一种双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统，实现该方法的系统包括井上设备和井下装置，井上设备包括基站控制器、定位服务器、以太网交换机和监控终端，井下装置包括矿井本安型基站、无线射频识别标签。实施该系统的方法步骤为：(1)采用RSSI算法估算移动目标的位置；(2)对移动目标的无线射频识别标签进行匹配特征提取训练；(3)对采样后的图像进行ORB算法特征匹配；(4)利用双目CCD视觉传感器对移动目标左右图像进行立体标定；(5)获取双目CCD视觉传感器的内外参矩阵，标定移动目标的世界坐标；(6)对移动目标的世界坐标信息进行位置校正，获取矿井下移动目标的准确位置信息。本发明专利技术解决了矿井NLOS环境下移动目标的精确定位问题，提高了系统的可靠性和鲁棒性。

Method and system for positioning mine mobile target by binocular CCD vision

The invention discloses a binocular vision CCD mine mobile target positioning method and system, system implementation of the method include equipment and downhole device well, Inoue apparatus includes a base station controller, positioning server, Ethernet switches and monitoring terminal device includes underground mine intrinsically safe type base station, wireless radio frequency identification tag. Implement the method of this system is: (1) using RSSI algorithm to estimate the location of moving targets; (2) extracting training feature matching RFID tag for a moving target; (3) for sampling the image feature matching algorithm ORB; (4) using binocular visual sensor CCD for moving target around through stereo calibration; (5) the internal and external reference matrix binocular CCD vision sensor calibration, the world coordinates of moving targets; (6) the world coordinate information for a moving target position correction, accurate location information of the mobile target acquisition under mine. The invention solves the problem of accurate positioning of moving targets in a mine NLOS environment, and improves the reliability and robustness of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统
本专利技术涉及无线通信技术和计算机视觉技术，特别是涉及一种双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统。
技术介绍
煤炭是我国重要的基础能源，以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变，随着国民经济的发展和煤炭的需求量越来越大，伴随的煤矿安全生产事故也在不断增多。因此，矿井安全的要求也越来越高，这对于矿井作业人员、作业设备等移动目标定位的准确性和可靠性也提出了更高的要求。目前，已经有一些基于RFID、WIFI、Zigbee等定位技术，以及三角形质心定位、TOA、AOA等定位算法在井下人员定位方面得到应用，但上述定位技术和定位方法，在井下移动目标定位精准度上存在问题：一方面由于井下NLOS环境电磁波非直视传播和多径干扰，WIFI、Zigbee等定位技术的实时性、准确性易受影响，而且由于矿井巷道无线电磁波传输损耗大、信号衰减较为严重，采用三角形质心定位、TOA、AOA等定位算法存在较大误差，无法实现矿井移动目标的精确定位。另一方面，RFID定位技术只能进行井下移动目标的进出识别，无法实现移动目标的二维定位，尤其是，当井下出入口及工作面同一地点同时出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统，实现该方法的系统包括井上设备和井下装置，其特征在于，所述系统的井上设备包括基站控制器、定位服务器、以太网交换机和监控终端；所述系统的井下装置包括矿井本安型基站、无线射频识别标签；所述系统的井上设备通过光链路与所述井下装置进行通信；所述系统的矿井本安型基站具有LTE、WIFI、UWB等无线接口，用于井下移动目标的无线射频识别；所述系统的矿井本安型基站内置双目CCD视觉传感器，用于采集井下移动目标的左右立体图像信息，并对其进行ORB特征匹配和立体标定；所述系统的矿井本安型基站通过LTE无线网络和光链路将双目CCD视觉传感器标定的位置信息发送至井上所述定...

【技术特征摘要】
1.一种双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统，实现该方法的系统包括井上设备和井下装置，其特征在于，所述系统的井上设备包括基站控制器、定位服务器、以太网交换机和监控终端；所述系统的井下装置包括矿井本安型基站、无线射频识别标签；所述系统的井上设备通过光链路与所述井下装置进行通信；所述系统的矿井本安型基站具有LTE、WIFI、UWB等无线接口，用于井下移动目标的无线射频识别；所述系统的矿井本安型基站内置双目CCD视觉传感器，用于采集井下移动目标的左右立体图像信息，并对其进行ORB特征匹配和立体标定；所述系统的矿井本安型基站通过LTE无线网络和光链路将双目CCD视觉传感器标定的位置信息发送至井上所述定位服务器；所述系统的无线射频识别标签，作为识别标志安装或固定在井下移动目标上，用于移动目标的RSSI无线射频识别、特征提取与训练；其特征还在于，所述双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统，实施该系统的方法步骤包括：(1)所述矿井本安型基站通过接收安装或固定在移动目标上的无线射频识别标签信号，采用RSSI算法估算移动目标的位置；(2)定义所述双目CCD视觉识别的判决阈值Thr为双目CCD视觉传感器的图像信息采样最远距离；(3)当所述矿井本安型基站监测到移动目标距该基站的距离小于等于判决阈值，即dRssi≤Thr时，所述双目CCD视觉传感器对移动目标进行图像信息采样与距离计算，否则，返回步骤(1)重新估算移动目标的位置；(4)所述双目CCD视觉传感器采用ORB算法对无线射频识别标签进行特征提取训练，并根据提取特征和双目CCD视觉传感器采集到的移动目标识别标志特征进行匹配；(5)当移动目标特征匹配成功，所述双目CCD视觉传感器对移动目标图像进行左右立体标定，获取双目CCD视觉传感器的内外参数矩阵及视差均值，并采用双目CCD视觉传感器融合计算出移动目标的世界坐标信息，否则返回步骤(1)重新估算移动目标的位置；(6)根据所述矿井本安型基站所处位置，对移动目标的世界坐标信息进行校正，获取移动目标的最终位置坐标信息。2.根据权利要求1所述的双目CCD视觉矿井移动目标定位方法及系统，其特征在于，所述矿井本安型基站采用RSSI算法监测井下移动目标的接收信号强度并对井下移动目标定位，根据传播损耗理论模型计算双目CCD视觉传感器对移动目标的图像信息采样分析距离Thr，其中，Pr(dRssi)为井下环境中信号传输距离为dRssi时的信号强度，Pr(d0)为理想空间状态中信号传输距离为d0时的信号强度，k为信号强度衰减系数，i＝1，...，NLoss为实测NLoss次井下信号强度衰减系数。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，孙晓辉，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11