一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法及系統(tǒng)，建立燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫，所述燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中包括燈飾的特征信息，采集定位目標(biāo)周圍圖像，對圖像中燈飾進行特征提取并與燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中燈飾特征進行匹配，識別出圖像中的燈飾；利用燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中燈飾的特征信息及位置信息解算出定位目標(biāo)當(dāng)前的位置。本發(fā)明采用燈飾進行定位，信號不容易受到環(huán)境的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定，精度高。不安裝大量的發(fā)射端，并且系統(tǒng)維護簡單，成本低。
【專利說明】一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法及系統(tǒng)。具體涉及基于嵌入式Iinux系統(tǒng)圖像處理技術(shù)和卡爾曼濾波算法的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)。所述方法用于建筑物內(nèi)對目標(biāo)物的高精度定位和導(dǎo)航。
【背景技術(shù)】
[0002]在導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】中，室外導(dǎo)航技術(shù)，如GPS技術(shù)，基本成熟并且普遍應(yīng)用于生活中，而GPS信號不能穿透建筑物，無法在室內(nèi)進行定位，所以室內(nèi)導(dǎo)航領(lǐng)域還有待開發(fā)。
[0003]現(xiàn)有的室內(nèi)定位系統(tǒng)多采用設(shè)置參考點的方式進行定位，如安裝信號發(fā)射器、連接wifi熱點等方法。這些方法對發(fā)射器穩(wěn)定性和接收器能力要求比較高，或者要求用戶登錄wifi熱點。信號容易受到環(huán)境的影響，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，精度不夠高。安裝大量的發(fā)射端,并且需要大量的人力財力用于系統(tǒng)的維護,成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，建立燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫，所述燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中包括燈飾的特征信息，采集定位目標(biāo)周圍圖像，對圖像中燈飾進行特征提取并與燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中燈飾特征進行匹配，識別出圖像中的燈飾；利用燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中燈飾的特征信息及位置信息解算出定位目標(biāo)當(dāng)前的位置。
[0005]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述燈飾特征包括燈飾的位置、長度、亮度及形狀。
[0006]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，提取圖像中燈飾的質(zhì)心連線的中點和矢量，并建立坐標(biāo)系，將定位目標(biāo)的初始位置信息和獲取的燈飾特征信息送至位置解算算法，計算出定位目標(biāo)當(dāng)前的位置坐標(biāo)，完成定位目標(biāo)定位。
[0007]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述位置解算算法包括:
[0008](I)定義燈飾的質(zhì)心為其幾何質(zhì)心，本發(fā)明采用質(zhì)心法提取燈飾質(zhì)心坐標(biāo)，目標(biāo)物可以表示成
【權(quán)利要求】
1.一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，其特征在于: 建立燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫，所述燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中包括燈飾的特征信息；采集定位目標(biāo)周圍圖像，對圖像中燈飾進行特征提取并與燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中燈飾特征進行匹配，識別出圖像中的燈飾；利用燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫中燈飾的特征信息及位置信息解算出定位目標(biāo)當(dāng)前的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，其特征在于:所述燈飾特征包括燈飾的位置、長度、亮度及形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，其特征在于:提取圖像中燈飾的質(zhì)心連線的中點和矢量，并建立坐標(biāo)系，將定位目標(biāo)的初始位置信息和獲取的燈飾特征信息送至位置解算算法，計算出定位目標(biāo)當(dāng)前的位置坐標(biāo)，完成定位目標(biāo)定位。