基于計(jì)算機(jī)視覺及動(dòng)態(tài)指紋的定位系統(tǒng)及相應(yīng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及定位技術(shù)，具體設(shè)及計(jì)算機(jī)視覺及動(dòng)態(tài)指紋的定位系統(tǒng)及相應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)利用攝像頭對(duì)物體或人進(jìn)行拍照，從照 片中成像的位置計(jì)算其相對(duì)于攝像頭的相對(duì)位置?；谟?jì)算機(jī)視覺的室內(nèi)定位算法主要有 單目和雙目?jī)深?。?jì)算機(jī)視覺定位的優(yōu)點(diǎn)是定位精度高及穩(wěn)定度高。但計(jì)算機(jī)視覺定位技 術(shù)要求在視距化ine of Si曲t)無(wú)遮擋的條件，在室內(nèi)復(fù)雜的非視距(Non Line of Si曲t) 的條件下，該定位算法將不能使用。
[0003] 當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)普遍采用無(wú)線技術(shù)對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，包括Zigbee，WIFI，藍(lán)牙和 ibeacon等技術(shù)?，F(xiàn)有的室內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)可W利用現(xiàn)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行定位計(jì)算。無(wú)線 定位技術(shù)可分為測(cè)距和非測(cè)距技術(shù)兩種，如基于到達(dá)時(shí)間或者時(shí)間差的測(cè)距技術(shù)因?yàn)樾枰?精確的時(shí)間同步，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高，而且在非視距條件下準(zhǔn)確度影響較大的?；谥讣y (Fingerprint)算法的非測(cè)距技術(shù)利用無(wú)線信號(hào)可W繞過(guò)障礙物的特點(diǎn)，可W避免非視距 條件下測(cè)距技術(shù)定位精度下降的問(wèn)題。通過(guò)標(biāo)定特征點(diǎn)的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，指紋 (Fingerprint)算法選取區(qū)域內(nèi)的相關(guān)特征點(diǎn)標(biāo)定收到各無(wú)線設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度，并將運(yùn)些 數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；在定位階段進(jìn)行定位計(jì)算時(shí)，將測(cè)得的無(wú)線設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度和數(shù)據(jù)庫(kù) 中存儲(chǔ)的特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配計(jì)算得到的位置坐標(biāo)。運(yùn)種基于指紋匹配的算法的關(guān)鍵是 要保證指紋數(shù)據(jù)本身的準(zhǔn)確性，否則系統(tǒng)的定位精確度必然不能保證。
[0004][0005] 因此，綜上所述，現(xiàn)有的用于室內(nèi)定位的各種定位方式均存在其缺陷，不能夠提供 長(zhǎng)期穩(wěn)定的定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有定位技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，尤其是采用指紋算法的無(wú)線定位技術(shù)中存 在的指紋數(shù)據(jù)標(biāo)定復(fù)雜、困難，標(biāo)定數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)信號(hào)漂移等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能實(shí)現(xiàn) 動(dòng)態(tài)指紋數(shù)據(jù)更新，進(jìn)而消除上述誤差因素，提高定位精度的定位系統(tǒng)及相應(yīng)定位方法。
[0007] 具體而言，本發(fā)明提供一種基于計(jì)算機(jī)視覺及動(dòng)態(tài)指紋的定位系統(tǒng)，其特征在于， 所述定位系統(tǒng)包括:圖像采集裝置、無(wú)線接入設(shè)備、服務(wù)器、無(wú)線信標(biāo)，所述無(wú)線信標(biāo)安裝在 定位物上，
[0008] 所述圖像采集裝置用于W預(yù)定時(shí)間間隔或持續(xù)地采集定位物的圖像，并將所采集 的圖像發(fā)送至所述服務(wù)器；
