[發明專利]一種基于紅外攝像頭與高精度IMU的室內定位系統

在審

• 申請號: 202210411143.6
• 申請日: 2022-04-19
• 公開（公告）號: CN114777772A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 葉毓傳
• 申請（專利權）人: 廣州極蹤科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;H04N5/33
• 代理公司: 武漢企惠惠知識產權代理事務所(普通合伙) 42293
• 代理人: 夏瓊瓊

本發明公開了一種基于紅外攝像頭與高精度IMU的室內定位系統，包括物理模塊和算法單元，物理模塊包括信標單元、傳感器單元、數據傳輸單元以及數據處理單元和虛擬攝影單元，本發明涉及計算機領域與影視技術領域。該基于紅外攝像頭與高精度IMU的室內定位系統，通過綜合了室內定位領域與影視領域的技術，室內定位系統可以實時的獲取場景坐標，人物坐標，景深數據、鏡頭焦距，用以作為后期虛擬攝影單元定位人物與場景的依據，意味著只需要幾個CG渲染引擎工程師即可替代龐大的后期團隊，在保證了攝影質量不會有所降低甚至有所提高的情況下大大降低了人力成本，從而令影視行業能夠提高相應虛擬攝影技術標準。

技術領域

本發明涉及計算機領域與影視技術領域，具體為一種基于紅外攝像頭與高精度IMU的室內定位系統。

背景技術

室內定位是指在室內環境中實現位置定位，主要采用無線通訊、基站定位、慣導定位等多種技術集成形成一套室內位置定位體系，從而實現人員、物體等在室內空間中的位置監控，除通訊網絡的蜂窩定位技術外，常見的室內無線定位技術還有：WiFi、藍牙、紅外線、超寬帶、RFID、ZigBee和超聲波等，室內環境占據人類日常生活時間的80％，室內的位置服務有著廣泛的應用領域和潛在需求，但在實際應用中，由于室內定位環境復雜，干擾源多，使得室內定位的精度一般在區域級或米級，且易受環境干擾，目前的室內定位系統常用可見光進行室內環境的分析，可見光所獲取的信息數量大，從而導致受干擾程度也相應加大。

虛擬直播行業作為近幾年的新興行業，一般采用網頁直播運用人臉追蹤的形式進行直播，操作方式一般基于2D平面人物進行使用，使用者與觀眾的互動性偏低，無法做到各個方向的泛用化，目前的影視行業無法做到實時渲染的工作，若想添加虛擬場景，則前期布置綠幕進行拍攝，后期工作人員前期拍攝素材進行摳像，設置后期場景并渲染，且于播放時遇到問題無法實時進行修改，需要對素材進行進一步的修改與渲染，大量的增加了影視從業者的工作量，同時也增加了影視從業者的人力資源與時間成本。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于紅外攝像頭與高精度IMU的室內定位系統，解決了實際應用中室內定位環境復雜，干擾源多，采用可見光進行室內環境的分析，因可見光所獲取的信息數量大從而導致受干擾程度也相應加大的問題。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種基于紅外攝像頭與高精度IMU的室內定位系統，包括物理模塊和算法單元，所述物理模塊包括信標單元、傳感器單元、數據傳輸單元以及數據處理單元和虛擬攝影單元。

優選的，所述算法單元的數據采集與傳輸算法利用光纖進行長距離傳輸、使用FPGA進行高精度同步，利用單片機1與FPGA1采集和同步紅外相機、IMU、編碼器數據。

優選的，所述信標單元包括紅外反光貼紙，所述傳感器單元包括紅外攝像機、紅外濾光片、紅外光LED燈珠、IMU8個和編碼器2個。

優選的，所述數據傳輸單元包括單片機2個、FPGA2個和光纖，所述數據處理單元包括高性能X86主機。

優選的，所述虛擬攝影單元包括搖臂、穩定器、軌道、無人機和飛貓系統。

優選的，所述算法單元具體包括以下步驟：

一、建圖階段：

S1、通過紅外相機采集紅外光圖片；

S2、對紅外攝像機拍攝的圖片選定閾值并進行二值化處理，得到二值化圖片；

S3、使用連通域搜索算法，設定連通域閾值，得到連通域質心即紅外信標在圖片中的坐標(u,v)；

S4、使用卡爾曼濾波或GNN(全局最近鄰算法)等數據關聯和追蹤算法，將連續幀得到的紅外信標做數據關聯，確定唯一信標ID；