一种室内视觉定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种室内视觉定位系统及方法，包括电源模块、传感器组、信息处理模块，还包括前置面板、无线通信模块，并在前置面板上设置了定位灯组。室内视觉定位装置的两个摄像机可以灵活部署于墙壁和移动载体上，具有双目视觉和单目视觉两种工作模式。基于该装置的定位方法，首先，利用摄像机的前置面板信息，标定双目视觉系统外参数；其次，利用双目视觉测量准确信息构建地图，为后续单目视觉定位模式提供先验知识；最后，运用地图中蕴含的点、线、面、距离等知识，启动单目视觉定位模式，实现高效快速定位。本发明专利技术解决了传统视觉定位方法不能兼顾精度、速度的问题，提高了定位系统的灵活性和自动化程度。

【技术实现步骤摘要】
一种室内视觉定位系统及方法
本专利技术属于视觉定位
，尤其涉及一种室内视觉定位系统及方法。
技术介绍
传统定位技术通常有全球定位系统(GPS)和航位推算方法。目前，运用机器视觉技术实现对运动目标定位或移动载体姿态估计已经成为上述定位技术的有效补充，受到国内外学者的广泛关注。根据使用摄像机方式的不同，基于视觉的定位方法主要分为3类。一是立体视觉定位，这类方法能获得较多的信息，如文[JirawinutR,PrakoonwitS,CeceljaF,etalvisualodometerforpedestriannavigation.IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2004,52(4):1166-1173]提出了一个应用于室内环境的视觉导航系统，但是算法复杂，计算成本也较高。二是全维视觉定位，这类方法可以获得大范围的信息，但图像畸变较大，如文[王景顺，陈卫东，曹其新.基于全景视觉与里程计的机器人自定位方法研究.机器人，2005,27(1)：41-45.]介绍了一种应用于足球机器人的自定位方法。三是单目视觉定位，这类方法一般用于能获得较多先验信息的环境，如文[DellaerttF,ThrunS,ThorpeC.MosaicingaLargeNumberofWidelyDispersed,Noisy,andDistortedImagesaBayesianApproach[R].USA:CamegieMellonUniversity,1999]介绍了一使用了最小二乘互相关算法和贝叶斯算法的自定位方法。在现有技术中，提出了多种借助于视觉系统解决移动载体定位问题的技术方法，弥补了传统定位方法在室内环境下的不足。中国专利CN101441769A，公开日2009年5月27日，申请号200810204397.0，单目摄像机实时视觉定位方法。本专利技术只通过单个摄像机就能实现自定位、导航作用，从而降低系统复杂度和成本。但该专利技术需要先建立目标图像特征数据库并进行实时训练，实现相机姿态估计，环境适应能力不足，定位精度受限。中国专利CN101033958A，公开日2007年9月12日，申请号200710051446.7一种机器视觉定位方法。采用两个普通摄像机共同完成检测任务，包括用于摄取目标物体的全局图像的远距离摄像机和用于摄取感兴趣部位的近距离图像的近距离摄像机。该专利技术利用两个普通摄像机实现测量的高精度要求，但是其配准过程复杂，自动化程度不高。单一采用单目视觉定位环境适应能力不足、定位精度受限于先验知识准确度，而单一采用双目视觉定位方法配准过程复杂、定位速度慢、灵活性差。因此，设计一个兼顾定位精度、系统复杂度、自动化程度等因素的视觉定位系统及方法是一个值得探索的问题。
技术实现思路
为了解决现上述问题，本专利技术提供了一种室内视觉定位系统，定位快速、系统简单、使用灵活。本专利技术所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种室内视觉定位系统，包括固定摄像机与移动摄像机,所述固定摄像机悬挂于室内墙壁上，移动摄像机安装于移动载体上，所述固定摄像机与移动摄像机上均设有前置面板、电源模块、传感器组、通信模块以及信息处理模块，所述前置面板上还设有定位灯组。进一步的，所述传感器组包括CCD传感器、倾角测量传感器、方向角传感器。进一步的，所述定位灯组包括6个颜色各不相同的定位灯，在前置面板上呈正六边形排布，移动摄像机与固定摄像机的镜头均设置在正六边形的中心位置。一种室内视觉定位方法，包括以下步骤：1)系统自检；2)固定摄像机与移动摄像机进行无线握手通信，启动双目视觉工作模式；3)固定摄像机与移动摄像机互以对方前置面板的定位灯组为参照，标定双目视觉系统；4)固定摄像机对固定摄像机与移动摄像机各自拍摄的场景图像进行处理，然后构建初始环境地图并将该地图发送给移动摄像机；5)固定摄像机与移动摄像机均进入单目视觉工作模式；6)固定摄像机跟踪移动摄像机定位灯组，计算移动摄像机的空间坐标，并将计算结果发送给移动摄像机；7)移动摄像机以环境地图的点、线距离知识为基础获取新的点、线距离特征，并将其发送给固定摄像机，若固定摄像机无法对新的点、线距离特征进行匹配，则再切换到双目视觉工作模式，进行地图更新。进一步的，所述双目视觉工作模式下移动摄像机的工作流程包括以下步骤：5A、控制云台旋转，拍摄场景图像PT，并记录姿态信息；5B、从图像PT中搜索识别固定摄像机的面板上的特征点，若识别成功则继续步骤5C，否则返回到步骤5A；5C、停止云台旋转，记录移动摄像机当前的姿态信息；5D、向固定摄像机发送双目配准请求，若收到固定摄像机的同步命令则执行步骤5E，否则返回步骤5A；5E、移动摄像机以固定摄像机发送的同步命令中的同步时间戳为准，拍摄场景图像PM；5F、向固定摄像机发送包含图像PM及移动摄像机姿态的报文；5G、移动摄像机接收固定摄像机发送来的移动摄像机当前位置坐标及环境地图信息。