一种基于灯饰特征的室内导航方法及系统的制作方法
【专利摘要】一种基于灯饰特征的室内导航方法及系统，建立灯饰特征参数数据库，所述灯饰特征参数数据库中包括灯饰的特征信息，采集定位目标周围图像，对图像中灯饰进行特征提取并与灯饰特征参数数据库中灯饰特征进行匹配，识别出图像中的灯饰；利用灯饰特征参数数据库中灯饰的特征信息及位置信息解算出定位目标当前的位置。本发明采用灯饰进行定位，信号不容易受到环境的影响，系统稳定，精度高。不安装大量的发射端，并且系统维护简单，成本低。
【专利说明】一种基于灯饰特征的室内导航方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于灯饰特征的室内导航方法及系统。具体涉及基于嵌入式Iinux系统图像处理技术和卡尔曼滤波算法的室内导航系统。所述方法用于建筑物内对目标物的高精度定位和导航。
【背景技术】
[0002]在导航【技术领域】中，室外导航技术，如GPS技术，基本成熟并且普遍应用于生活中，而GPS信号不能穿透建筑物，无法在室内进行定位，所以室内导航领域还有待开发。
[0003]现有的室内定位系统多采用设置参考点的方式进行定位，如安装信号发射器、连接wifi热点等方法。这些方法对发射器稳定性和接收器能力要求比较高，或者要求用户登录wifi热点。信号容易受到环境的影响，造成系统不稳定，精度不够高。安装大量的发射端,并且需要大量的人力财力用于系统的维护,成本高。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明一种基于灯饰特征的室内导航方法，建立灯饰特征参数数据库，所述灯饰特征参数数据库中包括灯饰的特征信息，采集定位目标周围图像，对图像中灯饰进行特征提取并与灯饰特征参数数据库中灯饰特征进行匹配，识别出图像中的灯饰；利用灯饰特征参数数据库中灯饰的特征信息及位置信息解算出定位目标当前的位置。
[0005]在上述技术方案的基础上，所述灯饰特征包括灯饰的位置、长度、亮度及形状。
[0006]在上述技术方案的基础上，提取图像中灯饰的质心连线的中点和矢量，并建立坐标系，将定位目标的初始位置信息和获取的灯饰特征信息送至位置解算算法，计算出定位目标当前的位置坐标，完成定位目标定位。
[0007]在上述技术方案的基础上，所述位置解算算法包括:
[0008](I)定义灯饰的质心为其几何质心，本发明采用质心法提取灯饰质心坐标，目标物可以表示成
【权利要求】
1.一种基于灯饰特征的室内导航方法，其特征在于: 建立灯饰特征参数数据库，所述灯饰特征参数数据库中包括灯饰的特征信息；采集定位目标周围图像，对图像中灯饰进行特征提取并与灯饰特征参数数据库中灯饰特征进行匹配，识别出图像中的灯饰；利用灯饰特征参数数据库中灯饰的特征信息及位置信息解算出定位目标当前的位置。
2.如权利要求1所述的一种基于灯饰特征的室内导航方法，其特征在于:所述灯饰特征包括灯饰的位置、长度、亮度及形状。
3.如权利要求1所述的一种基于灯饰特征的室内导航方法，其特征在于:提取图像中灯饰的质心连线的中点和矢量，并建立坐标系，将定位目标的初始位置信息和获取的灯饰特征信息送至位置解算算法，计算出定位目标当前的位置坐标，完成定位目标定位。
4.如权利要求3所述的一种基于灯饰特征的室内导航方法，其特征在于:所述位置解算算法包括: (I)定义灯饰的质心为其几何质心，采用质心法提取灯饰质心坐标，目标物可以表示成
5.如权利要求4所述的一种基于灯饰特征的室内导航方法，其特征在于:步骤(2)中室内空间坐标系和定位目标坐标系定义如下: (1)室内空间坐标系，即G-系，以房间地面墙角顶点作为坐标原点，分别以相邻两墙面的交线为三条坐标轴，其中垂直于平面的轴线定义为z轴； (2)定位目标坐标系，即C-系，以定位目标顶端摄像头中心为坐标原点，以垂直于定位目标运动平面的直线为z轴，以平行于定位目标运动平面垂直于定位目标边缘线的直线分别为X轴和y轴； (3)G-系和C-系之间的转换关系如下:
6.如权利要求5所述的一种基于灯饰特征的室内导航方法,其特征在于: (1)将图像坐标的像素尺度按照图像像素和彩屏尺寸之间的比例转化为C-系中的长度尺度； (2)已知第一灯饰的质心坐标为(X11,yu) (Xwy11),第二灯饰的质心坐标为(x12，y12)，灯饰质心连线中点的坐标为(X，y)，定位目标的初始位置为(Xtl, yd，根据G-系和C-系的坐标转换公式可计算出C-系中灯饰质心连线中点的位置坐标为(Xc;，y。)，该坐标可以理解为定位目标与灯管质心连线中点的相对距离； (3)当定位目标前进一段距离后，可以在定位目标拍摄的图像上获得第一灯饰和第二灯饰的质心在定位目标运动后C-系上的坐标，通过先验的定位目标运动距离和图像灯饰质心连线中点移动距离的线性关系，可以获得定位目标沿着前进方向行驶的相对距离，通过坐标系逆转换得出定位目标在G-系中的坐标位置。
7.如权利要求3所述的一种基于灯饰特征的室内导航方法，其特征在于: 定位目标为小车，所述小车的运动模型建立方法包括，基于卡尔曼滤波算法运动模型的系统状态方程为:
8.如权利要求1所述的一种基于灯饰特征的室内导航方法，其特征在于:所述定位目标为小车，所述小车上装有摄像头，在小车行进过程中，摄像头采集小车上方的建筑物灯饰的视频流，获取视频流中一帧或者多帧图像，对获取图像进行预处理，所述预处理包括去噪处理和目标粗识别。
9.一种基于灯饰特征的室内导航系统，其特征在于:其包括， 嵌入式ARM处理器模块、视频采集模块、通信模块、图像显示模块、嵌入式开发环境模块、室内灯饰特征参数数据库、定位算法库以及导航算法库；其中: 所述嵌入式ARM处理器模块装有Iinux操作系统； 所述视频采集模块为装置在小车的顶部中心位置的摄像模块，在小车行进的同时，摄像头实时获取小车正上方建筑物灯饰的视频流，利用视觉感知技术和图像处理技术在视频流中提取一帧或多帧图像； 所述图像显示模块是液晶显示设备，用来显示视频流和提取的图像； 所述通信模块是串口下载器，所述串口下载器按照字节传输数据； 所述嵌入式开发环境模块进行代码编写、编译和执行的集成开发环境； 所述室内灯饰特征数据库中存储的是建筑物本身各个灯饰的位置、亮度、长度、形状等信息，用于匹配识别当前获取的图像中灯饰特征。
【文档编号】G01C21/20GK103759724SQ201410020185
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】张华 , 许录平, 焦荣, 宋诗斌, 金正灿, 马炎, 李冀俊, 孙景荣, 冯冬竹, 何小川, 刘清华 申请人:西安电子科技大学