[发明专利]一种用于全局视觉定位方法中的信息融合组合导航方法

说明书

一种用于全局视觉定位方法中的信息融合组合导航方法，具体如下：1)在建立系统误差方程的基础上，将位置误差方程、姿态误差方程以及惯性仪表误差方程综合在一起作为组合导航卡尔曼滤波器的观察值。本发明的有益效果是已经知道摄像头的位置、朝向，以及所面向地理环境的模型，就可以很容易地计算出视野范围内每个目标的位置；将视觉与GPS、IMU、OD及地磁等定位装置配合，可得到高精度的导航定位。

技术领域

本发明属于定位技术领域，尤其是涉及一种用于全局视觉定位方法中的信息融合组合导航方法。

背景技术

定位是导航的前提条件，在工业、养老、医疗、会展、自动化等领域有广泛的应用。但是目前的定位技术在应用中都有短板，例如GPS容易受遮挡，在室内无法使用，在山区、树林中精度低；Wi-Fi精度低，不能穿墙；蓝牙稳定性稍差，受噪声信号干扰大；ZigBee需要密集布置信源；RFID作用距离短，一般最长为几十米，不便于整合到移动设备之中。IMU、OD可以高频测量加速度、速度和姿态角，但是受噪声影响大，长时间会有累积误差。

但是作为智能城市项目的监控摄像头，已经密集地分布在各个关键位置。如果已经知道摄像头的位置、朝向，以及所面向的地理环境，就可以很容易地计算出视野范围内的每个目标的位置。如果与GPS、IMU、OD及地磁等定位装置配合，就可以提高定位精度

发明内容

本发明的目的是提供一种基于全局视觉的定位方法，其解决了平常定位方法中存在的定位不准确、易受干扰、安装成本高等不足，提高了定位精度，适合用在工业、自动化、医疗、会展、养老及酒店等领域的定位导航中。

本发明的技术方案是：一种基于全局视觉的定位方法，包括如下步骤：

设已知摄像头的精确位置（经度Ｏ，纬度Ａ，高度Ｈ）和姿态（αc，βc，γc），并且已知场地的几何模型，那么从摄像头的图像中找到目标后，就能根据目标在图像中的位置确定目标与摄像头连线的方位角（αO，βO，γO），并根据此方位角和场地的几何模型计算出目标的位置和姿态。

(1)获得摄像头的精确位置：如果在野外，采用高精度的差分GPS装置；如果在室内，用高精度的差分GPS装置定位整个建筑物，再根据建筑物内部结构的尺寸推算摄像头的精确位置。将世界坐标系原点设置在摄像头焦距处，一个方向指向经度O方向(东方)，另一个方向指向纬度A方向(北方)，第三个方向指向高度H方向；

(2)获得摄像头的姿态：采用带水平仪和罗盘的标定模板标定相机；水平放置的标定板一个方向指向经度O方向(东方)，一个方向指向纬度A方向(北方)，与摄像头处的世界坐标系一致；设标定后，摄像头坐标系与世界坐标系的变换为R1|T，从旋转矩阵R1可以按如下公式确定出摄像头的三个姿态角（αc，βc，γc），

(3)对目标成像：整个系统投入运营，对目标成像；

(4)在图像中检测目标：可以用目标检测的方法，也可以在目标上带预设标签的方法，确定目标在图像中的位置，目标大小为λ，相对于图像中心的偏移(r,c)，目标在图像坐标里的姿态θ；

(5)计算目标射线：因为是单目视角，无法确定目标的高度和远近；但是对于具体应用而言，目标往往在地面上，并且目标往往是某种确定的类型，例如人、车、AGV等，因此大小、高度固定。在图像中找到目标后，根据目标相对图像中心的偏移(r,c)，在修正相机变形后，可以确定目标与摄像头光轴的偏转角(Єv, Єu)；

Єv =arctan(c/f)

Єu =arctan(r/f)

并计算出目标相对于相机坐标的旋转矩阵R2，因此，可确定目标射线在世界坐标系里的角度（αO，βO，γO）；