进一步的，所述双目视觉工作模式下固定摄像机的工作流程包括以下步骤：6A、接收移动摄像机发送的双目配准请求；6B、向移动摄像机发送双目配准同步时间戳；6C、以步骤6B中的时间戳为准，拍摄场景图像PW；6D、接收移动摄像机发送的包含图像PM及移动摄像机姿态的报文；6E、解析步骤6D中的报文，得到图像PM以及移动摄像机的姿态参数；6F、分析图像PW、PM确定两幅图像中的特征点位置；6G、分别以图像PW以及PM上特征点为参照来确定固定摄像机与移动摄像机的位姿；6H、统一以固定摄像机坐标系作为两个摄像机的世界坐标系，匹配位姿数据，若所得的位姿数据一致则执行步骤6I，否则执行步骤6B；6I、根据视觉以及传感器所得位姿数据计算固定摄像机与移动摄像机在世界坐标系中的位姿；6J、检测并匹配图像PW、PM中的角点、边缘特征；6K、根据视觉三角测量原理计算角点、直线的空间坐标；6L、绘制初始地图并将地图发送给移动摄像机。进一步的，所述单目视觉工作模式下固定摄像机的工作流程包括以下步骤：7A、固定摄像机定时采集场景图像PX；7B、检测图像PX中是否包含移动摄像机面板上的所有特征点信息，若检测到所有特征点信息则执行步骤7C，否则跳到步骤7F；7C、计算移动摄像头的空间坐标；7D、将移动摄像机的空间坐标发送给移动摄像机；7E、结束；7F、向移动摄像机发送超范围指令；7G、接收移动摄像机的地图更新请求，在图像PX中检测识别需要更新的点线特征，若检测到这些点、线特征则执行步骤7H，否则执行步骤7I；7H、向移动摄像机发送地图更新确认信息，跳到步骤7E；7I、向移动摄像机发送地图更新失败信息；7J、启动双目视觉工作模式，配准地图，跳到步骤7E。进一步的，所述单目视觉工作模式下移动摄像机的工作流程包括以下步骤：8A、接收固定摄像机发送的定位信息；8B、拍摄场景图像PY；8C、检测图像PY中角点、直线特征信息；8D、利用图中已知的点、线、距离知识计算新特征的空间坐标；8E、将新特征补充到环境地图；8F、将环境地图发送到固定摄像机确认，若确认成功则执行步骤8G，否则执行步骤8H；8G、删除旧环境地图，以新环境地图指导后续运动，跳到步骤8I；8H、用新环境地图指导移动摄像头后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内视觉定位系统，其特征在于：包括固定摄像机与移动摄像机,所述固定摄像机悬挂于室内墙壁上，移动摄像机安装于移动载体上，所述固定摄像机与移动摄像机上均设有前置面板（20）、电源模块(10)、传感器组(30)、通信模块(40)以及信息处理模块(50)，所述前置面板(20)上还设有定位灯组(21)。

【技术特征摘要】
1.一种室内视觉定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1）系统自检；2）固定摄像机与移动摄像机进行无线握手通信，启动双目视觉工作模式，所述固定摄像机悬挂于室内墙壁上，移动摄像机安装于移动载体上；3）固定摄像机与移动摄像机互以对方前置面板（20）的定位灯组（21）为参照，标定双目视觉系统；所述定位灯组包括6个颜色各不相同的定位灯，在前置面板（20）上呈正六边形排布，移动摄像机与固定摄像机的镜头（311）均设置在正六边形的中心位置，将6个定位灯作为特征点；4）固定摄像机对固定摄像机与移动摄像机各自拍摄的场景图像进行处理，然后构建初始环境地图并将该地图发送给移动摄像机；5）固定摄像机与移动摄像机均进入单目视觉工作模式；6）固定摄像机跟踪移动摄像机定位灯组（21），计算移动摄像机的空间坐标，并将计算结果发送给移动摄像机；7）移动摄像机以环境地图的点、线距离知识为基础获取新的点、线距离特征，并将其发送给固定摄像机，若固定摄像机无法对新的点、线距离特征进行匹配，则再切换到双目视觉工作模式，进行地图更新。2.根据权利要求1所述的一种室内视觉定位方法，其特征在于，所述双目视觉工作模式下移动摄像机的工作流程包括以下步骤：5A、控制云台旋转，拍摄场景图像PT，并记录姿态信息；5B、从图像PT中搜索识别固定摄像机的面板上的特征点，若识别成功则继续步骤5C，否则返回到步骤5A；5C、停止云台旋转，记录移动摄像机当前的姿态信息；5D、向固定摄像机发送双目配准请求，若收到固定摄像机的同步命令则执行步骤5E，否则返回步骤5A；5E、移动摄像机以固定摄像机发送的同步命令中的同步时间戳为准，拍摄场景图像PM；5F、向固定摄像机发送包含图像PM及移动摄像机姿态的报文；5G、移动摄像机接收固定摄像机发送来的移动摄像机当前位置坐标及环境地图信息。3.根据权利要求1所述的一种室内视觉定位方法，其特征在于，所述双目视觉工作模式下固定摄像机的工作流程包括以下步骤：6A、接收移动摄像机发送的双目配准请求；6B、向移动摄像机发送双目配准同步时间戳；6C、以步骤6B中的时间戳为准，拍摄场景图像PW；6D、接收移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩磊，徐梦溪，郑胜男，黄陈蓉，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32