BR102014010722B1 - SYSTEM AND METHOD FOR LOCATION OF SPATIAL OBJECTS COORDINATES AND USE OF SUCH SYSTEM FOR LOCATION OF OBJECTS DISPOSED IN INTERNAL ENVIRONMENTS - Google Patents

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Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE LOCALIZAÇÃO DE COORDENADAS ESPACIAIS DE OBJETOS E USO DO REFERIDO SISTEMA PARA LOCALIZAÇÃO DE OBJETOS DISPOSTOS EM AMBIENTES INTERNOS A presente invenção descreve um sistema e método para localização de coordenadas espaciais de um objeto de interesse, utilizando a combinação de dois ou mais tipos de tecnologias e/ou sensores, definindo um sistema híbrido e retornando a posição espacial de um objeto de interesse nos eixos x, y e z. A presente invenção consiste, ainda, no uso do referido sistema para a localização de objetos dispostos em ambientes internos. A presente invenção se situa nos campos da engenharia elétrica e de automação e controle.SYSTEM AND METHOD FOR LOCATION OF SPACIAL COORDINATES OF OBJECTS AND USE OF THE SAID SYSTEM FOR LOCATION OF OBJECTS DISPOSED IN INTERNAL ENVIRONMENTS The present invention describes a system and method for locating spatial coordinates of an object of interest, using the combination of two or more types of technologies and/or sensors, defining a hybrid system and returning the spatial position of an object of interest in the x, y and z axes. The present invention also consists of the use of said system for locating objects arranged indoors. The present invention lies in the fields of electrical engineering and automation and control.

Description

Campo da InvençãoField of Invention

[0001] A presente invenção descreve um sistema e método para localização de coordenadas espaciais de um objeto de interesse, utilizando a combinação de dois ou mais tipos de tecnologias e/ou sensores, definindo um sistema híbrido e retornando a posição espacial de um objeto de interesse nos eixos x, y e z. A presente invenção consiste, ainda, no uso do referido sistema para a localização de objetos dispostos em ambientes internos. A presente invenção se situa nos campos da engenharia elétrica e de automação e controle.[0001] The present invention describes a system and method for locating spatial coordinates of an object of interest, using the combination of two or more types of technologies and/or sensors, defining a hybrid system and returning the spatial position of an object of interest. interest in the x, y, and z axes. The present invention also consists of the use of said system for locating objects arranged indoors. The present invention lies in the fields of electrical engineering and automation and control.

Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention

[0002] Sistemas de localização e/ou de rastreamento de objetos estão cada vez mais presentes no cotidiano de pessoas de todo o globo. Tais sistemas podem ter aplicações diversas, dependendo da necessidade, do objeto a ser localizado/rastreado, da precisão necessária e, principalmente, do ambiente em que tal sistema será empregado.[0002] Object location and/or tracking systems are increasingly present in the daily lives of people across the globe. Such systems can have different applications, depending on the need, the object to be located/tracked, the necessary precision and, mainly, the environment in which such system will be used.

[0003] Sistemas de localização em ambientes externos (outdoor), comumente operam com base em monitoramento por satélite, por tecnologia GPS (Global Positioning System) e seu uso cresce cada vez mais, tornando-se, na atualidade, o sistema mais utilizado no que concerne à localização, rastreamento e navegação de pessoas, veículos e outros objetos. Entretanto, tal tecnologia não se mostra adequada quando o objeto de monitoramento está alocado em ambientes internos, tais como edificações, galpões, casas, ambientes subterrâneos ou equivalentes, pois nestas condições a comunicação visada e direta para os satélites é interrompida.[0003] Location systems in external environments (outdoor), commonly operate based on satellite monitoring, by GPS technology (Global Positioning System) and its use is growing more and more, becoming, at present, the most used system in the world. concerning the location, tracking and navigation of people, vehicles and other objects. However, such technology is not suitable when the monitoring object is located indoors, such as buildings, sheds, houses, underground environments or equivalent, because in these conditions the targeted and direct communication to the satellites is interrupted.