[0009] 所述無(wú)線信標(biāo)用于W預(yù)定時(shí)間間隔或持續(xù)地接收所述無(wú)線接入設(shè)備的信號(hào)，確定 所接收到的每個(gè)無(wú)線信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，并將相應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度信息發(fā)送至所述服務(wù)器；
[0010] 所述服務(wù)器基于所述圖像計(jì)算所述定位物的位置信息并生成位置信息流，基于所 述信號(hào)強(qiáng)度信息生成信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流，并對(duì)所述位置信息流和所述信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流進(jìn)行匹 配生成位置及信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流，存入指紋數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0011] 所述服務(wù)器還基于所述圖像判斷所述定位物是否在圖像中可見，如果可見，則所 述服務(wù)器直接基于所述圖像確定所述定位物的位置，否則，所述服務(wù)器基于所述無(wú)線信標(biāo) 獲得的當(dāng)前信號(hào)強(qiáng)度信息W及所述位置及信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流利用基于動(dòng)態(tài)指紋數(shù)的時(shí)間加 權(quán)K最臨近定位算法(T-WKNN)進(jìn)行位置計(jì)算。
[0012] 進(jìn)一步地，所述服務(wù)器定期對(duì)所述指紋數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，清除與相鄰數(shù)據(jù)的時(shí)間 間隔小于預(yù)定闊值的數(shù)據(jù)或距離當(dāng)前時(shí)間超過(guò)預(yù)定闊值的數(shù)據(jù)。
[0013] 進(jìn)一步地，在所述時(shí)間加權(quán)K最臨近定位算法中，在對(duì)K個(gè)最匹配的指紋點(diǎn)加權(quán)求 和時(shí)，采用指紋數(shù)據(jù)的時(shí)間距離作為權(quán)重因子，該權(quán)重因子為：時(shí)間間隔乘W距離的倒數(shù)， 其中時(shí)間間隔為該指紋數(shù)據(jù)采集的時(shí)間到當(dāng)前時(shí)間的間隔。
[0014] 進(jìn)一步地，所采用的加權(quán)求和方法為：
[0017] 其中Xj為K個(gè)最匹配指紋點(diǎn)中第j個(gè)的X坐標(biāo)，Yj為K個(gè)最匹配指紋點(diǎn)中第j個(gè)的Y坐 標(biāo)，Tj為第j個(gè)指紋數(shù)據(jù)離當(dāng)前的時(shí)間間隔，Dj為定位點(diǎn)數(shù)據(jù)和第j個(gè)指紋點(diǎn)數(shù)據(jù)的距離，Dj 由定位點(diǎn)收到的各無(wú)線接入設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度和第j個(gè)指紋點(diǎn)的無(wú)線接入設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度的 差值的平方和計(jì)算得到。
[0018] 另一方面，本發(fā)明提供一種基于計(jì)算機(jī)視覺及動(dòng)態(tài)指紋的定位方法，其特征在于， 所述方法包括：
[0019] W預(yù)定時(shí)間間隔或持續(xù)地采集定位物的圖像；
[0020] 基于所述圖像計(jì)算定位物的位置信息并生成位置信息流；
[0021] W預(yù)定時(shí)間間隔或持續(xù)地利用定位物上的無(wú)線信標(biāo)接收無(wú)線接入設(shè)備的信號(hào)并 確定所接收到的每個(gè)無(wú)線信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度；
[0022] 基于所述信號(hào)強(qiáng)度信息生成信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流；
[0023] 對(duì)所述位置信息流和信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流進(jìn)行匹配生成位置及信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流，存入 指紋數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0024] 基于所述圖像判斷所述定位物是否在圖像中可見，如果可見，則直接基于所述圖 像確定所述定位物的位置，否則，基于所述無(wú)線信標(biāo)獲得的當(dāng)前信號(hào)強(qiáng)度信息W及所述位 置及信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)流，利用基于動(dòng)態(tài)指紋數(shù)的時(shí)間加權(quán)K最臨近定位算法(T-WKNN)計(jì)算所 述定位物的當(dāng)前位置，其中，在所述時(shí)間加權(quán)K最臨近定位算法中。
