基于摄像位移的室内人员导航定位系统及定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及室内定位技术，尤其涉及一种基于摄像成像比对的无GPS覆盖区的室内人员定位方法。
【背景技术】
[0002]近年来，室内定位技术和基于位置的应用成为了研宄热点。现有的室内定位技术基本分为三个方向:一个是基站定位，主要采用WIF1、ZIGBEE、NFC、RFID、超宽带UWB、蓝牙、红外、超声等技术采用三角定位原理实现；一个是地磁惯导定位，主要采用地磁传感器通过方向、加速度和陀螺综合计步原理计算位移，以及通过气压和温度计算高度进行三维立体定位；另外一个是采用信标定位，主要采用每走一段距离放置一个信标用于标记人员前进方向和距离从而进行人员位置跟踪。
[0003]室内应急定位方面存在几个特点:随机性、灾害性、干扰性以及及时性。随机性意味着一套室内定位系统装置必须能在任何栋楼都可以使用，而且不能事先在该栋建筑部署任何设备。灾害性意味着如果在建筑内部事先部署设备容易被大火等烧毁导致定位系统瘫痪。由于建筑内部钢筋水泥、强电弱电、复杂的格局导致无线信号或者电磁信号都收到非常大的干扰。应急定位需要定位系统装置能打开即用，快速实施。
[0004]基站定位由于需要事先在建筑内部部署读卡器或者扫描器不能满足应急的随机性以及灾害性特点，不适合室内应急定位。地磁惯导定位方式由于采用地磁作为人行走方向，容易受到室内钢筋水泥以及强电弱电的磁场干扰，准确性很差，也不适合室内应急定位。标签定位一米一个标签，导致人员佩戴大量标签，此外标签也容易受到破坏，导致信号中断，不适合及时快速应急定位。总的来说基站定位精度稳定，但不适合应急；地磁惯导定位适合应急，但精度太低；标签定位操作繁琐，定位精度较低也不适合应急室内定位。
[0005]随着定位技术的发展和应急定位服务需求的不断增加，室内应急定位技术必须克服现有技术的缺点，满足以下几个条件:随机性、灾害性、干扰性以及及时性。然而以上几种技术，都不能完全地满足这些要求。
【发明内容】
[0006]为了克服现有室内定位技术在室内应急定位的欠缺，本发明提供一种适合于室内应急定位导航的基于摄像位移的室内人员导航定位系统及定位方法，避免了室内环境干扰，满足应急定位条件，从而保证了应急场景下的室内定位精度。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:一种基于摄像位移的室内人员导航定位系统，包括一定位装置和后台监控平台，所述定位装置绑定在脚部，所述定位装置内设置有无线传输模块、DSP数字微处理器、COMS成像模块和摄像头，其中，所述摄像头拍摄地面图像，所述COMS成像模块与摄像头相连，主要由图像传感器组成，将光学信号转换为电信号，传输给DSP数字微处理器；所述DSP数字微处理器与COMS成像模块相连，接收所述电信号并进行处理；所述DSP数字微处理器同时与后台监控平台相连，将处理后的电信号通过无线传输模块传输到后台监控平台上。
[0008]所述定位装置绑定在左脚或右脚脚跟部位。
[0009]所述摄像头是一光学凸透镜组。
[0010]一种基于摄像位移的室内人员导航定位系统的定位方法，包括以下步骤:
[0011](I)在左脚或右脚脚跟部位绑定定位装置；
[0012](2)定位装置中的摄像头不断获取地面影像
[0013](3)通过 COMS 成像；
[0014](4)DSP数字微处理器根据COMS前后两张成像进行特征比对处理，计算出相对移动的距离和方向；
[0015](5) 一系列图像分析处理的结果构构成人员移动的轨迹；
[0016]￠)DSP数字微处理器将解算出来的结果发送到后台监控平台。
[0017]DSP数字微处理器与后台监控平台之间通过无线传输方式传输。
[0018]本发明的有益效果是:本发明避免了室内定位导航磁干扰和磁偏向问题以及采用计步原理做位移的原地振动产生的位移误差问题，满足应急定位随机性、及时性以及灾害性等特性条件，为最终的人员室内环境下的定位精度提供基本保障，并避免了室内恶劣的环境干扰问题。
【附图说明】
[0019]图1为定位装置结构示意图；
[0020]图2为COMS成像传感器原理图；
[0021]图3为脚部拍摄图像变换示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
[0023]本发明提供的一种基于摄像位移的室内人员导航定位系统，包括一定位装置，该定位装置绑定在人员左脚或右脚脚跟部位，该装置内部设置有无线传输模块1、DSP数字微处理器2、COMS成像模块3，以及摄像头4这几部分，如图1所示。
[0024]基于摄像位移的室内人员导航定位系统的定位原理是:摄像头获取地面影像，经过一组光学透镜，传输到COMS成像模块(微成像器)内成像。
[0025]光学透镜主要是由几片凸透镜组成，构成光学透镜组，凸透镜有放大效果，几片凸透镜经过连续放大，可以实现扩大拍摄范围功能。
