基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法及系统，通过将图像匹配定位技术、基于运动恢复结构的航向角估计算法以及行人航迹推算算法相结合，即解决了行人航迹推算算法中航向角累计误差大的缺陷，同时还解决了图像匹配定位技术中由于用于匹配的地理标记图像为离散点而导致产生的用户位置更新频率较低的问题，从而实现室内视觉快速匹配定位。

【技术实现步骤摘要】
基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法及系统
本专利技术涉及室内外被动定位
，尤其涉及的是一种基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法及系统。
技术介绍
目前，通过相机视觉信息与环境视觉特征的匹配实现位置计算的视觉定位技术，由于其具有定位精度高、成本低、不依赖于任何额外的设备或基础设施等优点而受到广泛关注。然而视觉匹配所需计算量非常大，已有视觉定位方法主要以离散点的非连续定位方式为主，主要支持单点视觉匹配和位置查询，难以支持室内连续视觉在线定位。对于视觉数据稀疏的环境，单纯依靠视觉匹配也难以实现连续的轨迹定位，需要与其它方法(如惯性导航)结合进行协同定位。然而由于惯性导航系统的漂移噪声的存在，导致惯性定位的位置和方向误差会随着工作时间增加而快速累积，明显限制室内定位系统的应用。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法及系统，旨在视觉匹配难以实现连续的轨迹定位，以及惯性定位的位置和方向误差会随着工作时间增加而快速累积的问题。本专利技术解决问题所采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供一种基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法，其中，所述方法包括：对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数据库；获取查询图像，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配出的地理标记图像作为所述查询图像对应的目标地理标记图像；根据所述目标地理标记图像和基于运动恢复结构的航向角估计算法对行人航迹推算算法中使用的航向角数据进行修正，并通过基于所述目标地理标记图像确定的用户位置信息以及航向角数据进行修正以后的行人航迹推算算法确定的用户位置信息，输出用户的实时定位信息。在一种实施方式中，所述对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数据库包括：对目标室内环境设置视觉采样点，在所述视觉采样点处进行视觉图像采集，将采集到的图像作为待标记的地理标记图像；对所述待标记的地理标记图像进行地理位置标注，标注完毕后得到地理标记图像，通过所述地理标记图像构建室内地理标记图像数据库。在一种实施方式中，所述对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数据库还包括：对所述室内地理标记图像数据库中的所有地理标记图像执行多约束图像匹配操作，根据匹配操作的结果得到所有地理标记图像的空间相似性评价数据；根据所述空间相似性评价数据对所述目标室内环境进行划分，根据划分结果生成若干个子空间；所述子空间内包含相似性达到预设阈值的若干个地理标记图像；对所有子空间以及所有地理标记图像建立空间索引数据；检测所有子空间的空间邻接关系，根据所述空间邻接关系建立空间邻接关系图。在一种实施方式中，所述多约束图像匹配操作包括：通过预设的图像特征提取算法对需要匹配的两张图像分别进行图像特征点的提取操作；获取预设的约束条件，在满足所述预设的约束条件的情况下，将提取出的两张图像的图像特征点进行配对，通过配对成功的特征点对的数量生成空间相似性评价数据；所述预设的约束条件包括以下的一种或者多种：比率约束、对称性约束以及随机抽样一致性约束。在一种实施方式中，所述获取查询图像，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配出的地理标记图像作为所述查询图像对应的目标地理标记图像包括：获取基于用户的当前位置信息以及前一次在目标室内环境中进行定位得到的用户的位置信息计算出的距离值；将所述距离值与预设阈值进行比较；当所述距离值小于所述预设阈值时，获取查询图像，通过局部匹配方法，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配得到的地理标记图像作为目标地理标记图像；当首次在所述目标室内环境中进行定位或者所述距离值大于或者等于所述预设阈值时，通过全局匹配方法，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配得到的地理标记图像作为目标地理标记图像。在一种实施方式中，所述局部匹配方法包括：查询前一次在目标室内环境中进行定位得到的用户的位置信息对应的子空间中的所有地理标记图像，并将查询得到的图像作为候选匹配图像；将所述候选匹配图像按预设优先级顺序与所述查询图像执行所述多约束图像匹配操作，将匹配得到的地理标记图像作为目标地理标记图像。在一种实施方式中，所述全局匹配方法包括：通过所述空间索引数据查询并获取每一个子空间中的代表地理标记图像；所述代表地理标记图像与自身所在的子空间中的所有地理标记图像执行所述多约束图像匹配操作时相似性最高；将所述查询图像分别与所有代表地理标记图像执行所述多约束图像匹配操作，根据匹配操作的结果确定与所述查询图像相似性最高的代表地理标记图像，将确定出的代表地理标记图像对应的子空间作为目标子空间；将所述查询图像分别与所述目标子空间中的所有地理标记图像执行所述多约束图像匹配操作，根据匹配操作的结果确定与所述查询图像相似性最高的所述目标子空间中的地理标记图像，将确定出的地理标记图像作为目标地理标记图像。在一种实施方式中，当所述局部匹配方法失败时，根据所述空间邻接关系图确定与当前子空间相邻的子空间，并将所述查询图像分别与所述相邻的子空间中的地理标记图像执行所述多约束图像匹配操作；若匹配成功，则将匹配成功的地理标记图像作为目标地理标记图像；若匹配失败，则将所述相邻的子空间作为当前子空间，重新执行根据所述空间邻接关系图确定与当前子空间相邻的子空间，并将所述查询图像分别与所述相邻的子空间中的地理标记图像执行所述多约束图像匹配操作，直至匹配成功，将匹配成功的地理标记图像作为目标地理标记图像。在一种实施方式中，所述根据所述目标地理标记图像和基于运动恢复结构的航向角估计算法对行人航迹推算算法中使用的航向角数据进行修正，并通过基于所述目标地理标记图像确定的用户位置信息以及航向角数据进行修正以后的行人航迹推算算法确定的用户位置信息，输出用户的实时定位信息包括：获取所述目标地理标记图像对应的方向角数据；根据所述方向角数据以及基于运动恢复结构的航向角估计算法确定用户的实时航向角数据；根据所述实时航向角数据对基于行人航迹推算算法中使用的航向角数据进行修正；通过基于所述目标地理标记图像确定的用户位置信息以及航向角数据进行修正以后的行人航迹推算算法确定的用户位置信息，输出用户的实时定位信息。第二方面，本专利技术实施例还提供一种基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位系统，其特征在于，所述系统包括：构建模块，用于对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法，其特征在于，所述方法包括：/n对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数据库；/n获取查询图像，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配出的地理标记图像作为所述查询图像对应的目标地理标记图像；/n根据所述目标地理标记图像和基于运动恢复结构的航向角估计算法对行人航迹推算算法中使用的航向角数据进行修正，并通过基于所述目标地理标记图像确定的用户位置信息以及航向角数据进行修正以后的行人航迹推算算法确定的用户位置信息，输出用户的实时定位信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法，其特征在于，所述方法包括：
对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数据库；
获取查询图像，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配出的地理标记图像作为所述查询图像对应的目标地理标记图像；
根据所述目标地理标记图像和基于运动恢复结构的航向角估计算法对行人航迹推算算法中使用的航向角数据进行修正，并通过基于所述目标地理标记图像确定的用户位置信息以及航向角数据进行修正以后的行人航迹推算算法确定的用户位置信息，输出用户的实时定位信息。


