一種基于圖像處理的室內(nèi)定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像處理的室內(nèi)定位方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能手機(jī)及傳感器的發(fā)展，移動(dòng)位置服務(wù)（LBS)越來(lái)越多的影響著人們的生 活。利用全球定位系統(tǒng)（GPS)可以滿(mǎn)足人們?cè)谑彝獾亩ㄎ慌c導(dǎo)航需求，然而在室內(nèi)這種相 對(duì)封閉的環(huán)境下，接收衛(wèi)星信號(hào)受到遮擋、容易發(fā)生折射等，導(dǎo)致GPS無(wú)法直接用于室內(nèi)定 位導(dǎo)航。目前常用的室內(nèi)定位方法包括：利用WIFI信號(hào)定位、慣性導(dǎo)航定位、藍(lán)牙定位、射 頻識(shí)別（RFID)定位等。這些方法在室內(nèi)定位過(guò)程中，信號(hào)強(qiáng)度因行人走動(dòng)、環(huán)境變化等原 因容易受到干擾，定位誤差易發(fā)生積累、而且存在隱私問(wèn)題，最終采集的室內(nèi)定位數(shù)據(jù)不精 確。
[0003] 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種基于圖像處理的室內(nèi)定位方法及 系統(tǒng)，旨在克服傳統(tǒng)室內(nèi)定位方法中無(wú)線信號(hào)容易受到干擾，定位精度不高、誤差容易積累 的問(wèn)題，提出一種利用圖像匹配結(jié)合慣性傳感器地圖匹配的室內(nèi)定位方法，能夠縮短搜索 圖像時(shí)間、加快匹配速度，實(shí)現(xiàn)精確實(shí)時(shí)定位。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于圖像處理的室內(nèi)定位方法，其中，方法包括：
[0007] A、預(yù)先獲取室內(nèi)平面圖，建立平面直角坐標(biāo)系，在平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)上建立參考 點(diǎn)，對(duì)每個(gè)參考點(diǎn)計(jì)算位置坐標(biāo)并采樣參考點(diǎn)位置處的圖像特征數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在位置指紋 數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0008] B、實(shí)時(shí)記錄移動(dòng)終端的慣性傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到移動(dòng)終端拍攝當(dāng)前位置圖像并 發(fā)送定位請(qǐng)求時(shí)，提取當(dāng)前位置圖像的圖像特征數(shù)據(jù)，并發(fā)送至服務(wù)器；
[0009] C、服務(wù)器接收到圖像特征數(shù)據(jù)后分析生成用戶(hù)在拍攝圖像前的歷史運(yùn)動(dòng)軌跡，估 算用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置；
[0010] D、根據(jù)移動(dòng)終端發(fā)送的當(dāng)前位置圖像的圖像特征信息，對(duì)位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的存 儲(chǔ)的用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置的圖像進(jìn)行遍歷匹配，將匹配點(diǎn)對(duì)最多的圖像作為移動(dòng)終端 發(fā)送的圖像的最優(yōu)匹配圖像；
[0011] E、服務(wù)器查詢(xún)最優(yōu)匹配圖像的坐標(biāo)，并將坐標(biāo)發(fā)送至移動(dòng)終端作為當(dāng)前用戶(hù)位置 的定位結(jié)果。
[0012] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位方法，其中，所述步驟A具體包括：
[0013] AU預(yù)先獲取室內(nèi)平面圖，并選擇坐標(biāo)原點(diǎn)，建立平面直角坐標(biāo)系；
[0014] A2、在平面直角坐標(biāo)系上每隔一預(yù)定距離建立一個(gè)參考點(diǎn)，對(duì)每個(gè)參考點(diǎn)計(jì)算位 置坐標(biāo)并采樣參考點(diǎn)位置的圖像；
