[發明專利]一種用于全局視覺定位方法中的信息融合組合導航方法

有效

• 申請號: 201810391190.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108759815B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 羅勝
• 申請（專利權）人: 溫州大學激光與光電智能制造研究院
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20;G01C21/18;G01C21/16
• 代理公司: 溫州市品創專利商標代理事務所(普通合伙) 33247
• 代理人: 程春生

一種用于全局視覺定位方法中的信息融合組合導航方法，具體如下：1)在建立系統誤差方程的基礎上，將位置誤差方程、姿態誤差方程以及慣性儀表誤差方程綜合在一起作為組合導航卡爾曼濾波器的觀察值。本發明的有益效果是已經知道攝像頭的位置、朝向，以及所面向地理環境的模型，就可以很容易地計算出視野范圍內每個目標的位置；將視覺與GPS、IMU、OD及地磁等定位裝置配合，可得到高精度的導航定位。

技術領域

本發明屬于定位技術領域，尤其是涉及一種用于全局視覺定位方法中的信息融合組合導航方法。

背景技術

定位是導航的前提條件，在工業、養老、醫療、會展、自動化等領域有廣泛的應用。但是目前的定位技術在應用中都有短板，例如GPS容易受遮擋，在室內無法使用，在山區、樹林中精度低；Wi-Fi精度低，不能穿墻；藍牙穩定性稍差，受噪聲信號干擾大；ZigBee需要密集布置信源；RFID作用距離短，一般最長為幾十米，不便于整合到移動設備之中。IMU、OD可以高頻測量加速度、速度和姿態角，但是受噪聲影響大，長時間會有累積誤差。

但是作為智能城市項目的監控攝像頭，已經密集地分布在各個關鍵位置。如果已經知道攝像頭的位置、朝向，以及所面向的地理環境，就可以很容易地計算出視野范圍內的每個目標的位置。如果與GPS、IMU、OD及地磁等定位裝置配合，就可以提高定位精度

發明內容

本發明的目的是提供一種基于全局視覺的定位方法，其解決了平常定位方法中存在的定位不準確、易受干擾、安裝成本高等不足，提高了定位精度，適合用在工業、自動化、醫療、會展、養老及酒店等領域的定位導航中。

本發明的技術方案是：一種基于全局視覺的定位方法，包括如下步驟：

設已知攝像頭的精確位置（經度Ｏ，緯度Ａ，高度Ｈ）和姿態（αc，βc，γc），并且已知場地的幾何模型，那么從攝像頭的圖像中找到目標后，就能根據目標在圖像中的位置確定目標與攝像頭連線的方位角（αO，βO，γO），并根據此方位角和場地的幾何模型計算出目標的位置和姿態。

(1)獲得攝像頭的精確位置：如果在野外，采用高精度的差分GPS裝置；如果在室內，用高精度的差分GPS裝置定位整個建筑物，再根據建筑物內部結構的尺寸推算攝像頭的精確位置。將世界坐標系原點設置在攝像頭焦距處，一個方向指向經度O方向(東方)，另一個方向指向緯度A方向(北方)，第三個方向指向高度H方向；

(2)獲得攝像頭的姿態：采用帶水平儀和羅盤的標定模板標定相機；水平放置的標定板一個方向指向經度O方向(東方)，一個方向指向緯度A方向(北方)，與攝像頭處的世界坐標系一致；設標定后，攝像頭坐標系與世界坐標系的變換為R1|T，從旋轉矩陣R1可以按如下公式確定出攝像頭的三個姿態角（αc，βc，γc），

(3)對目標成像：整個系統投入運營，對目標成像；

(4)在圖像中檢測目標：可以用目標檢測的方法，也可以在目標上帶預設標簽的方法，確定目標在圖像中的位置，目標大小為λ，相對于圖像中心的偏移(r,c)，目標在圖像坐標里的姿態θ；

(5)計算目標射線：因為是單目視角，無法確定目標的高度和遠近；但是對于具體應用而言，目標往往在地面上，并且目標往往是某種確定的類型，例如人、車、AGV等，因此大小、高度固定。在圖像中找到目標后，根據目標相對圖像中心的偏移(r,c)，在修正相機變形后，可以確定目標與攝像頭光軸的偏轉角(?v, ?u)；

?v =arctan(c/f)

?u =arctan(r/f)

并計算出目標相對于相機坐標的旋轉矩陣R2，因此，可確定目標射線在世界坐標系里的角度（αO，βO，γO）；