[发明专利]一种基于双目技术的室内可见光自定位系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于双目技术的室内可见光自定位系统与方法，用于通过双目技术实现室内设备的自定位并获得倾角。包括相互协同作业的图像分析系统和自定位系统，图像分析系统包括图像采集模块、摄像头自标定模块、图像处理模块和立体匹配模块，自定位系统包括坐标及倾角计算模块，坐标及倾角计算具体实现过程包括：图像采集、获得摄像机内外参数和匹配点坐标、计算左右摄像头的坐标、计算手持设备的倾角四个步骤。本发明实现了室内设备的高精度实时自定位，在成本、通用性、资源利用率等方面具有优势。

技术领域

本发明涉及一种基于双目技术的室内可见光自定位系统与方法，属于图像处理和可见光 定位技术领域。

背景技术

随着各种综合体类建筑(如大型购物中心、大型交通中转站等)的出现，人们活动空间越 来越庞大和复杂，对定位和导航需求日趋强烈，同时精准营销、智能仓储、机器人、疗养护 理等行业也需要利用定位技术获取特定对象的室内位置信息，目前应用最为广泛的室外无线 电定位系统是GPS或北斗全球定位系统，它是通过在移动终端内置卫星的位置信号接收模块， 利用无线电信号实现室外的高精度定位。但在人们活动较为频繁的家庭、办公室、大型商场 等室内环境以及隧道、地下停车场等特殊环境，由于对空间无线电信号的阻挡及屏蔽效应导 致GPS等传统卫星定位系统难以适用，据统计，现代社会人们80％的时间是在室内活动，并 且随着城市化的发展，各类大型建筑物越来越多，因此室内定位需求日益迫切。

现有的针对该种室内定位需求的定位装置或方法有较多公开内容，例如：中国发明专利 “双目非标定空间定位方法”(CN102622767B)是通过背景差分法获取运动目标中心点的位 置数据；通过摄像机成像原理，计算出运动目标在场景中相对于当前分析画面的拍摄光轴的 角度、方向数据，得出运动点与拍摄点的坐标，其不足之处是：使用背景差分法获取运动目 标中心点的位置数据，易受到光线变化、环境变化、背景变化、场景中物体运动的干扰，且 用运动物体相对于拍摄光轴角度、方向数据来计算其坐标，并不能实现对自身的定位；发明 专利“基于FPGA实现的双目视觉定位装置”(CN201310651555)是通过两个相机采集图像 信息，利用两片SDRAM分别对两幅图像进行缓存，最后在LCD上实时显示两幅图像。在 FPGA内部实现两幅图像的并行处理，经过图像滤波、特征提取等数字图像处理方法获得特 定目标图像位置信息后，利用BP神经网络标定方法确定目标物体的笛卡尔空间位置信息， 虽然定位装置利用BP神经网络标定方法实现二维信息到三维信息之间的非线性变换，无需 确定摄像机的内、外参数，同时可降低摄像机镜头各种畸变及外界噪声的影响，但其实现的 仅是对目标物体的定位，并不能对自身进行定位；发明专利“基于logo的双目视觉室内定位 方法”(CN 106228538A)通过建立logo图像采集的视觉地图数据库等五个步骤可实现定位， 但该种方法存在离线阶段需要在室内长走廊中布置较多的Logo图像，并在光线较好时对Logo 进行拍照，因此实施难度大，另一方面：摄像机距logo的距离是3.5m时，定位误差将达到 0.22m，可见其定位误差较大；发明专利“基于双目相机的空间定位方法及装置”(CN107705333A) 只能获得对自身的定位，不能得到其姿态，且该专利未写出详细的定位算法；发明专利“一 种鱼眼双目视觉立体匹配空间定位方法”(CN107909543A)是用鱼眼相机采集图像，并直接 对未经校正的图像进行立体匹配，但由于实现室内定位需要的采集的图像范围不大，因此对 相机的视角要求不高，普通的相机即可满足要求，同样还存在只能对目标物体的定位，而不 是自定位问题；发明专利“一种基于UWB和双目视觉的导航定位方法”(CN108012325A) 通过通过UWB基站及定位标签来确定叉车的位置，所采用的双目技术仅用于确定得到货架 托盘相对叉车的距离信息和姿态信息，用以调整叉车使其正对货架托盘，没有通过固定的LED 和双目技术确定设备的位置；发明专利“一种基于双目视觉的机械臂目标定位抓取方法”(CN 107767423A)是采用双目技术获取目标物体的三维空间坐标及机械臂末端的状态信息，无法 实现对安装有双目相机机械臂的定位，还需要判断目标物体所在象限；发明专利“一种室内 可见光定位系统”(CN107703485A)的核心为通过采集LED的虚拟坐标与其真实坐标值进 行转换，以确定相机位于真实坐标系下的坐标，从而实现相机的真实定位；发明专利“一种 使用相机的室内可见光异步定位方法”(CN105306141A)通过LED异步发送信号，利用智 能终端的相机进行室内可见光定位。