视觉定位方法及其导航方法技术

本发明专利技术提供了一种视觉定位方法，包括以下步骤：S1：预先获取需定位环境内的标志物的图像，并建立包含所述标志物的图像的标志物数据库；S2：通过智能设备采集需定位环境内标志物的待识别图像，将所述待识别图像与标志物数据库内的图像进行图像匹配，根据匹配到的图像中已知的几何特征计算得到当前位置；S3：将当前位置标记在电子地图上对应的位置处或输出当前位置至预设应用中。本发明专利技术提供了一种视觉定位导航方法，通过上述视觉定位方法进行定位以进行导航。

Visual Positioning Method and Navigation Method

【技术实现步骤摘要】
视觉定位方法及其导航方法
本专利技术涉及定位
，特别涉及一种视觉定位方法及其导航方法。
技术介绍
基于位置服务(LocationBasedService，LBS)行业正在日益兴起，该服务是通过电信移动运营商的无线通信网络或外部定位方式(如GPS)获取移动终端的位置，为用户提供近距离的服务需求。在室外环境下，GPS定位能够解决大部分的定位需求。在某些情况下，卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物，需要采用室内定位技术作为定位的手段以解决定位物体在室内所处的位置。由于目前民用GPS的定位精度在十米左右，在某些室外的情况下，这个精度也不够，例如，在用手机打车时，根据GPS的定位可能无法正确判断用户在马路的哪一边。目前除了GPS定位技术以外，很多的其它定位技术被开发出来，用于解决室内定位和室外的较高精度的定位。这些定位技术主要包括无线通讯的基站定位、惯性导航定位、地球磁场、基于图片(视频)的计算机视觉定位等。常见的无线通讯基站定位主要有通讯网络的蜂窝定位技术、Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波等。这些定位技术都需要布置无线基站，利用现有基站的，例如通讯网络的蜂窝定位技术，定位精度不高。需要实现高精度的情况下，实施起来成本比较高，目前没有得到普遍的推广应用。惯性定位技术，它无需任何额外的基础设施或网络，以无线方式实时输出人员的行走距离与方向信息，可以实现在各种复杂环境中人员的准确定位，可以用于应急救援。但是惯性导航的信号随着时间误差会不断积累，在人行进过程中，手机中的惯导元件比较差的精度和姿态随意性，会导致积分快速发散，精度完全不可用，所以这个方法往往不会单独使用，而是和其他技术一起进行融合。地球磁场定位的理论是依据是每一个具体位置的磁场信息都不一样。由于室内环境复杂多变，通常各个不同的位置点的地磁场强度也不一样。使用这种技术进行导航比较麻烦，首先用户需要上传建筑平面图，然后还需要拿着智能设备绕室内一圈，记录下各个位置的地磁信号特征，在行走道路上对磁场变化轨迹进行匹配。基于图片(视频)的计算机视觉定位，其中SLAM(simultaneouslocalizationandmapping),即时定位与地图构建，是目前非常热门的技术。问题可以描述为：将一个机器人放入未知环境中的未知位置，是否有办法让机器人一边移动一边逐步描绘出此环境完全的地图。SLAM技术可以实现很高的定位精度，但是由于其技术复杂程度高和成本高，目前SLAM技术不能用于手持的智能设备。另外一种，基于计算机视觉的定位方法，主要是在环境中放置定位标记(一般是二维码)，同时记录定位标记的位置，用摄像机拍摄定位标记的图像，获得摄像机的位置。这种方法在工业环境中已经得到了应用。但是在民用环境，特别是商业环境中，也许由于这种定位标记对环境美观的影响，无法得到广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术方法利用环境中已经存在的为人制作的各种识别标志(导向标志，店铺门面、地标性物体(例如雕塑、喷泉、花坛等))作为定位标志物。本方法通过选用标志物，解决了视觉定位中的路标选择的问题。考虑到公共场所的导向标志设置的原则就是要覆盖所有的公共区域，因此，采用导向标志，再加上店铺门面和地标物，这样的标志物的选择能够构成充分的分布，能够提供足够的信息支持室内导航任务的实现，而且与人的使用习惯是完全一致。智能设备识别这些标志物，并且根据这些标志物计算出当前位置，类似于人识别当前位置的标志物并且给出向目标位置移动的路径的过程。通过这样的方式把当前环境的知识赋予一个不熟悉环境的人。通过建立标志物数据库，采用机器视觉中的图像识别技术,在标志物数据库中搜索匹配当前图片中的标志物。类似于人进入一个商场，寻找导向标志或店铺招牌等来定位自己。这种方法既符合人的习惯，又使得本来开放性的有无数多种选择的图像识别问题变成了一个有限范围内的搜索匹配问题。本专利技术的目的在于提供一种视觉定位方法及其导航方法，以解决现有的定位技术所存在的定位精度高与低成本无法兼顾的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种视觉定位方法，包括以下步骤：S1：预先获取需定位环境内的标志物的图像，并建立包含所述标志物的图像的标志物数据库；S2：通过智能设备采集需定位环境内标志物的待识别图像，将所述待识别图像与标志物数据库内的图像进行图像匹配，根据匹配到的图像中已有的标志物坐标计算得到当前位置；S3：将当前位置标记在电子地图上对应的位置处或输出当前位置至预设应用中。较佳地，所述步骤S1中，在所述标志物的图像上选择若干几何特征(点、直线或二次曲线)，将其空间坐标系中的三维描述记录下来，然后将所述标志物的图像及几何特征的在图像坐标系中的二维描述和在空间坐标系中的三维描述存储至所述标志物数据库中。点的二维描述和三维描述还是点坐标，直线和二次曲线的二维描述和三维描述还包括方程的参数。较佳地，所述步骤S1中，选取所述标志物的图像中的部分区域作为特征识别信息，其他部分作为包围盒，然后将所述特征识别信息存储至所述标志物数据库中；所述步骤S2中：将待识别图像与标志物数据库中的特征识别信息进行特征匹配。较佳地，所述特征识别信息包括：指示图标、店铺招牌及其他供人识别理解的特殊设计的图案信息，区别于需要借助计算机软件理解的信息例如二维码。特征标识信息是标志物中特征最明显的部分。较佳地，所述步骤S1中，提取所述标志物的图像中的文字作为标签，然后，将所述标签存储在所述标志物数据库中。较佳地，所述步骤S1包括：拍摄不同角度及/或不同光照条件中的标志物，以获取不同角度及/或不同亮度标志物的图像。较佳地，所述步骤S2包括：在存在其他定位方式时，使用其他定位方式进行粗定位，得到粗定位位置，然后根据所述粗定位位置对所述标志物数据库进行过滤以缩小匹配范围，得到过滤后的标志物数据库，再将所述待识别图像与过滤后的标志物数据库中的图像进行图像匹配。较佳地，所述步骤S2包括：采集需定位环境内标志物的待识别图像后，首先提取待识别图像中的文字信息，然后根据所述文字信息对所述标志物数据库进行过滤，以缩小搜索范围，再将所述待识别图像在过滤后的标志物数据库中进行图像匹配。较佳地，所述步骤S2包括：图像匹配时，首先在标志物数据库内匹配待识别图像中对应的标志物，然后将匹配到的标志物图像与待识别图像中对应的标志物的图像进行几何特征的匹配，从待识别图像中获得几何特征在图像坐标系中的二维描述，最后根据所述几何特征在标志物数据库内存储的空间坐标系的三维描述，采用基于模型的单目视觉定位计算方法，计算得到智能设备的位置坐标及姿态。本专利技术还提供了一种视觉定位导航方法，导航过程中采用如上所述的视觉定位方法进行定位，具体包括以下步骤：获得需要定位环境的电子地图；获取人工或图片输入的终点，以及获取人工或拍摄包含标志物的图像输入的起点；在所述电子地图上规划所述起点至终点的路径；提供与所述路径对应的提示信息至智能设备以进行导航，直至当前定位的位置到达所述终点；其中，图片输入终点的方式包括：系统在标志物数据库中匹配相应的标志物，并按照所述视觉方法定位，然后设为目的地；图像输入起点的方式包括：从环境中选取任意一个标志物，用摄像机拍摄图像以按所述视觉定位方法确定当前位置。较佳地，导航过程中的任意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种视觉定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：预先获取需定位环境内的标志物的图像，并建立包含所述标志物的图像的标志物数据库；S2：通过智能设备采集需定位环境内标志物的待识别图像，将所述待识别图像与标志物数据库内的图像进行图像匹配，根据匹配到的图像中已有的几何特征计算得到当前位置；S3：将当前位置标记在电子地图上对应的位置处或输出当前位置至预设应用中。

