[發(fā)明專利]一種基于手機(jī)的室內(nèi)單目自定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910535165.1
• 申請(qǐng)日: 2019-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN110332938B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙彥超;高燃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/20
• 分類號(hào): G01C21/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 梁耀文

本發(fā)明公開了一種基于手機(jī)的室內(nèi)單目自定位方法，屬于室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，包括采集室內(nèi)平面地圖、訓(xùn)練目標(biāo)檢測模型、目標(biāo)檢測和點(diǎn)對(duì)映射、手機(jī)位置計(jì)算4個(gè)步驟。本發(fā)明是一種簡單的適用于小范圍的室內(nèi)基于手機(jī)單目離線式自定位方法，操作簡單只需要一張圖片、下載獲取室內(nèi)的二維平面圖，直接在手機(jī)客戶端即可實(shí)現(xiàn)定位，實(shí)時(shí)性好，定位能達(dá)到cm級(jí)精度，定位百分比誤差在10％以內(nèi)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于室內(nèi)定位領(lǐng)域，特別涉及一種基于手機(jī)的室內(nèi)單目自定位方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)設(shè)備的普及和移動(dòng)設(shè)備性能的飛速提升，基于室內(nèi)位置服務(wù)需求激增。室內(nèi)定位受到越來越多人的關(guān)注，目前比較普遍的定位方法有基于WiFi、RFID射頻信號(hào)、藍(lán)牙等技術(shù)的定位方法，但是由于射頻信號(hào)易受人移動(dòng)及其他環(huán)境變化因素干擾，定位容易產(chǎn)生積累誤差，而且設(shè)備部署和維護(hù)需要消耗過多人力和物力。隨著計(jì)算機(jī)視覺的發(fā)展，越來越多的人研究用圖像進(jìn)行室內(nèi)定位，由于圖像定位不需要大量部署成本，定位設(shè)備廉價(jià)，基于圖像的定位有著不可取代的優(yōu)勢。但是目前的基于視覺的室內(nèi)定位依然存在著計(jì)算復(fù)雜大，實(shí)時(shí)性差等問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種基于手機(jī)的室內(nèi)單目自定位方法，操作簡單，定位實(shí)時(shí)性好。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于手機(jī)的室內(nèi)單目自定位方法，包括如下步驟：

(1)制作室內(nèi)平面地圖：建立室內(nèi)三維坐標(biāo)系，選擇合適物體作為特征物。測量其在室內(nèi)三維坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，制作室內(nèi)平面圖；

(2)目標(biāo)檢測和點(diǎn)對(duì)映射：手機(jī)拍攝用于定位的圖片，經(jīng)過目標(biāo)檢測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速檢測出目標(biāo)特征物的種類和在圖像上的位置，根據(jù)目標(biāo)物的種類和室內(nèi)平面圖實(shí)現(xiàn)目標(biāo)特征物3D空間到2D像平面的映射；

(3)手機(jī)位置計(jì)算：根據(jù)相機(jī)的透視原理和三角形的相似性建立手機(jī)定位模型，計(jì)算定位圖片中特征物的深度信息，在已知圖片上目標(biāo)特征物的深度信息和其在空間中的位置坐標(biāo)即可求出相機(jī)的位置坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中制作室內(nèi)平面圖的具體步驟如下：

(2.1)自動(dòng)選擇易于和周圍環(huán)境區(qū)分且穩(wěn)定性較好并位于同一水平面或豎直平面的若干個(gè)物體作為特征物；

(2.2)建立室內(nèi)三維坐標(biāo)系，特征物的三維坐標(biāo)用物體的中心坐標(biāo)表示，在坐標(biāo)系內(nèi)測量特征物的三維坐標(biāo)，制作室內(nèi)的平面地圖。其中平面地圖包括特征物的種類和特征物在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中目標(biāo)檢測和點(diǎn)對(duì)映射的具體步驟如下：

(3.1)手機(jī)拍攝的用于定位的圖片，經(jīng)過用于目標(biāo)檢測的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速檢測出目標(biāo)物的種類T、在圖像中的位置L和置信度值P，其中P是識(shí)別特征的種類和真實(shí)目標(biāo)的合適度的概率；

(3.2)當(dāng)定位圖片經(jīng)過目標(biāo)檢測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測到的目標(biāo)特征物的數(shù)量少于三個(gè)，返回步驟(2.1)稍微轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī)重新獲取定位圖片；

(3.3)實(shí)現(xiàn)3D空間目標(biāo)特征物到2D定位圖片的映射是根據(jù)從定位圖片上檢測的目標(biāo)物的種類，在室內(nèi)平面圖中查找目標(biāo)特征物在空間中的三維坐標(biāo)；

(3.4)手機(jī)攝像機(jī)傳感器獲取定位圖片的同時(shí)并獲取手機(jī)方向傳感器的值。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中手機(jī)位置計(jì)算的具體步驟如下：

(4.1)已知手機(jī)相機(jī)的焦距f等相機(jī)內(nèi)參和圖像和空間上目標(biāo)特征物之間的距離，根據(jù)相機(jī)透視成像原理和三角形的相似原理即可求出特征物的深度信息d；

(4.2)將以空間中特征物的中心為圓心，深度信息值d為半徑的圓相交點(diǎn)即為手機(jī)的位置L，在實(shí)際情況下由于誤差的存在，匯聚不到一點(diǎn)，用3個(gè)交點(diǎn)的平均值作為手機(jī)的位置其中Pi是任意兩個(gè)圓之間的交點(diǎn)；