[发明专利]一种室内地图构建方法及基于室内地图的室内定位方法

说明书

本发明适用于视觉定位技术领域，提供了一种室内地图构建方法及基于室内地图的室内定位方法，该室内定位方法包括：提取当前拍摄图像中的路标，判断路标是否为已知路标；若判断结果为是，则根据路标中的路标点在图像上的距离及路标点间的实际距离计算相机到天花板的垂直距离；根据垂直距离、内参矩阵、路标点在图像中的坐标及在所述地图坐标系中的平面坐标，计算仿射变换矩阵二；根据仿射变化矩阵二中的相机相对于地图坐标系的旋转矩阵及平移向量，计算相机中心在地图坐标系中的平面坐标。本技术方案根据相机拍摄的路标图像即可计算出相机中心的位置，该定位方法不仅操作简单，且成本相对较低。

技术领域

本发明属于视觉定位技术领域，尤其涉及一种室内地图构建方法及基于室内地图的室内定位方法。

背景技术

近年来国内外的很多研究人员使用各种不同的传感器和方法，对移动机器人的定位进行了深入的研究，移动机器人常用的传感器有摄像机、激光雷达、超声波、红外线、陀螺仪、速度或加速度计等。其中超声波、红外线精度较差，一般仅仅用于紧急避障。激光雷达成本较高，不利于移动机器人的大范围普及推广。陀螺仪、指南针、速度或加速度计等一般只用作辅助的传感器。摄像机相对于其它传感器而言，能够提供最丰富的信息，利用摄像机进行定位硬件成本低、定位精度高。在室内定位中，基于视觉的定位方法被广泛的应用。

基于视觉的室内定位方法首先是要构建精确的室内地图，用于绝对坐标系下的摄像机姿态的计算以及机器人移动路径的规划。可以利用环境地标或人工路标来构建地图，但其中基于环境地标的方法虽然普适性较好，不需要人工布设额外的标志，但是计算复杂，实用性较差，而现有的基于人工路标大多是通过透视投影矩阵来实现室内定位，在定位之前，需要在传感器上安装两轴倾角仪算出两个轴上的倾角，其次还要标定两轴倾角仪与相机平面的误差，因此，通过透视投影矩阵来实现室内定位不仅操作复杂，且成本相对较高。

发明内容

本发明实施例提供一种基于室内地图的室内定位方法，旨在解决通过透视投影矩阵来实现室内定位不仅操作复杂，且成本相对较高的问题。

本发明是这样实现的，一种室内地图构建方法，所述方法包括如下步骤：

S1.提取当前拍摄图像中的路标，包括已知路标和未知路标；

S2.根据所述已知路标或未知路标中的路标点在图像上的距离及路标点间的实际距离，计算相机到天花板的垂直距离H；

S3.根据所述相机到天花板的垂直距离H、内参矩阵Mat_cam、及已知路标的路标点的像素坐标的齐次坐标及在地图坐标系中的世界坐标的齐次坐标，计算仿射变换矩阵一；

S4.根据所述仿射变换矩阵一及未知路标的路标点的像素坐标、计算未知路标的路标点在地图坐标系中的坐标；

已知路标为已纳入地图坐标系的路标，未知路标是指未纳入地图坐标系的路标。

本发明实施例提供了另一种基于室内地图的室内定位方法，所述方法包括如下步骤：

S5.提取当前拍摄图像中的路标，判断所述路标是否为已知路标；

S6.若判断结果为是，则根据所述路标中的路标点在图像上的距离及路标点间的实际距离计算相机到天花板的垂直距离H；

S7.根据所述垂直距离H、内参矩阵Mat_cam、所述路标点在图像中的坐标及在所述地图坐标系中的平面坐标，计算仿射变换矩阵二；

S8.根据所述仿射变化矩阵二中的相机相对于所述地图坐标系的旋转矩阵Mat_rotat及平移向量Mat_t，计算相机中心在所述地图坐标系中的平面坐标X_cam。