[0004] Sistemas de rastreamento e localização em ambientes internos (indoor) têm sido desenvolvidos com maior ênfase na atualidade, no entanto, ambientes internos são mais complexos quando comparados a ambientes externos, devido a grande quantidade de obstáculos e fenômenos interferentes existentes em uma densidade de espaço reduzida. Sendo assim, diversas tecnologias vêm sendo propostas com o decorrer dos anos, geralmente empregando diferentes tipos de tecnologias e métodos possíveis, em sua maioria direcionando para a localização de pessoas e objetos. As tecnologias mais empregadas são: Identificação de Rádio-frequêcia (RFID - Radio-Frequency Identification), Wi-fi (IEEE 802.11), radiofrequência (2.4 GHz) e ultra-wideband (UWB). Tais tecnologias, de um modo geral, são chamadas de IPS (Internal Positioning System)[0004] Tracking and localization systems in indoor environments (indoor) have been developed with greater emphasis nowadays, however, indoor environments are more complex when compared to outdoor environments, due to the large number of obstacles and interfering phenomena existing in a density reduced space. Therefore, several technologies have been proposed over the years, generally using different types of technologies and possible methods, mostly aimed at locating people and objects. The most used technologies are: Radio-frequency Identification (RFID - Radio-Frequency Identification), Wi-fi (IEEE 802.11), radio frequency (2.4 GHz) and ultra-wideband (UWB). Such technologies, in general, are called IPS (Internal Positioning System)

[0005] Sistemas IPS possuem um elevado potencial para se tornarem tão populares quanto sistemas GPS, pois podem ser empregados em diversas aplicações, tais como: prover navegação em ambientes internos de edificações, podendo ser empregados para auxiliar deficientes visuais a encontrarem locais e/ou produtos de interesse ou para permitir sistemas de guia para o público em geral, em locais como museus, feiras ou equivalentes; localização de objetos em estoques ou livros em bibliotecas; rastreabilidade de pessoas com necessidades especiais, idosos ou crianças; localizar equipamentos e medicamentos em hospitais e encontrar itens específicos em centros de distribuição; ou qualquer outra aplicação análoga. Na segurança pública e no uso militar, tais sistemas são necessários para rastrear detentos e auxiliar na navegação de policiais, bombeiros e soldados em suas missões dentro de prédios.[0005] IPS systems have a high potential to become as popular as GPS systems, as they can be used in various applications, such as: providing navigation in indoor environments of buildings, and can be used to help the visually impaired to find locations and/or products of interest or to enable guide systems for the general public, in places such as museums, fairs or equivalent; location of objects in inventories or books in libraries; traceability of people with special needs, the elderly or children; locate equipment and drugs in hospitals and find specific items in distribution centers; or any other similar application. In public safety and military use, such systems are needed to track detainees and aid in navigating police, firefighters, and soldiers on their missions inside buildings.

[0006] Os atuais sistemas de gestão de bibliotecas somente informam se o livro está emprestado ou não. Outros sistemas mantêm em uma base de dados estática o número da estante em que o livro deveria estar presente. Entretanto, tais sistemas não conseguem fornecer a localização precisa e dinâmica do livro no acervo. Já em museus, turistas podem se beneficiar de serviços de navegação para consultarem a localização de peças e criarem uma sequência mais atrativa para a visitação.[0006] The current library management systems only inform if the book is borrowed or not. Other systems maintain in a static database the shelf number where the book should be present. However, such systems cannot provide the precise and dynamic location of the book in the collection. In museums, tourists can benefit from navigation services to check the location of pieces and create a more attractive sequence for visitation.

[0007] Muitas aplicações necessitam de informações com elevada precisão da localização dos objetos, ou seja, existe uma demanda por sistemas capazes de determinar a posição de objetos com precisão em torno de 5 cm ou menos. Nesta aplicação, um humano ou robô necessita encontrar a localização de determinado item, sendo que tal localização deve ser precisa o suficiente para que o item seja coletado corretamente, mesmo se existirem outros objetos por perto ou qualquer outro tipo de fenômeno interferente.[0007] Many applications require information with high precision of the location of objects, that is, there is a demand for systems capable of determining the position of objects with precision around 5 cm or less. In this application, a human or robot needs to find the location of a certain item, and such location must be precise enough for the item to be collected correctly, even if there are other objects nearby or any other type of interfering phenomenon.

[0008] Outra aplicação, considerada como sendo uma variante da coleta de itens, consiste na garantia de localização de objetos, como exemplo sistemas que devem verificar se produtos, materiais ou equipamentos médicos estão de fato nos locais em que deveriam estar.[0008] Another application, considered to be a variant of item collection, consists of ensuring the location of objects, such as systems that must verify whether products, materials or medical equipment are in fact where they should be.

[0009] Alguns sistemas já utilizados para estas finalidades são descritos a seguir. A tecnologia Wi-fi (IEEE 802.11), tem como principal vantagem a infraestrutura já estabelecida em diversos locais, porém a precisão da localização baseada nesta tecnologia é afetada pelos elementos interferentes existentes em ambientes fechados, além de dependerem da força do sinal e do padrão do sinal recebido. Assim a movimentação e a orientação de objetos, do corpo humano, dos dispositivos, de paredes ou portas influenciam no resultado da precisão da localização.[0009] Some systems already used for these purposes are described below. The Wi-Fi technology (IEEE 802.11) has as its main advantage the infrastructure already established in several places, but the accuracy of the location based on this technology is affected by the interfering elements existing in closed environments, in addition to depending on the strength of the signal and the standard of the received signal. Thus, the movement and orientation of objects, the human body, devices, walls or doors influence the result of the accuracy of the location.

