一种室内定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种室内定位方法及装置，该室内定位方法包括：获取拍摄图像中的定位目标在预先建立的图像坐标系中的坐标；根据所述图像坐标系与预先建立的摄像机坐标系之间的关系，以及预先建立的世界坐标系与所述摄像机坐标系之间的关系获得所述定位目标在世界坐标系中的位置。本发明专利技术利用摄像头就可以实现高精度的定位，并且降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种室内定位方法及装置
本专利技术是关于定位技术，特别是关于一种室内定位方法及装置。
技术介绍
信息化快速发展的今天，定位技术得到迅猛发展，现被广泛应用在医疗、工业、公共安全、交通运输等各个领域。对于室外环境，全球导航卫星系统(GNSS)诸如美国的全球定位系统(GPS)、我国的北斗卫星导航系统(BDS)能够为用户提供较高精度的定位服务，基本满足了用户在室外环境中对于位置服务的需求。然而，类似个人用户、服务机器人、扫地机器人等有大量的定位需求发生在室内场景；而室内场景受到建筑物的遮挡，GNSS信号快速衰减，甚至完全拒止，无法满足室内场景中导航定位的需要。室内定位是指在室内环境中实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。随着通信技术和电子制造工艺的不断发展和普及，室内定位技术层出不穷，而且在一些行业中得到了应用。相比于美国军方于1964年正式投入使用的子午仪卫星定位系统以及后来以此为前身于1994年全面建成的GPS，室内定位技术起步较晚，美国联邦通信委员会(FCC)在1996年指定用于应急救援的E-911为室内定位标准，之后在各行业应用需求的推动下，室内定位技术得到了快速的发展。相对于传统的室外定位技术，室内定位技术由于其环境的特殊性，存在以下技术难点。(1)GPS信号变弱。室内环境由于墙体的遮蔽，尤其是钢筋混凝土时，GPS信号穿过建筑物后会明显变弱，传统依靠GPS进行定位的技术，精确度大幅降低。所以室内环境不适宜使用GPS技术进行定位。(2)障碍物多。建筑物内通常会有各种障碍物，包括家具、房间和行人等。障碍物位置各异，房间布局不同，行人时刻在动，大量的不确定性使室内环境异常复杂。(3)干扰源多。由于室内环境相对封闭，声音、光线、温度等干扰源都会对定位设备的传感器造成一定的影响，特别是声音和光线，会在室内进行多次反射，使室内干扰情况更加复杂。(4)多层建筑中的定位。室内定位不仅要考虑二维平面的位置，在多层建筑中还要考虑楼层的位置，包括地上和地下部分。(5)未知环境定位困难。目前大部分室内定位技术都是基于对室内环境了解的基础上，但实际应用中也许得不到环境信息，或者定位基础设施遭到破坏，比如地震、反恐等特殊情况时，减少对环境依赖性的室内定位也是一项难题。目前，国内外研究已提出了射频识别(RFID)、蓝牙、无线局域网(WLAN)、超宽带(UWB)等室内定位技术及系统，其中部分定位技术已经商用。但是，由于室内场景的复杂性和多样性，不同的室内定位技术也具有不同的缺点和局限性，尚未形成与GNSS类似的普适性解决方案。下面分别说明目前WIFI定位技术、蓝牙定位技术、UWB定位技术及RFID定位技术存在的问题。WIFI定位技术：无线局域网(WLAN，WirelessLAN)技术是通过射频技术来取代有线通信的方式来构建局域网，其中使用IEEE802.11系列协议的无线局域网也称为WiFi，通常基于WLAN的室内定位也是使用的WiFi网络。基于WiFi的室内定位系统主流方法是基于RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator，接收信号强度指示器)进行定位。一种是三角定位：如果我们知道了AP(AccessPoint，接入点)的位置，可以利用信号衰减模型估算出移动设备距离各个AP的距离，然后根据周围AP距离画圆，其交点就是该设备的位置。很容易发现，三角定位算法需要提前知道AP的位置，因此对于环境变化较快的场合不适合使用。而更多的定位系统是采用是指纹算法定位：指纹算法类似于机器学习算法，分为两个阶段。第一阶段是离线训练阶段，将需要室内定位区域划分网格，建立采样点(间距1～2m)使用WiFi接受设备逐个采样点采样，记录该点位置、所获取的RSSI及AP地址。对采样数据进行处理(滤波、均值等)；第二阶段是在线定位阶段，用户持移动设备在定位区域移动，实时获取当前RSSI及AP地址，将该信息上传到服务器进行匹配(匹配算法有NN、KNN、神经网络等)得到估算位置。最早提出该种定位方式的是微软的RADAR系统，此外，马里兰大学的Horus系统也非常有影响力。由于基于WiFi的室内定位系统可以使用现已部署的基础设施，因此大受应用产商青睐，Google公司已将该技术和室内地图集成到地图服务中，百度、高德等中国位置服务公司也在研发相关产品。WiFi定位系统其精度可以达到米级，定位原理如图1所示。WIFI定位技术存在如下缺点：WiFi定位系统容易受到复杂的空间环境干扰，稳定性较差、受噪声信号干扰大，定位的准确度和精度较差，且在短时间内变化较大。WiFi本身属于基础设施，是用于通信的，WiFi的AP点同时接入数量有限。所以WiFi定位系统是基于其高密度的部署，大概是5-10米的范围，这样会导致彼此信号受到干扰，导致定位误差，严重影响定位精度。现有WiFi定位系统多数采用指纹算法进行定位，但是为了维持定位精度，系统需要定期更新指纹库，如此一来给定位工作带来繁重的工作负担。WiFi定位系统工作时必须保证处于联网状态，在断网的情况下所有定位工作将全部不能运作。WiFi定位系统工程量浩大，需要在建筑内打眼儿走线，考虑到环境复杂的情况下可能存在施工较为困难，成本高昂的问题；同时WiFi的功耗比较高，也会带来较高的成本。