一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例中提供了一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法，所述方法包括：接收IMU发送的实时采集数据；根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测并优化；接收视觉传感器采集到的室内环境信息；根据所述室内环境信息与所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行定位纠正，重建获得最终的行人的运动轨迹。本发明专利技术实施例还提供了一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建系统。本发明专利技术适用于复杂环境中的消防抢险、突发事件中的紧急救援、未知环境中自我定位及目标找寻无法预知自身位置等关键问题。

An indoor high precision track reconstruction method and system integrating IMU and visual sensor

The present invention provides an indoor high precision trajectory reconstruction method which combines IMU and visual sensor. The method includes receiving real-time acquisition data sent by IMU, predicting and optimizing the moving track of pedestrians according to the real-time acquisition data, receiving the indoor environment information collected by the visual sensor; According to the indoor environmental information and the real-time data collected, the movement trajectories of pedestrians are positioned and corrected, and the final pedestrian trajectories are reconstructed. The embodiment of the invention also provides an indoor high-precision track reconstruction system which integrates IMU and visual sensor. The invention is suitable for the key problems such as fire emergency rescue, emergency rescue in unexpected events, self positioning in unknown environment and unpredictable location of target in unknown environment.

【技术实现步骤摘要】
一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法及系统
本专利技术涉及室内导航技术，具体地，涉及一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法及系统。
技术介绍
近年来，行人导航已成为导航定位领域一个活跃的分支。在城市、室内、地下等卫星信号受限的环境中，行人导航系统可实时监测人员的位置信息，有效地解决“我在哪里”、“我应该在哪里”、“如何到达目的地”等问题，快速准确地为行人提供导航与定位服务。因此，行人导航系统研究对复杂环境中的消防抢险、突发事件中的紧急救援、未知环境中的自我定位及目标找寻等都具有重要的意义。在室外环境下，GPS能够提供精确的定位导航服务,但在室内环境中,由于建筑内部构造的复杂性和屏蔽性，GPS定位导航无法满足用户室内精准定位的需求。目前，室内定位和导航大多依赖于室内平面图的约束,而其构造往往需要大量的人工勘测(如室内公共场所：医院、大型商场、火车站等),大大降低室内定位导航系统的可扩展性。而且，传统室内定位技术主要依靠WIFI或路标的导航方案，其采集信息单一，后期维护成本高，且容易受到室内墙体影响，比如因信号衰变而导致的较大定位误差。IMU因具备体积小、质量小、可操作性强、抗干扰性好等优点，正逐步在室内外定位和导航工程中得到了广泛应用。通常情况下，IMU平台包含有一个3轴的加速度计和一个3轴的陀螺仪，加速度计传感器可以实时的反馈行人的运动中的加速度信息，陀螺仪测量的是运动物体的角速度，通过积分可以得出运动物体的角度。通过这两个传感器在理想的情况下可以直接测得行人的轨迹，但是由于IMU存在漂移和积分误差，导致定位结果很不稳定，特别是垂直方向，由于重力加速度的影响，导致高度向位移的解算存在很大的偏差。针对该问题，常规解决方案是使用IMU结合气压计的方法计算楼梯高度以实现垂直方向定位，但气压计容易受温度、气流强度等因素影响，在火灾等恶劣环境中难以实现垂直高度向的定位精度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法及系统，在基于IMU和视觉传感器的信息融合方案基础上，实现室内行人轨迹的精准重建。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法，所述方法包括：接收IMU发送的实时采集数据；根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测并优化；接收视觉传感器采集到的室内环境信息；根据所述室内环境信息与所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行定位纠正，重建获得最终的行人的运动轨迹。优选地，所述根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测的具体过程包括：根据所述实时采集数据标定行人运动轨迹，并根据所述行人运动轨迹判断所述行人的运动状态；根据所述实时采集数据确定行人初始姿态角及旋转矩阵；根据所述行人运动轨迹、行人运动状态、行人初始姿态角及旋转矩阵获得行人速度和位置，并根据所述实时采集数据对行人速度、位置、姿态角及旋转矩阵进行更新；根据所述行人速度、位置、姿态角及旋转矩阵对行人的运动轨迹进行预测。优选地，根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行优化的具体过程包括：预先设置行人的身高和体重比；根据所述预先设置的行人的身高和体重比在预定距离内采用IMU多次检测出行人的运动轨迹；将多次检测获得的行人的运动距离与实际距离进行对比；筛选出检测获得的行人的运动距离等于实际距离时所对应的预先设置的行人的身高和体重比作为优化参数对行人的运动轨迹进行优化。