesondere mittels der hierfür verwendeten Kopfkalibriereinheit C eine solche Koordinatentransformation vom Kopftarget TH zum Kopfkoordinatensystem HKS gefunden wird, wie später noch detailliert beschrieben wird. Diese Koordinatentransformation vom Kopftarget TH zum Kopfkoordinatensystem HKS kann zur Bestimmung der Kopfpose verwendet werden, solange das Kopftarget TH seine Lage auf dem Kopf H beibehält, d. h. insbesondere nicht verrutscht. Sofern die Lage des Kopftargets TH gegenüber dem Kopf H identisch mit der Lage während der Kalibrierung ist, kann die Transformation des Kopftargets TH in das Kopfkoordinatensystem HKS verwendet werden, auch zeitlich rückwirkend. Angewendet werden können dieses neue Verfahren und die hierfür verwendete Kopfkalibriereinheit C insbesondere in der videobasierten Fahrerbeobachtung.At this point, the new method described below sets in, since by means of this new method, and in particular by means of the head calibration unit C used for this purpose, such a coordinate transformation from the head target T H to the head coordinate system HKS is found, as will be described in detail later. This coordinate transformation from the head target T H to the head coordinate system HKS can be used for determining the head pose, as long as the head target T H maintains its position on the head H, that in particular does not slip. If the position of the head target T H relative to the head H is identical to the position during the calibration, the transformation of the head target T H into the head coordinate system HKS can be used, also with retroactive effect. This new method and the head calibration unit C used for this purpose can be used in particular in video-based driver observation.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren bekannt, welche die oben genannten Referenzmesssysteme zur Kopfposenschätzung nutzen.Methods are already known from the prior art, which use the above-mentioned reference measuring systems for Kopfposenschätzung.
Es ist beispielsweise eine Rotationsschätzung ohne Translationsschätzung bekannt. Derartige Verfahren schätzen lediglich die Rotation der Transformation, vernachlässigen aber die Translation.For example, a rotation estimation without translation estimation is known. Such methods only estimate the rotation of the transformation, but neglect the translation.
Des Weiteren ist eine relative Posenschätzung bekannt. Hierzu nutzen Verfahren ein initiales ”Geradeausschauen” des Trägers des Kopftargets TH als Kalibrierung. Posenänderungen des Kopftargets TH werden relativ zur Initialpose des Kopftargets TH bestimmt. Hier treten hohe Varianzen durch die Wahrnehmung des Trägers und auch zwischen Trägern auf, d. h. eine Wiederholgenauigkeit ist beeinträchtigt.Furthermore, a relative pose estimation is known. For this purpose, methods use an initial "straight-ahead view" of the wearer of the head target T H as a calibration. Pose changes of the head target T H are determined relative to the initial pose of the head target T H. Here, high variances occur through the perception of the wearer and also between wearers, ie a repeatability is impaired.
Des Weiteren ist ein System bekannt, welches als Referenzmesssystem für die Fahrerbeobachtung einen laserbasierten optischen Sensor nutzt. Als Kalibiervorrichtung wird ein Gestell verwendet, das auf das Lenkrad des Fahrzeuges
Bei einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird eine zentral auf dem Kopf H getragene Tiara, wie in
Ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren ist das so genannte iterative Point-Cloud Model Fitting. Die Schätzung der Kopfpose kann über das Fitten eines flexiblen Modells auf eine Punktwolke des Kopfes H erfolgen. Dies erfolgt meist durch einen iterativen Algorithmus. Dieser kann durch verrauschte Punktwolkenkoordinaten nicht immer das globale Optimum finden. Weiterhin ist keine Aussage über die Genauigkeit des Fits möglich, insbesondere wenn das flexible Modell nicht die Variation der Punktwolke repräsentieren kann.Another method known from the prior art is the so-called iterative point-cloud model fitting. The estimation of the head pose can be made by fitting a flexible model to a point cloud of the head H. This is usually done by an iterative algorithm. This can not always find the global optimum due to noisy point cloud coordinates. Furthermore, no statement about the accuracy of the fit is possible, especially if the flexible model can not represent the variation of the point cloud.