蓝牙定位技术：蓝牙是无线技术(WPAN(WirelessPersonalAreaNetwork，无线个域网))的一个标准，是用来解决同设备之间短距离通信的一种无线通信技术，其工作在2.4GHz上，具有低功耗的显著特征。与WiFi定位类似，常采用的定位方式包括RSSI三角定位与RSSI指纹算法定位，其中，Apple公司推出的iBeacon系统定位精度可达2～3米。由于蓝牙技术在传输距离和接入量上的限制。将低功耗广域通信方式和蓝牙室内定位网络结合起来，在保持高定位精度的同时又可以延伸定位信号的覆盖范围，同时还将室内定位扩展到了室外。蓝牙设备功耗低、体积小，且蓝牙技术已广泛集成在移动设备中，因此易于推广使用。蓝牙定位技术存在如下缺点：对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性较差，受噪声信号干扰大，从而影响定位的准确度和精度。蓝牙信号距离比较近，覆盖面积相对较小，通常基于蓝牙进行定位需要更高的设备密度，多蓝牙基站容易相互影响导致定位错误，影响定位准确度。除了使用集成在移动终端上的蓝牙模块，还需要蓝牙基站，但是蓝牙基站不普及，且蓝牙器材和设备价格比较昂贵；iBeacon一般通过电池供电，有些可用3-5年，不过这也意味着每3-5年就需要更换电池，维护成本高。UWB定位技术：超宽带(UWB)技术是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。超宽带(UWB(UltraWideband))无线通信是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行通信的方式，具有传输速率高、发射功率较低、穿透能力较强的特点。通过发送纳秒级或纳秒级以下的超窄脉冲来传输数据，从而可以获得3.1～10.6GHz量级的数据带宽。正是这些优点，使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。UWB定位技术需在室内部署感应器，通过感应器感应室内物体携带的能够产生超宽带信号的电子标签来进行测距和测角，从而达到定位目的。UWB定位技术本质上和G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：获取拍摄图像中的定位目标在预先建立的图像坐标系中的坐标；根据所述图像坐标系与预先建立的摄像机坐标系之间的关系，以及预先建立的世界坐标系与所述摄像机坐标系之间的关系获得所述定位目标在世界坐标系中的位置。

【技术特征摘要】
1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：获取拍摄图像中的定位目标在预先建立的图像坐标系中的坐标；根据所述图像坐标系与预先建立的摄像机坐标系之间的关系，以及预先建立的世界坐标系与所述摄像机坐标系之间的关系获得所述定位目标在世界坐标系中的位置。2.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，还包括：建立所述世界坐标系。3.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，还包括：建立所述摄像机坐标系，所述摄像机坐标系的z轴沿所述摄像机镜头的中心轴方向，x轴为水平方法。4.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，还包括：建立所述图像坐标系，所述图像坐标系为以图像其中一角为原点的直角坐标系。5.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，还包括：建立所述图像坐标系与摄像机坐标系之间的第一关系；建立所述世界坐标系与摄像机坐标系之间第二关系。6.根据权利要求5所述的室内定位方法，其特征在于，根据所述图像坐标系与预先建立的摄像机坐标系之间的关系，以及预先建立的世界坐标系与所述摄像机坐标系之间的关系获得所述定位目标在世界坐标系中的位置，包括：根据所述第一关系及第二关系建立所述图像坐标系与世界坐标系之间的关系；根据所述图像坐标系与世界坐标系之间的关系获得所述定位目标在世界坐标系中的位置。7.根据权利要求6所述的室内定位方法，其特征在于，根据所述图像坐标系与世界坐标系之间的关系获得所述定位目标在世界坐标系中的位置，包括：获取所述第一关系中图像坐标系与摄像机坐标系的第一关系参数；获取所述第二关系中世界坐标系与摄像机坐标系的第二关系参数；根据定位目标的预设高度值、所述第一关系参数及第二关系参数及所述图像坐标系与世界坐标系之间的关系获得所述定位目标在世界坐标系中坐标。8.根据权利要求7所述的室内定位方法，其特征在于，所述获取所述第一关系中图像坐标系与摄像机坐标系的第一关系参数，包括：利用相机从多个角度拍摄棋盘格的图像；通过OpenCV相机标定脚本获取所述相机的所述第一关系参数。9.根据权利要求7所述的室内定位方法，其特征在于，所述获取所述第二关系中世界坐标系与摄像机坐标系的第二关系参数，包括：生成四个标识参照物，并将所述标识参照物分别设置在世界坐标系中的四个点上；测量所述四个标识参照物分别所在位置在所述世界坐标系中的坐标；获取所述四个标识参照物所在位置的图像，并获得所述四个标识参照物的中心在所述图像坐标系中的坐标；通过OpenCV相机标定脚本，根据所述四个标识参照物在所述世界坐标系及所述图像坐标系中的坐标、所述第一关系参数计算所述第二关系参数。10.一种室内定位装置，其特征在于，包括：坐标获取单元，用于获取拍摄图像中的定位目标在预先建立的图像坐标系中的坐标；定位单元，用于根据所述图像坐标系与预先建立的摄像机坐标系之间的关系，以及预先建立的世界坐标系与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文圣，林鹏辉，朱贤东，王瑞雪，张宁宇，
申请(专利权)人：北京久其软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11