优选地，所述接收视觉传感器采集到的室内环境信息的具体过程包括：在二维码中导入室内环境信息；将所述二维码设置在所述视觉传感器的采集区域；接收所述视觉传感器采集所述二维码获得的室内环境信息。优选地，所述方法还包括在接收IMU发送的实时采集数据之前对所述IMU进行零偏校正的步骤。本专利技术实施例还提出了一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建系统，所述系统包括：IMU，佩戴在行人身上，用于检测行人的运动姿态；视觉传感器，用于采集辅助定位装置中预设的室内环境信息；辅助定位装置，设置在视觉传感器的采集区域中，用于视觉传感器获取所述辅助定位装置中预设的室内环境信息；处理器，其被配置具有处理器可执行指令以执行操作，使得：接收IMU发送的实时采集数据；根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测并优化；接收视觉传感器采集到的室内环境信息；根据所述室内环境信息与所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行定位纠正，重建获得最终的行人的运动轨迹。优选地，所述处理器还被配置具有处理器可执行指令以执行操作，使得：根据所述实时采集数据标定行人运动轨迹，并根据所述行人运动轨迹判断所述行人的运动状态；根据所述实时采集数据确定行人初始姿态角及旋转矩阵；根据所述行人运动轨迹、行人运动状态、行人初始姿态角及旋转矩阵获得行人速度和位置，并根据所述实时采集数据对行人速度、位置、姿态角及旋转矩阵进行更新；根据所述行人速度、位置、姿态角及旋转矩阵对行人的运动轨迹进行预测。优选地，所述处理器还被配置具有处理器可执行指令以执行操作，使得：预先设置行人的身高和体重比；根据所述预先设置的行人的身高和体重比在预定距离内采用IMU多次检测出行人的运动轨迹；将多次检测获得的行人的运动距离与实际距离进行对比；筛选出检测获得的行人的运动距离等于实际距离时所对应的预先设置的行人的身高和体重比作为优化参数对行人的运动轨迹进行优化。优选地，所述辅助定位装置采用预设有室内环境信息的二维码实现。优选地，所述处理器还被配置具有处理器可执行指令以执行操作，使得：在接收IMU发送的实时采集数据之前对所述IMU进行零偏校正。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提出应用视觉传感器解析二维码的方式，来弥补IMU传感器的累积漂移误差。由于IMU传感器工作特性会产生累积漂移误差，导致IMU获取的相关测量数据无法准确计算行人定位信息。常规的定位辅助传感器实施维护成本高，定位可靠性也存在不足，因此本专利技术提出使用简易二维码(蕴含基础位置信息)作为定位辅助路标，利用该路标可以有效弥补IMU的累积漂移误差，在经过长时间工作后，仍旧可以实现行人轨迹的精准定位和重建。附图说明图1为本实施例所述的融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法的流程图；图2为本实施例所述的根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测的流程图；图3为本实施例所述的根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行优化的流程图；图4为本实施例所述的优化前真实轨迹和重建轨迹的示意图；图5为本实施例所述的优化后真实轨迹和重建轨迹的示意图；图6为基于IMU数据的参数优化轨迹重建效果图；图7为融合IMU信息和二维码视觉信息的轨迹重建效果图。具体实施方式为了使本专利技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1所示，本实施例提出了一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法，所述方法具体包括：S101，对IMU进行零速矫正。具体的，利用零速矫正原理，提取出行人刚开始有动作时所产生的数据位置，将该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法，其特征在于，所述方法包括：接收IMU发送的实时采集数据；根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测并优化；接收视觉传感器采集到的室内环境信息；根据所述室内环境信息与所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行定位纠正，重建获得最终的行人的运动轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建方法，其特征在于，所述方法包括：接收IMU发送的实时采集数据；根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测并优化；接收视觉传感器采集到的室内环境信息；根据所述室内环境信息与所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行定位纠正，重建获得最终的行人的运动轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行预测的具体过程包括：根据所述实时采集数据标定行人运动轨迹，并根据所述行人运动轨迹判断所述行人的运动状态；根据所述实时采集数据确定行人初始姿态角及旋转矩阵；根据所述行人运动轨迹、行人运动状态、行人初始姿态角及旋转矩阵获得行人速度和位置，并根据所述实时采集数据对行人速度、位置、姿态角及旋转矩阵进行更新；根据所述行人速度、位置、姿态角及旋转矩阵对行人的运动轨迹进行预测。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述实时采集数据对行人的运动轨迹进行优化的具体过程包括：预先设置行人的身高和体重比；根据所述预先设置的行人的身高和体重比在预定距离内采用IMU多次检测出行人的运动轨迹；将多次检测获得的行人的运动距离与实际距离进行对比；筛选出检测获得的行人的运动距离等于实际距离时所对应的预先设置的行人的身高和体重比作为优化参数对行人的运动轨迹进行优化。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收视觉传感器采集到的室内环境信息的具体过程包括：在二维码中导入室内环境信息；将所述二维码设置在所述视觉传感器的采集区域；接收所述视觉传感器采集所述二维码获得的室内环境信息。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在接收IMU发送的实时采集数据之前对所述IMU进行零偏校正的步骤。6.一种融合IMU和视觉传感器的室内高精度轨迹重建系统，其特征在于，所述系统包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔建磊，金学波，苏婷立，柳胜凯，彭世禹，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京,11