Das im Folgenden insbesondere anhand
Im Folgenden finden alle Transformationen in homogenen Koordinaten statt. Eine homogene Matrix: transformiert einen Punkt
Die Annahme ist ein Referenzmesssystem, das gleichzeitig die Pose mindestens zweier Targets TH, TC zur Basis B, d. h. zum Basiskoordinatensystem B des Referenzmesssystems, bestimmen kann. Das Referenzmesssystem umfasst vorteilhafterweise zwei Kameras und eine Infrarotbeleuchtung.The assumption is a reference measuring system which can simultaneously determine the pose of at least two targets T H , T C to the base B, ie to the base coordinate system B of the reference measuring system. The reference measuring system advantageously comprises two cameras and one infrared illumination.
Das Kopftarget TH ist am Kopf H angebracht, wie in
Ein Kalibriereinheitkoordinatensystem KKS der Kopfkalibriereinheit C ist so gewählt, dass es beim Aufliegen auf dem Kopf H mit dem Kopfkoordinatensystem HKS des Kopfes H übereinstimmt. Die Pose des Kalibriereinheittargets TC zum Kalibriereinheitkoordinatensystem KKS an der Kopfkalibriereinheit C ist bekannt (via Konstruktionsplan). Das Kalibriereinheitkoordinatensystem KKS hat seinen Ursprung in einem Nasionstempel NS der Kopfkalibriereinheit C. Die x-Richtung X verläuft analog zum Kopfkoordinatensystem HKS zur Kopfkalibriereinheit C hin. Die negative z-Richtung Z verläuft vom Nasion N zu einem Kinnstempel KS der Kopfkalibriereinheit C. Die y-Richtung Y verläuft entlang zweier Wangenstempel eines Doppelstempels DS der Kopfkalibriereinheit C.A calibration unit coordinate system KKS of the head calibration unit C is selected so that it coincides when resting on the head H with the head coordinate system HKS of the head H. The pose of the calibration unit target T C to the calibration unit coordinate system KKS at the head calibration unit C is known (via construction plan). The calibration unit coordinate system KKS has its origin in a nasion stamp NS of the head calibration unit C. The x-direction X is similar to the head coordinate system HKS to Kopfkalibriereinheit C. The negative z-direction Z runs from the nasion N to a chin stamp KS of the head calibration unit C. The y-direction Y runs along two cheek stamps of a double punch DS of the head calibration unit C.
Die Kopfkalibriereinheit C ist so gestaltet, dass sie reproduzierbar auf jeden Kopf H aufgesetzt werden kann. Der Nasionstempel NS liegt zentral auf dem Nasion N auf, der Kinnstempel KS kann entlang der Z-Achse des Kopfkoordinatensystems HKS verschoben werden, um auf dem Kinn K aufzuliegen. Ein Doppelstempel DS, umfassend die beiden Wangenstempel, wird dann entlang der negativen X-Achse in Richtung Kopf H verschoben und gegen die Wangenknochen W gepresst, wie in
Der Nasionstempel NS liegt hier zentral auf dem Nasion N auf. Der Kinnstempel KS ist auf Kinnhöhe verschoben. Die beiden Wangenstempel in Form des Doppelstempels DS liegen mit gleicher Kraft auf den Wangen auf, d. h. auf den Wangenknochen W. In
Die gesuchte Transformation vom Kopftarget TH zum Kopf H kann nun errechnet werden: The sought transformation from the head target T H to the head H can now be calculated:
Das Kopfkoordinatensystem HKS und das Kalibriereinheitkoordinatensystem KKS sind während des definierten Auflegens der Kopfkalibriereinheit C auf dem Kopf H identisch, dargestellt durch die Identitätsabbildung id: The head coordinate system HKS and the calibration unit coordinate system KKS are identical during the defined placement of the head calibration unit C on the head H, represented by the identity mapping id:
Somit gilt mit Gleichung (5) durch Aufliegen des der Kopfkalibriereinheit C auf dem Kopf H: stammen vom Referenzmesssystem. Somit kann die gesuchte Transformation analytisch berechnet werden (3 Matrixmultiplikationen von homogenen Matrizen).Thus, equation (5) holds by resting the head calibration unit C on the head H: come from the reference measuring system. Thus, the sought transformation can be calculated analytically (3 matrix multiplications of homogeneous matrices).