[0026]COMS成像模块主要由图像传感器组成，图像传感器SENSOR是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生信号电荷。COMS成像成像原理就是景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，原理如图2所示。
[0027]这样，当人员脚步移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，如图3所示。
[0028]然后利用定位装置内的图像分析芯片DSP数字微处理器2，对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断人员的移动方向和移动距离，从而完成人员的定位。人员的位置坐标通过无线传输模块I传输到后台监控平台上，从而完成人员的位置定位及导航。
[0029]图像信息在DSP中运算，最后将运算结果传给电脑。DSP(即DigitalSignalProcessor)是进行数字信号处理的芯片，是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算机技术的发展而产生的新器件。可以快速的实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
[0030]这里无线传输模块有很多种形式，包括无线模拟微波传输、无线数字微波传输、无线移动视频传输系统、无线电数据传输系统、无线GPRS网络传输系统。
[0031]由此看来，整个系统就是由绑在脚上的定位装置和后台监控平台(计算机)就可以了。不过绑在脚上的定位装置需要一个提供支持其工作的电源5。后台与定位装置的距离要求主要是根据无线传输设备的要求而定的，选用什么无线传输设备会有一定的限制距离。传输的信号保障也是由传输设备决定的，不同的传输设备其抗干扰性能与距离不同。
[0032]因此，本发明实质是一种基于摄像成像比对的无GPS覆盖区的室内人员定位方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0033](I)在左脚或右脚脚跟部位绑定所述定位装置；
[0034](2)定位装置中的摄像模块不断获取地面影像，通过CMOS成像；
[0035](3)DSP DSP数字微处理器根据COMS前后两张成像进行特征比对处理，计算出相对位移距离和方向；
[0036](4)DSP数字微处理器将解算出来的结果发送到后台监控平台。
【主权项】
1.一种基于摄像位移的室内人员导航定位系统，其特征在于:包括一定位装置和后台监控平台， 所述定位装置绑定在脚部，所述定位装置内设置有无线传输模块、DSP数字微处理器、COMS成像模块和摄像头，其中， 所述摄像头拍摄地面图像， 所述COMS成像模块与摄像头相连，主要由图像传感器组成，将光学信号转换为电信号，传输给DSP数字微处理器； 所述DSP数字微处理器与COMS成像模块相连，接收所述电信号并进行处理；所述DSP数字微处理器同时与后台监控平台相连，将处理后的电信号通过无线传输模块传输到后台监控平台上。
2.根据权利要求1所述的基于摄像位移的室内人员导航定位系统，其特征在于:所述定位装置绑定在左脚或右脚脚跟部位。
3.根据权利要求1所述的基于摄像位移的室内人员导航定位系统，其特征在于:所述摄像头是一光学凸透镜组。
4.根据权利要求1-3之一所述的基于摄像位移的室内人员导航定位系统的定位方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)在左脚或右脚脚跟部位绑定定位装置； (2)定位装置中的摄像头不断获取地面影像 (3)通过COMS成像； (4)DSP数字微处理器根据COMS前后两张成像进行特征比对处理，计算出相对移动的距离和方向； (5)一系列图像分析处理的结果构构成人员移动的轨迹； (6)DSP数字微处理器将解算出来的结果发送到后台监控平台。
5.根据权利要求4所述的定位方法，其特征在于:DSP数字微处理器与后台监控平台之间通过无线传输方式传输。
【专利摘要】本发明提供了一种基于摄像位移的室内人员导航定位系统及定位方法。在左脚或右脚脚跟部位绑定人员定位装置，该装置包含无线传输模块、DSP数字微处理器、COMS成像模块以及摄像头。摄像模块获取地面影像，经过一组光学透镜，传输到COMS内成像。其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，处理器DSP对系列图像进行分析处理，对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断人员的移动方向和移动距离，从而完成人员的位置定位及导航。本发明避免了室内定位导航磁干扰和磁偏向问题以及采用计步原理做位移的原地振动产生位移误差问题。为最终的人员室内环境下的定位精度提供基本保障，并避免了室内恶劣的环境干扰问题。
【IPC分类】G01C21-00
【公开号】CN104634342
【申请号】CN201510034024
【发明人】梁二
【申请人】梁二
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月16日