【技术特征摘要】
1.一种视觉定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：预先获取需定位环境内的标志物的图像，并建立包含所述标志物的图像的标志物数据库；S2：通过智能设备采集需定位环境内标志物的待识别图像，将所述待识别图像与标志物数据库内的图像进行图像匹配，根据匹配到的图像中已有的几何特征计算得到当前位置；S3：将当前位置标记在电子地图上对应的位置处或输出当前位置至预设应用中。2.根据权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，在所述标志物的图像上选择若干几何特征，将其空间坐标系中的三维描述记录下来，然后将所述标志物的图像及几何特征的在图像坐标系中的二维描述和在空间坐标系中的三维描述存储至所述标志物数据库中。3.根据权利要求1或2所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，选取所述标志物的图像中的部分区域作为特征识别信息，然后将所述特征识别信息存储至所述标志物数据库中；所述步骤S2中：将待识别图像与标志物数据库中的特征识别信息进行特征匹配。4.根据权利要求3所述的视觉定位方法，其特征在于，所述特征识别信息包括：指示图标、店铺招牌及其他特殊设计的图案。5.根据权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，提取所述标志物的图像中的文字作为标签，然后，将所述标签存储在所述标志物数据库中。6.根据权利要求1或2或5所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S1包括：拍摄不同角度及/或不同光照条件中的标志物，以获取不同角度及/或不同亮度标志物的图像。7.根据权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括：在存在其他定位方式时，使用其他定位方式进行粗定位，得到粗定位位置，然后根据所述粗定位位置对所述标志物数据库进行过滤以缩小匹配范围，得到过滤后的标志物数据库，再将所述待识别图像在过滤后的标志物数据库中进行图像匹配。8.根据权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括：采集需定位环境内标志物的待识别图像后，首先提取待识别图像中的文字信息，然后根据所述文字信息对所述标志物数据库进行过滤，以缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明亮，
申请(专利权)人：大有智能科技嘉兴有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33