Die Neuerung dieses Kopfkalibriersystems besteht somit in der Vorstellung eines vorteilhaft konstruierten Kopfkalibrators, d. h. der Kopfkalibriereinheit C, und einer Kalibrierroutine, die die Pose des am Kopf H getragenen Kopftargets TH im Kopfkoordinatensystem HKS findet.The innovation of this Kopfkalibriersystems thus consists in the idea of an advantageously constructed Kopfkalibrators, ie the Kopfkalibriereinheit C, and a calibration routine, which finds the pose of the head H carried on the head target T H in the head coordinate system HKS.
In der videobasierten Fahrerbeobachtung kann die Transformation vom Referenzmesssystem zum Kamerakoordinatensystem in ähnlicher Weise über ein Kalibiertarget gefunden werden, das ein Kalibrier-Schachbrett und ein Target in bekannter geometrischer Anordnung hält.In the video-based driver observation, the transformation from the reference measurement system to the camera coordinate system can similarly be found via a calibration target holding a calibration checkerboard and a target in a known geometric arrangement.
Die
Die beschriebene Lösung ermöglicht eine genauere Transformation, erfordert einen geringeren Aufwand bei der Initialkalibrierung und ermöglicht eine einfachere Einrichtung des Kalibriersystems. Zudem ermöglicht die beschriebene Lösung eine freie Kopflage während des Kalibrierprozesses (< 1 s). Voraussetzung ist, dass beide Targets TH, TC gleichzeitig gefunden werden können. Die kalibrierte Transformation ist so genau wie das Referenzmesssystem, da alle Transformationen in diesem System erhalten werden (zeitgleiche Aufnahme).The solution described allows a more accurate transformation, requires less initial calibration effort, and allows for easier setup of the calibration system. In addition, the solution described allows a free head position during the calibration process (<1 s). The prerequisite is that both targets T H , T C can be found simultaneously. The calibrated transformation is as accurate as the reference measurement system, since all transformations are obtained in this system (simultaneous acquisition).
Es ist kein statischer Aufbau mit einer bekannten Geometrie nötig. Das System kann beispielsweise auch im Büro verwendet werden.There is no need for a static structure with a known geometry. The system can also be used in the office, for example.
Beim Einsatz in der videobasierten Fahrerbeobachtung können kostengünstig viele Bilder mit zugehöriger genauer Kopfpose aufgezeichnet werden. Diese können zum Trainieren und Evaluieren von maschinellen Lernverfahren zur Kopfposenschätzung und -detektion verwendet werden. Insbesondere aktuelle Verfahren benötigen sehr viele Trainingsdaten (> 100000). Klassische Ansätze verwenden manuelle Annotationen, mit denen ein großer Zeitaufwand einhergeht. Dies wird durch die beschriebene Lösung vermieden.When used in the video-based driver observation, many images can be recorded cost-effectively with an associated precise head pose. These can be used to train and evaluate machine learning methods for head pose estimation and detection. In particular, current methods require a large amount of training data (> 100,000). Traditional approaches use manual annotation, which takes a lot of time. This is avoided by the solution described.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugvehicle
- BB
- BasiskoordinatensytemBasiskoordinatensytem
- CC
- KopfkalibiereinheitKopfkalibiereinheit
- DSDS
- Doppelstempeldouble temple
- HH
- Kopfhead
- HKSHKS
- KopfkoordinatensystemHead coordinate system
- KK
- Kinnchin
- KKSKKS
- KalibriereinheitkoordinatensystemKalibriereinheitkoordinatensystem
- KSKS
- Kinnstempelchin temple
- KTSKTS
- KopftargetkoordinatensystemHead target coordinate system
- MM
- Markermarker
- NN
- Nasionnasion
- NSNS
- NasionstempelNasionstempel
- PP
- Pfeilarrow
- TC T C
- KalibriereinheittargetKalibriereinheittarget
- TH T H
- KopftragetKopftraget
- WW
- Wangenknochencheekbone
- XX
- x-Richtungx-direction
- YY
- y-Richtungy-direction
- ZZ
- z-Richtungz-direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Lepetit, V.; Moreno-Noguer, M.; Fua, P. (2009). ”EPnP: An Accurate O(n) Solution to the PnP Problem”. International Journal of Computer Vision 81 (2): 155–166 [0035] Lepetit, V .; Moreno-Noguer, M .; Fua, P. (2009). "EPnP: An Accurate O (n) Solution to the PnP Problem". International Journal of Computer Vision 81 (2): 155-166 [0035]
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017000962.7A DE102017000962A1 (en) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | Method for determining a head pose of a head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017000962.7A DE102017000962A1 (en) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | Method for determining a head pose of a head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102017000962A1 true DE102017000962A1 (en) | 2017-11-23 |