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，其特征在于:所述位置解算算法包括: (I)定義燈飾的質(zhì)心為其幾何質(zhì)心，采用質(zhì)心法提取燈飾質(zhì)心坐標(biāo)，目標(biāo)物可以表示成
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，其特征在于:步驟(2)中室內(nèi)空間坐標(biāo)系和定位目標(biāo)坐標(biāo)系定義如下: (1)室內(nèi)空間坐標(biāo)系，即G-系，以房間地面墻角頂點作為坐標(biāo)原點，分別以相鄰兩墻面的交線為三條坐標(biāo)軸，其中垂直于平面的軸線定義為z軸； (2)定位目標(biāo)坐標(biāo)系，即C-系，以定位目標(biāo)頂端攝像頭中心為坐標(biāo)原點，以垂直于定位目標(biāo)運動平面的直線為z軸，以平行于定位目標(biāo)運動平面垂直于定位目標(biāo)邊緣線的直線分別為X軸和y軸； (3)G-系和C-系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法,其特征在于: (1)將圖像坐標(biāo)的像素尺度按照圖像像素和彩屏尺寸之間的比例轉(zhuǎn)化為C-系中的長度尺度； (2)已知第一燈飾的質(zhì)心坐標(biāo)為(X11,yu) (Xwy11),第二燈飾的質(zhì)心坐標(biāo)為(x12，y12)，燈飾質(zhì)心連線中點的坐標(biāo)為(X，y)，定位目標(biāo)的初始位置為(Xtl, yd，根據(jù)G-系和C-系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式可計算出C-系中燈飾質(zhì)心連線中點的位置坐標(biāo)為(Xc;，y。)，該坐標(biāo)可以理解為定位目標(biāo)與燈管質(zhì)心連線中點的相對距離； (3)當(dāng)定位目標(biāo)前進一段距離后，可以在定位目標(biāo)拍攝的圖像上獲得第一燈飾和第二燈飾的質(zhì)心在定位目標(biāo)運動后C-系上的坐標(biāo)，通過先驗的定位目標(biāo)運動距離和圖像燈飾質(zhì)心連線中點移動距離的線性關(guān)系，可以獲得定位目標(biāo)沿著前進方向行駛的相對距離，通過坐標(biāo)系逆轉(zhuǎn)換得出定位目標(biāo)在G-系中的坐標(biāo)位置。
7.如權(quán)利要求3所述的一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，其特征在于: 定位目標(biāo)為小車，所述小車的運動模型建立方法包括，基于卡爾曼濾波算法運動模型的系統(tǒng)狀態(tài)方程為:
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航方法，其特征在于:所述定位目標(biāo)為小車，所述小車上裝有攝像頭，在小車行進過程中，攝像頭采集小車上方的建筑物燈飾的視頻流，獲取視頻流中一幀或者多幀圖像，對獲取圖像進行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括去噪處理和目標(biāo)粗識別。
9.一種基于燈飾特征的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:其包括， 嵌入式ARM處理器模塊、視頻采集模塊、通信模塊、圖像顯示模塊、嵌入式開發(fā)環(huán)境模塊、室內(nèi)燈飾特征參數(shù)數(shù)據(jù)庫、定位算法庫以及導(dǎo)航算法庫；其中: 所述嵌入式ARM處理器模塊裝有Iinux操作系統(tǒng)； 所述視頻采集模塊為裝置在小車的頂部中心位置的攝像模塊，在小車行進的同時，攝像頭實時獲取小車正上方建筑物燈飾的視頻流，利用視覺感知技術(shù)和圖像處理技術(shù)在視頻流中提取一幀或多幀圖像； 所述圖像顯示模塊是液晶顯示設(shè)備，用來顯示視頻流和提取的圖像； 所述通信模塊是串口下載器，所述串口下載器按照字節(jié)傳輸數(shù)據(jù)； 所述嵌入式開發(fā)環(huán)境模塊進行代碼編寫、編譯和執(zhí)行的集成開發(fā)環(huán)境； 所述室內(nèi)燈飾特征數(shù)據(jù)庫中存儲的是建筑物本身各個燈飾的位置、亮度、長度、形狀等信息，用于匹配識別當(dāng)前獲取的圖像中燈飾特征。
【文檔編號】G01C21/20GK103759724SQ201410020185
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】張華 , 許錄平, 焦榮, 宋詩斌, 金正燦, 馬炎, 李冀俊, 孫景榮, 馮冬竹, 何小川, 劉清華 申請人:西安電子科技大學(xué)