[0010] A tecnologia RFID apresenta como grande vantagem o baixo custo de fabricação das etiquetas afixadas nos objetos monitorados, além da fácil fixação aos objetos e alta taxa de leitura, entretanto, sistemas de localização baseados exclusivamente em RFID possuem algumas limitações, tais como: precisão superior a um metro; falta de padronização; intolerância a determinados tipos de material (água e metais, principalmente); e baixa escalabilidade, ou seja, quanto maior a área, mais leitores e etiquetas são necessários.[0010] RFID technology has the great advantage of low manufacturing cost of tags affixed to monitored objects, in addition to easy attachment to objects and high reading rate, however, location systems based exclusively on RFID have some limitations, such as: accuracy better than one meter; lack of standardization; intolerance to certain types of material (mainly water and metals); and low scalability, that is, the larger the area, the more readers and tags are needed.

[0011] A tecnologia Ultra-wideband (UWB), possui como principal vantagem a maior precisão em relação às tecnologias anteriores, porém representa um elevado custo de implantação, o que inviabiliza seu uso para uma série de aplicações.[0011] Ultra-wideband (UWB) technology has the main advantage of greater accuracy compared to previous technologies, but represents a high cost of implementation, which makes its use unfeasible for a series of applications.

[0012] A tecnologia de radiofrequência (2.4 GHz) possui algumas limitações e problemas quanto a influências de fenômenos interferentes que podem decrementar o desempenho, assim podendo ter resultados afetados pela movimentação das pessoas, objetos, móveis, paredes e portas.[0012] Radiofrequency technology (2.4 GHz) has some limitations and problems regarding the influence of interfering phenomena that can decrease performance, thus having results affected by the movement of people, objects, furniture, walls and doors.

[0013] Nota-se, portanto, que o uso de uma única tecnologia para resolver tal problema técnico não se mostra vantajoso por limitações de custo. Em contrapartida, no atual estado da técnica, nota-se que poucas soluções são voltadas ao uso de sistemas híbridos para resolver o problema de localização e/ou rastreamento de objetos em ambientes internos. Atualmente encontram-se sistemas wireless combinado com outras tecnologias, tais como sistemas óticos, inerciais e ultrassônicos. Alguns problemas por grande parte dos sistemas propostos consistem na sua dependência de novos componentes que devem ser fabricados em sua totalidade, elevando o custo na produção do produto de nova tecnologia, e de diversos matérias e recursos adicionais. Desta forma, a utilização de alguns sistemas pode também facilitar o processo de sua implementação, por utilizar dispositivos já disponíveis no mercado e distribuídos em larga escala.[0013] It is noted, therefore, that the use of a single technology to solve such a technical problem is not advantageous due to cost limitations. On the other hand, in the current state of the art, it is noted that few solutions are aimed at the use of hybrid systems to solve the problem of locating and/or tracking objects in indoor environments. Currently, wireless systems are combined with other technologies, such as optical, inertial and ultrasonic systems. Some problems for most of the proposed systems consist of their dependence on new components that must be manufactured in their entirety, raising the cost of producing the new technology product, and on various materials and additional resources. In this way, the use of some systems can also facilitate the implementation process, by using devices already available on the market and distributed on a large scale.

[0014] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, foram encontrados alguns documentos que tratam sobre o tema, sem, no entanto, antecipar ou sugerir os ensinamentos da presente tecnologia.[0014] In the search for the state of the art in scientific and patent literature, some documents were found that deal with the subject, without, however, anticipating or suggesting the teachings of the present technology.

[0015] O documento PI0701740-5 revela um sistema de localização baseado em rede de transmissores e receptores de radiofrequência, ultrassom, sensores térmicos e/ou câmeras de vídeo. O sistema oferece a localização bidimensional de uma pessoa ou objeto através das características de diferença e/ou defasagem dos sinais, tais como frequência, tempo, potência ou calor. Os valores de diferença e atraso são aplicados a modelos de triangulação dos sinais, fornecendo a localização da pessoa ou do objeto. A solução apresentada pelo documento PI0701740-5 apresenta como desvantagem, o fato de necessitar de uma elevada quantidade de antenas/receptores, para otimizar a precisão da posição do objeto observado, dado que tal posicionamento é obtido por meio de triangulação.[0015] Document PI0701740-5 reveals a network-based location system of radio frequency transmitters and receivers, ultrasound, thermal sensors and/or video cameras. The system offers the two-dimensional location of a person or object through the characteristics of difference and/or delay of the signals, such as frequency, time, power or heat. The difference and delay values are applied to triangulation models of the signals, providing the location of the person or object. The solution presented by document PI0701740-5 has the disadvantage of requiring a high number of antennas/receivers to optimize the accuracy of the position of the observed object, given that such positioning is obtained through triangulation.

