[发明专利]一种基于计算机双目视觉与惯性测量的盲人行走定位方法

说明书

一种基于计算机双目视觉与惯性测量的盲人行走定位方法，一方面利用佩戴在盲人头部的双目相机采集场景图像，通过图像特征匹配方法查找场景中已知经纬度的标志物，采用计算机双目立体视觉方法计算标志物在相机坐标系下的三维坐标，另一方面利用固定在相机上的组合惯性器件测量相机的姿态角，计算出相机坐标系关于盲人所在位置的地理坐标系的转换矩阵；利用转换矩阵将标志物的相机系坐标变换为盲人所在位置的地理系坐标，进而由标志物经纬度推算出盲人所在位置的经纬度。本发明综合计算机双目视觉算法与惯性测量技术，实现盲人行走位置的定位，不仅简单易行，而且准确性较高，特别适用于盲人出行导盲的定位。

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，涉及一种基于计算机双目视觉与惯性测量的盲人行走定位方法，该方法可以实现盲人行走的准确定位，特别适用于盲人室外行走导盲。

背景技术

盲人由于先天或后天的生理缺陷而丧失了视觉，因而丧失了获得知识和经验的最重要来源，对盲人日常生活造成了极大障碍，尤其是自身行走定位能力的丧失制约了盲人的出行活动。为了弥补盲人的行走定位能力，目前最常用的是GPS定位方法，但GPS易受遮挡、衰减和干扰等因素影响，在高楼林立的城市峡谷等复杂环境中定位精度显著下降，而人的行走范围相对较小，因而不能满足盲人定位需求。此外还采用诸如蜂窝移动通信系统定位技术和惯性导航定位系统INS等常用导航定位技术。蜂窝移动通信系统定位技术虽然在城市峡谷等环境中仍可实现定位，但其定位精度较低；惯性导航定位系统INS短时间内定位精度较高，但其定位误差随着时间积累，因而都不能满足盲人行走定位技术准确性和可靠性的要求。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于计算机双目视觉与惯性测量的盲人行走定位方法，为盲人出行提供准确可靠的定位。

本发明的技术解决方案:利用佩戴在盲人头部的双目相机采集场景图像，通过图像特征匹配方法查找场景中已知经纬度的标志物，采用计算机双目立体视觉方法计算标志物在相机坐标系下的三维坐标；利用固定在相机上的IMU和磁力计测量相机的姿态角，计算出相机坐标系关于盲人所在位置的地理坐标系的转换矩阵；利用转换矩阵将标志物的相机系坐标变换为盲人所在位置的地理系坐标，进而由标志物经纬度推算出盲人所在位置的经纬度。具体包括以下步骤：

1、利用固定在盲人头部的双目相机采集左右场景图像。

2、匹配已知经纬度的标志物。采用SURF算法提取左图像特征点，并与预先存储的标志物SURF特征点进行匹配，匹配相似度大于给定阈值M，则判断相机视野内存在标志物，并界定标志物左图像中区域。

3、对双目场景图像进行特征提取与匹配。采用SURF算法提取右图像中的特征点，并与左图像特征点进行匹配，得到标志物所在区域内的特征点对集合。

4、计算标志物相机坐标系的三维坐标。利用平行双目立体视觉三维测量原理计算标志物匹配点在左相机坐标系下的三维坐标，计算方法为：

其中，(X_left,Y_left)、(X_right,Y_right)为标志物匹配点P在左图和右图图像坐标系下的坐标；Disparity＝X_left-X_right为视差；B和f为双目相机基线距和焦距。