[0015] A3、對(duì)參考點(diǎn)位置的圖像提取特征點(diǎn)，用特征描述向量對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行描述，將參考 點(diǎn)位置的圖像的特征點(diǎn)、特征描述向量及位置坐標(biāo)存儲(chǔ)在位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0016] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位方法，其中，所述步驟C具體包括：
[0017] CU服務(wù)器接收?qǐng)D像特征數(shù)據(jù)后，根據(jù)加速度速度獲取用戶(hù)行走的步數(shù)；
[0018] C2、根據(jù)陀螺儀數(shù)據(jù)獲取用戶(hù)的拐彎次數(shù)，根據(jù)氣壓數(shù)據(jù)定位用戶(hù)當(dāng)前所在的樓 層，結(jié)合室內(nèi)平面地圖估算出用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置。
[0019] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位方法，其中，所述步驟D具體包括：
[0020] D1、根據(jù)移動(dòng)終端發(fā)送的當(dāng)前位置圖像特征數(shù)據(jù)，對(duì)位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)的 用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置的圖像進(jìn)行遍歷匹配；
[0021] D2、計(jì)算移動(dòng)終端發(fā)送的圖像上的特征點(diǎn)到另一張圖像上所有特征點(diǎn)的歐式距 離，選擇歐式距離最小的點(diǎn)為最佳匹配點(diǎn)，兩張圖像上的最佳匹配點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)匹配點(diǎn)對(duì)，并 采用特定的匹配約束條件剔除錯(cuò)誤的匹配點(diǎn)；
[0022] D3、獲取匹配點(diǎn)對(duì)最多的圖像并作為移動(dòng)終端發(fā)送的圖像的最優(yōu)匹配圖像。
[0023] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位方法，其中，所述步驟D2中采用特定的匹配約束 條件剔除錯(cuò)誤的匹配點(diǎn)具體包括：
[0024] D21、計(jì)算移動(dòng)終端發(fā)送的圖像上的第一特征點(diǎn)的最佳匹配點(diǎn)時(shí)，獲取與第一特征 點(diǎn)歐式距離最近的第二特征點(diǎn)之間的第一距離以及與第一特征點(diǎn)歐式距離次近的第三特 征點(diǎn)之間的第二距離，當(dāng)?shù)谝痪嚯x和第二距離的比值大于等于一預(yù)定閾值，則當(dāng)前匹配點(diǎn) 不是最佳匹配點(diǎn)，剔除當(dāng)前匹配點(diǎn)對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)對(duì)；
[0025] D22、當(dāng)?shù)谝痪嚯x和第二距離的比值小于一預(yù)定閾值，將移動(dòng)終端發(fā)送的圖像與數(shù) 據(jù)中的圖像進(jìn)行匹配得到第一匹配映射關(guān)系，同時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像到移動(dòng)終端發(fā)送的圖 像進(jìn)行匹配得到第二匹配映射關(guān)系，若第一匹配映射關(guān)系與第二匹配映射關(guān)系不是一一對(duì) 應(yīng)，則當(dāng)前匹配點(diǎn)不是最佳匹配點(diǎn)，剔除當(dāng)前匹配點(diǎn)對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)對(duì)；
[0026] D23、如果第一匹配映射關(guān)系與第二匹配映射關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的，則利用隨機(jī)選擇 若干對(duì)匹配點(diǎn)得到模型參數(shù)，剔除不滿(mǎn)足轉(zhuǎn)換關(guān)系的匹配點(diǎn)對(duì)。
[0027] -種基于圖像處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)包括：
[0028] 預(yù)先存儲(chǔ)模塊，用于預(yù)先獲取室內(nèi)平面圖，建立平面直角坐標(biāo)系，在平面直角坐標(biāo) 系統(tǒng)上建立參考點(diǎn)，對(duì)每個(gè)參考點(diǎn)計(jì)算位置坐標(biāo)并采樣參考點(diǎn)位置處的圖像特征數(shù)據(jù)，并 存儲(chǔ)在位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0029] 圖像特征提取模塊，用于實(shí)時(shí)記錄移動(dòng)終端的慣性傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到移動(dòng)終 端拍攝當(dāng)前位置圖像并發(fā)送定位請(qǐng)求時(shí)，提取當(dāng)前位置圖像的圖像特征數(shù)據(jù)，并發(fā)送至服 務(wù)器；