Family
ID=60254916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102017000962.7A Withdrawn DE102017000962A1 (en) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | Method for determining a head pose of a head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102017000962A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE2350088A1 (en) * | 2023-01-31 | 2024-08-01 | Tobii Ab | Systems and methods for head pose data |
| US12554319B2 (en) | 2023-01-31 | 2026-02-17 | Tobii Ab | Systems and methods for head pose data |
-
2017
- 2017-02-03 DE DE102017000962.7A patent/DE102017000962A1/en not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Lepetit, V.; Moreno-Noguer, M.; Fua, P. (2009). "EPnP: An Accurate O(n) Solution to the PnP Problem". International Journal of Computer Vision 81 (2): 155–166 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE2350088A1 (en) * | 2023-01-31 | 2024-08-01 | Tobii Ab | Systems and methods for head pose data |
| EP4411516A1 (en) * | 2023-01-31 | 2024-08-07 | Tobii AB | Systems and methods for head pose data |
| US12554319B2 (en) | 2023-01-31 | 2026-02-17 | Tobii Ab | Systems and methods for head pose data |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69535172T2 (en) | OPHTHALMOLOGICAL MEASUREMENT AND INSPECTION DEVICE | |
| EP3256036B1 (en) | Device and method for distance determination and/or centering using corneal reflections | |
| DE102015214116A1 (en) | A method and apparatus for estimating a gaze direction of a vehicle occupant, method and apparatus for determining a vehicle occupant specific headmovement gain parameter, and method and apparatus for gaze estimating a vehicle occupant | |
| DE102014102634A1 (en) | Method for calibrating an optical arrangement, use of a display of a mobile electronic device as a calibration plate, method for displaying a periodic pattern and computer program product | |
| EP3168783A1 (en) | Method and device for evaluating the results of eye tracking | |
| DE102008027832A1 (en) | Ophthalmoscope simulator | |
| DE60123558T2 (en) | Method for processing a spectacle lens | |
| DE102009025215A1 (en) | Method and device for determining habitual head posture | |
| EP2133659A1 (en) | Method and device for determining the position of a sensor | |
| DE102017105158A1 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING A 3D POSITION OF AN OBJECT IN SPACE | |
| DE102020001882A1 (en) | Visualization device and program | |
| WO2005031647A1 (en) | Method and device for contactless optical determination of the 3-d position of an object | |
| DE102006004153B4 (en) | Automatic calibration of cooperating robots | |
| EP1450201B1 (en) | Method for determining interpupillery distance | |
| DE102020214707A1 (en) | Method and device for the computer-aided simulation of a visual aid for a user with visual defects using a device worn on his head | |
| EP3769045B1 (en) | Method for determining the position and orientation of the coordinates system of at least one camera in a vehicle relative to the coordinates system of the vehicle | |
| DE102017000962A1 (en) | Method for determining a head pose of a head | |
| DE102017100885B4 (en) | METHOD AND DEVICE FOR GENERATING AND PROJECTING A 3D THERMOGRAM COMPLETE WITH DATA ON THE RECORDING CONDITIONS | |
| DE102017122627A1 (en) | Optical measuring system and measuring method | |
| DE102007032471A1 (en) | Position determining method for e.g. on-board camera system, involves establishing representation function specifying representation of object points, and determining unknown parameters of function using numerical resolution technique | |
| DE102004050020B4 (en) | Evaluation device and evaluation method for a crash test | |
| EP2590139A1 (en) | Method and apparatus for extensive optical three-dimensional measurement of surface topographies | |
| EP3433669A1 (en) | Method and apparatus for determining 3d coordinates of at least one predetermined point of an object | |
| DE102004020356A1 (en) | Eye`s multidimensional movement detecting method for use by e.g. scientist, involves determining movement of eye and head using series of values that are acquired by taking into consideration pupil position and markings at head | |
| DE102018002224A1 (en) | Method and system for determining spatial coordinates of landmarks of a person's head |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R230 | Request for early publication | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |