[發(fā)明專利]一種融合IMU和視覺傳感器的室內(nèi)軌跡重建方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711085803.1
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107976187B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔建磊;金學(xué)波;蘇婷立;柳勝凱;彭世禹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工商大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 北京科家知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 戴麗偉

本發(fā)明實施例中提供了一種融合IMU和視覺傳感器的室內(nèi)高精度軌跡重建方法，所述方法包括：接收IMU發(fā)送的實時采集數(shù)據(jù)；根據(jù)所述實時采集數(shù)據(jù)對行人的運動軌跡進(jìn)行預(yù)測并優(yōu)化；接收視覺傳感器采集到的室內(nèi)環(huán)境信息；根據(jù)所述室內(nèi)環(huán)境信息與所述實時采集數(shù)據(jù)對行人的運動軌跡進(jìn)行定位糾正，重建獲得最終的行人的運動軌跡。本發(fā)明實施例還提供了一種融合IMU和視覺傳感器的室內(nèi)高精度軌跡重建系統(tǒng)。本發(fā)明適用于復(fù)雜環(huán)境中的消防搶險、突發(fā)事件中的緊急救援、未知環(huán)境中自我定位及目標(biāo)找尋無法預(yù)知自身位置等關(guān)鍵問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)，具體地，涉及一種融合IMU和視覺傳感器的室內(nèi)高精度軌跡重建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，行人導(dǎo)航已成為導(dǎo)航定位領(lǐng)域一個活躍的分支。在城市、室內(nèi)、地下等衛(wèi)星信號受限的環(huán)境中，行人導(dǎo)航系統(tǒng)可實時監(jiān)測人員的位置信息，有效地解決“我在哪里”、“我應(yīng)該在哪里”、“如何到達(dá)目的地”等問題，快速準(zhǔn)確地為行人提供導(dǎo)航與定位服務(wù)。因此，行人導(dǎo)航系統(tǒng)研究對復(fù)雜環(huán)境中的消防搶險、突發(fā)事件中的緊急救援、未知環(huán)境中的自我定位及目標(biāo)找尋等都具有重要的意義。

在室外環(huán)境下，GPS能夠提供精確的定位導(dǎo)航服務(wù),但在室內(nèi)環(huán)境中,由于建筑內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜性和屏蔽性，GPS定位導(dǎo)航無法滿足用戶室內(nèi)精準(zhǔn)定位的需求。目前，室內(nèi)定位和導(dǎo)航大多依賴于室內(nèi)平面圖的約束,而其構(gòu)造往往需要大量的人工勘測(如室內(nèi)公共場所：醫(yī)院、大型商場、火車站等),大大降低室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。而且，傳統(tǒng)室內(nèi)定位技術(shù)主要依靠WIFI或路標(biāo)的導(dǎo)航方案，其采集信息單一，后期維護(hù)成本高，且容易受到室內(nèi)墻體影響，比如因信號衰變而導(dǎo)致的較大定位誤差。

IMU因具備體積小、質(zhì)量小、可操作性強(qiáng)、抗干擾性好等優(yōu)點，正逐步在室內(nèi)外定位和導(dǎo)航工程中得到了廣泛應(yīng)用。

通常情況下，IMU平臺包含有一個3軸的加速度計和一個3軸的陀螺儀，加速度計傳感器可以實時的反饋行人的運動中的加速度信息，陀螺儀測量的是運動物體的角速度，通過積分可以得出運動物體的角度。通過這兩個傳感器在理想的情況下可以直接測得行人的軌跡，但是由于IMU存在漂移和積分誤差，導(dǎo)致定位結(jié)果很不穩(wěn)定，特別是垂直方向，由于重力加速度的影響，導(dǎo)致高度向位移的解算存在很大的偏差。針對該問題，常規(guī)解決方案是使用IMU結(jié)合氣壓計的方法計算樓梯高度以實現(xiàn)垂直方向定位，但氣壓計容易受溫度、氣流強(qiáng)度等因素影響，在火災(zāi)等惡劣環(huán)境中難以實現(xiàn)垂直高度向的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實施例期望提供一種融合IMU和視覺傳感器的室內(nèi)高精度軌跡重建方法及系統(tǒng)，在基于IMU和視覺傳感器的信息融合方案基礎(chǔ)上，實現(xiàn)室內(nèi)行人軌跡的精準(zhǔn)重建。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明實施例提供一種融合IMU和視覺傳感器的室內(nèi)高精度軌跡重建方法，所述方法包括：

接收IMU發(fā)送的實時采集數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述實時采集數(shù)據(jù)對行人的運動軌跡進(jìn)行預(yù)測并優(yōu)化；

接收視覺傳感器采集到的室內(nèi)環(huán)境信息；

根據(jù)所述室內(nèi)環(huán)境信息與所述實時采集數(shù)據(jù)對行人的運動軌跡進(jìn)行定位糾正，重建獲得最終的行人的運動軌跡。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述實時采集數(shù)據(jù)對行人的運動軌跡進(jìn)行預(yù)測的具體過程包括：

根據(jù)所述實時采集數(shù)據(jù)標(biāo)定行人運動軌跡，并根據(jù)所述行人運動軌跡判斷所述行人的運動狀態(tài)；

根據(jù)所述實時采集數(shù)據(jù)確定行人初始姿態(tài)角及旋轉(zhuǎn)矩陣；

根據(jù)所述行人運動軌跡、行人運動狀態(tài)、行人初始姿態(tài)角及旋轉(zhuǎn)矩陣獲得行人速度和位置，并根據(jù)所述實時采集數(shù)據(jù)對行人速度、位置、姿態(tài)角及旋轉(zhuǎn)矩陣進(jìn)行更新；