[0030] 位置估計(jì)模塊，用于服務(wù)器接收到圖像特征數(shù)據(jù)后分析生成用戶(hù)在拍攝圖像前的 歷史運(yùn)動(dòng)軌跡，估算用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置；
[0031] 匹配模塊，用于根據(jù)移動(dòng)終端發(fā)送的當(dāng)前位置圖像的圖像特征信息，對(duì)位置指紋 數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)的用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置的圖像進(jìn)行遍歷匹配，將匹配點(diǎn)對(duì)最多的圖像 作為移動(dòng)終端發(fā)送的圖像的最優(yōu)匹配圖像；
[0032] 查詢(xún)模塊，用于服務(wù)器查詢(xún)最優(yōu)匹配圖像的坐標(biāo)，并將坐標(biāo)發(fā)送至移動(dòng)終端作為 當(dāng)前用戶(hù)位置的定位結(jié)果。
[0033] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其中，所述預(yù)先存儲(chǔ)模塊具體包括：
[0034] 平面圖獲取單元，用于預(yù)先獲取室內(nèi)平面圖，并選擇坐標(biāo)原點(diǎn)，建立平面直角坐標(biāo) 系；
[0035] 采樣單元，用于在平面直角坐標(biāo)系上每隔一預(yù)定距離建立一個(gè)參考點(diǎn)，對(duì)每個(gè)參 考點(diǎn)計(jì)算位置坐標(biāo)并采樣參考點(diǎn)位置的圖像；
[0036] 存儲(chǔ)單元，用于對(duì)參考點(diǎn)位置的圖像提取特征點(diǎn)，用特征描述向量對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行 描述，將參考點(diǎn)位置的圖像的特征點(diǎn)、特征描述向量及位置坐標(biāo)存儲(chǔ)在位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0037] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其中，所述位置估計(jì)模塊具體包括：
[0038] 步數(shù)獲取單元，用于服務(wù)器接收?qǐng)D像特征數(shù)據(jù)后，根據(jù)加速度速度獲取用戶(hù)行走 的步數(shù)；
[0039] 位置估計(jì)單元，用于根據(jù)陀螺儀數(shù)據(jù)獲取用戶(hù)的拐彎次數(shù)，根據(jù)氣壓數(shù)據(jù)定位用 戶(hù)當(dāng)前所在的樓層，結(jié)合室內(nèi)平面地圖估算出用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置。
[0040] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其中，所述匹配模塊具體包括：
[0041] 第一匹配單元，用于根據(jù)移動(dòng)終端發(fā)送的當(dāng)前位置圖像特征數(shù)據(jù)，對(duì)位置指紋數(shù) 據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)的用戶(hù)當(dāng)前可能所在的位置的圖像進(jìn)行遍歷匹配；
[0042] 第二匹配單元，用于計(jì)算移動(dòng)終端發(fā)送的圖像上的特征點(diǎn)到另一張圖像上所有特 征點(diǎn)的歐式距離，選擇歐式距離最小的點(diǎn)為最佳匹配點(diǎn)，兩張圖像上的最佳匹配點(diǎn)構(gòu)成一 個(gè)匹配點(diǎn)對(duì)，并采用特定的匹配約束條件剔除錯(cuò)誤的匹配點(diǎn)；
[0043] 最優(yōu)匹配圖像獲取單元，用于獲取匹配點(diǎn)對(duì)最多的圖像并作為移動(dòng)終端發(fā)送的圖 像的最優(yōu)匹配圖像。
[0044] 所述的基于圖像處理的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其中，所述第二匹配單元還包括：
[0045] 比例約束單元，用于計(jì)算移動(dòng)終端發(fā)送的圖像上的第一特征點(diǎn)的最佳匹配點(diǎn)時(shí)， 獲取與第一特征