[發(fā)明專利]一種利用地圖的視覺慣性室內(nèi)定位方法

有效

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• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113358117B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設計）人: 任明榮;張繼統(tǒng);王普;牟雨曼
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01S11/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種利用地圖的視覺慣性室內(nèi)定位方法，包括，針對視覺慣性里程計系統(tǒng)在室內(nèi)定位精度較差的問題，采用了基于條件隨機場的三維地圖匹配算法來對視覺慣性里程計的輸出進行修正。首先，建立室內(nèi)三維地圖的條件隨機場模型，將其作為先驗信息加入計算；其次，將視覺慣性里程計系統(tǒng)輸出的位姿和軌跡信息作為觀測量送入條件隨機場模型中，最后，將條件隨機場模型輸出的最優(yōu)狀態(tài)點序列作為反饋值來對視覺慣性里程計系統(tǒng)的輸出進行修正。本發(fā)明基于條件隨機場的三維地圖匹配算法相比二維地圖匹配拓展了應用的范圍。相比于以往的基于粒子濾波的地圖匹配算法，在保證了精度的同時顯著的減少了計算量，更加適合于實際工程應用。

技術領域

本發(fā)明屬于室內(nèi)定位技術領域，涉及一種利用地圖的視覺慣性室內(nèi)定位技術。在室內(nèi)地圖情況已知條件下基于視覺慣性里程計(Visual-Inertial?Odometry，VIO)和三維地圖匹配技術來進行室內(nèi)定位，利用三維地圖匹配算法來增強視覺慣性里程計在室內(nèi)定位的精度。

背景技術

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術這些年的快速發(fā)展，出現(xiàn)了像智慧病房、無人超市、無人酒店等這些新型技術。而這些技術對室內(nèi)定位有了更高的要求，因此如何室內(nèi)定位精度也受到了學術界和工業(yè)界廣泛的討論和關注。

在開闊的室外環(huán)境下，高精度的差分GPS(Global?Positioning?System)可以提供給非常精確的實時定位，然而，GPS在室內(nèi)定位中由于建筑物和墻壁的遮擋和反射，精度會大大降低，在室內(nèi)GPS的表現(xiàn)很差。傳統(tǒng)的室內(nèi)定位多采用慣性測量單元(InertialMeasurement?Unit，IMU)、Wi-Fi、超寬帶技術(Ultra?Wide?Band，UWB)和藍牙低功耗技術(Bluetooth?Low?Energy，BLE)來進行定位。然而與室外的GPS定位技術不同，這幾種技術都有非常明顯不足之處。慣性測量單元內(nèi)部包含有加速度計和陀螺儀，可以采集行人每一時刻的加速度和角速度信息，進而積分得到速度、位置和角度信息，然而慣性測量單元在進行定位時誤差會以非常高的速度進行累積，較長時間后誤差就會嚴重的影響定位精度。甚至當行人靜止不動時，誤差也會累積。雖然可以使用零速檢測和陀螺測漂的技術對其進行一定的修正，但在較長距離定位時效果仍然不太理想。Wi-Fi技術和超寬帶技術的缺點比較相似，在使用這兩者時，都需要在室內(nèi)布置大量的基礎設施，來對Wi-Fi和超寬帶提供信號支持，因此在成本方面這兩項技術需求會比較高，特別是在大型的室內(nèi)環(huán)境。同時，定位精度受信號影響也比較大。對于BLE技術，今年來的確得到了不錯的發(fā)展，但是它同樣需要在室內(nèi)搭建iBeacon設備，同時信號也會受到這些設備的影響，后期的維護也是一個比較麻煩的問題。

隨著對室內(nèi)定位精度要求的提高，單一的室內(nèi)定位技術已經(jīng)很難滿足需求，因此多種定位技術進行融合成為了新的主流方向。視覺慣性里程計技術是一項著名的融合視覺定位技術和慣性測量單元定位技術來估計行人或機器人的位置和運動軌跡的方法。它融合了視覺定位技術和慣性測量單元定位技術的優(yōu)點，可以獲得比單視覺和單IMU更高精度和更加魯棒的定位效果。VIO室內(nèi)定位技術近幾年在許多場所都進行過研究和應用。但是它的問題是，視覺定位依賴于拍攝圖像的質(zhì)量，當圖像質(zhì)量較差時，視覺技術就無法從圖像中提取出足夠多的有效的特征點，因此就無法進行前后兩幀圖像之間的有效匹配。短時間內(nèi)，可以通過IMU技術來對其進行修正，但是較長時間后，IMU自身也會產(chǎn)生很大的誤差，就會導致VIO技術定位誤差增大或定位失敗。