2.根据权利要求1所述的基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法，其特征在于，所述对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数据库包括：
对目标室内环境设置视觉采样点，在所述视觉采样点处进行视觉图像采集，将采集到的图像作为待标记的地理标记图像；
对所述待标记的地理标记图像进行地理位置标注，标注完毕后得到地理标记图像，通过所述地理标记图像构建室内地理标记图像数据库。


3.根据权利要求2所述的基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法，其特征在于，所述对目标室内环境进行视觉图像采集，通过所述视觉图像采集的得到的图像构建室内地理标记图像数据库还包括：
对所述室内地理标记图像数据库中的所有地理标记图像执行多约束图像匹配操作，根据匹配操作的结果得到所有地理标记图像的空间相似性评价数据；
根据所述空间相似性评价数据对所述目标室内环境进行划分，根据划分结果生成若干个子空间；所述子空间内包含相似性达到预设阈值的若干个地理标记图像；
对所有子空间以及所有地理标记图像建立空间索引数据；
检测所有子空间的空间邻接关系，根据所述空间邻接关系建立空间邻接关系图。


4.根据权利要求3所述的基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法，其特征在于，所述多约束图像匹配操作包括：
通过预设的图像特征提取算法对需要匹配的两张图像分别进行图像特征点的提取操作；
获取预设的约束条件，在满足所述预设的约束条件的情况下，将提取出的两张图像的图像特征点进行配对，通过配对成功的特征点对的数量生成空间相似性评价数据；
所述预设的约束条件包括以下的一种或者多种：比率约束、对称性约束以及随机抽样一致性约束。


5.根据权利要求3所述的基于空间优化策略的室内视觉快速匹配定位方法，其特征在于，所述获取查询图像，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配出的地理标记图像作为所述查询图像对应的目标地理标记图像包括：
获取基于用户的当前位置信息以及前一次在目标室内环境中进行定位得到的用户的位置信息计算出的距离值；
将所述距离值与预设阈值进行比较；
当所述距离值小于所述预设阈值时，获取查询图像，通过局部匹配方法，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配得到的地理标记图像作为目标地理标记图像；
当首次在所述目标室内环境中进行定位或者所述距离值大于或者等于所述预设阈值时，通过全局匹配方法，将所述查询图像与所述室内地理标记图像数据库中的地理标记图像进行匹配，将匹配得到的地理标记图像作为目标地理标记图像。


6.根据权利要求5所述的基于空间优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星，李清泉，林静，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44