[0025] 進(jìn)一步地，所述方法還包括:定期對(duì)所述指紋數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，清除與相鄰數(shù)據(jù)的 時(shí)間間隔小于預(yù)定闊值的數(shù)據(jù)或距離當(dāng)前時(shí)間超過(guò)預(yù)定闊值的數(shù)據(jù)。
[0026] 進(jìn)一步地，在所述時(shí)間加權(quán)K最臨近定位算法中，在對(duì)K個(gè)最匹配的指紋點(diǎn)加權(quán)求 和時(shí)，采用指紋數(shù)據(jù)的時(shí)間距離作為權(quán)重因子，該權(quán)重因子為：時(shí)間間隔乘W距離的倒數(shù)， 其中時(shí)間間隔為該指紋數(shù)據(jù)采集的時(shí)間到當(dāng)前時(shí)間的間隔。
[0027] 進(jìn)一步地，所采用的加權(quán)求和方法為：
[0030] 其中Xj為K個(gè)最匹配指紋點(diǎn)中第j個(gè)的X坐標(biāo)，Yj為K個(gè)最匹配指紋點(diǎn)中第j個(gè)的Y坐 標(biāo)，Tj為第j個(gè)指紋數(shù)據(jù)離當(dāng)前的時(shí)間間隔，Dj為定位點(diǎn)獲取的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)和第j個(gè)指紋 點(diǎn)獲取的信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)值的距離，Dj為由定位物上的無(wú)線信標(biāo)接收到的各K個(gè)無(wú)線接入設(shè) 備的信號(hào)強(qiáng)度和第j個(gè)指紋點(diǎn)的無(wú)線接入設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度的差值的平方和計(jì)算得到。
[0031] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì)：
[0032] 1、本發(fā)明的基于計(jì)算機(jī)視覺和無(wú)線信號(hào)動(dòng)態(tài)指紋算法的定位系統(tǒng)，提供視距及非 視距的各種復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境定位。
[0033] 2、用視覺定位獲得高精度定位并且動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新無(wú)線信號(hào)的指紋數(shù)據(jù)，使得非視 距條件下的定位精度得到提高，不需要人工標(biāo)定得到指紋數(shù)據(jù)。此外，由于指紋數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更 新，系統(tǒng)可W提供更多，更新的指紋數(shù)據(jù)，可W消除因時(shí)間導(dǎo)致的信號(hào)系統(tǒng)漂移，環(huán)境及氣 候變化的誤差。
[0034] 3、本發(fā)明采用了基于動(dòng)態(tài)指紋的時(shí)間加權(quán)K最臨近定位算法(T-WK順），加入時(shí)間 間隔作為權(quán)重因子，減少長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)致的設(shè)備信號(hào)漂移，氣候及環(huán)境變化帶來(lái)的誤差，提高定 位精度。
[0035] 綜上所述，本發(fā)明的基于計(jì)算機(jī)視覺及動(dòng)態(tài)指紋的定位系統(tǒng)及定位方法在視距條 件下采用視覺定位獲得高精度定位并且動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新指紋數(shù)據(jù)，使得非視距條件下的定位 精度得到提局，確保在各種室內(nèi)復(fù)雜情況下得到局精度、局可靠性的定位服務(wù)。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中的基于計(jì)算機(jī)視覺及動(dòng)態(tài)指紋的定位系統(tǒng)的硬件架構(gòu) 示意圖；
[0037] 圖2示出了本發(fā)明的定位系統(tǒng)中所執(zhí)行的定位方法的流程示意圖；
[0038] 圖3示出了存在遮擋時(shí)圖1所示實(shí)施例中的定位系統(tǒng)進(jìn)行定位的情況。
[0039] 圖中的附圖標(biāo)記為：1、定位物，2、無(wú)線信標(biāo)，3、攝像頭，4、無(wú)線接入，5、服務(wù)器，6、 無(wú)線路由器，7、連接線
【具體實(shí)施方式】
[0040] 實(shí)施例1
[0041 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0042] 如圖1所示，本實(shí)施例中的定位系統(tǒng)主要包括下述部件:無(wú)