[0016] O documento PI0601824-6 revela um sistema que utiliza etiqueta eletrônica sensibilizada através de controle remoto. A localização do objeto é fornecida através do sinal sonoro e luminoso da etiqueta, devendo ser fornecida pelo usuário (humano) e não através do sistema automatizado que informa a posição do objeto em interface computadorizada. O documento não menciona qual a tecnologia empregada na comunicação remota.[0016] Document PI0601824-6 reveals a system that uses electronic tag sensitized through remote control. The location of the object is provided through the sound and light signal on the tag, and must be provided by the user (human) and not through the automated system that informs the position of the object in a computerized interface. The document does not mention the technology used in remote communication.

[0017] O documento CN101782652 revela um sistema de IPS baseado em tecnologia RFID, que utiliza etiquetas RFID ativas associadas aos objetos de interesse. Tais etiquetas enviam um sinal para um leitor RFID, o qual comunica-se a um computador dotado de um sistema inteligente de posicionamento, que analisa a intensidade do sinal e estima a posição do objeto de interesse. Tal solução apresenta como desvantagem o fato de utilizar um único sistema de sensoriamento (RFID) que não possui precisão apurada e, ainda, por utilizar sensores ativos, que tem custo de mercado mais elevado que sensores RFID passivos.[0017] Document CN101782652 reveals an IPS system based on RFID technology, which uses active RFID tags associated with objects of interest. Such tags send a signal to an RFID reader, which communicates with a computer equipped with an intelligent positioning system, which analyzes the signal strength and estimates the position of the object of interest. Such a solution has the disadvantage of using a single sensing system (RFID) that does not have accurate accuracy and also because it uses active sensors, which have a higher market cost than passive RFID sensors.

[0018] O documento CN102306264 revela um sistema IPS baseado em tecnologia RFID, que conta com sistema de equipamento, um sistema de processamento de evento, um sistema de posicionamento em tempo real, um sistema de rastreamento de pista e um sistema de serviços móveis, com base em referência RSSI de etiquetas com base em uma média ponderada, adotando valores logarítmicos das variáveis do ambiente. Tal solução apresenta como desvantagem o fato de utilizar um único sistema de sensoriamento (RFID) que não possui precisão apurada.[0018] Document CN102306264 discloses an IPS system based on RFID technology, which has an equipment system, an event processing system, a real-time positioning system, a track tracking system and a mobile services system, based on RSSI reference of tags based on a weighted average, adopting logarithmic values of environment variables. Such a solution has the disadvantage of using a single sensing system (RFID) that does not have accurate accuracy.

[0019] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.[0019] Thus, from what can be seen from the researched literature, no documents were found anticipating or suggesting the teachings of the present invention, so that the solution proposed here has novelty and inventive activity compared to the state of the art.

[0020] Desta forma, podemos considerar que o estado da técnica carece de tecnologias que utilizem uma abordagem hibrida em relação aos constantes problemas técnicos para a área de atuação, de modo a otimizar a precisão de localização, sem que tal aprimoramento impacte no aumento do custo de fabricação de tais sistemas.[0020] In this way, we can consider that the state of the art lacks technologies that use a hybrid approach in relation to the constant technical problems for the area of operation, in order to optimize the location accuracy, without such improvement impacting the increase in the cost of manufacturing such systems.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

[0021] A presente invenção vem resolver os problemas constantes no estado da técnica a partir da abordagem híbrida em relação ao problema, no desenvolvimento de um sistema funcional, que combine tecnologias, tal como a tecnologia RFID, com localização RFID, visão computacional e sistemas infravermelhos. O sistema se destaca ainda pelo seu custo reduzido frente ao estado da técnica, por ser baseado em equipamentos já disponíveis no mercado, além de contemplar precisão requerida pelo sistema, podendo ser utilizada para objetos de pequeno porte, ou seja, em torno de 5 cm.[0021] The present invention solves the constant problems in the state of the art from the hybrid approach to the problem, in the development of a functional system, which combines technologies, such as RFID technology, with RFID localization, computer vision and systems infrared. The system also stands out for its reduced cost compared to the state of the art, as it is based on equipment already available on the market, in addition to contemplating the precision required by the system, and can be used for small objects, that is, around 5 cm .

[0022] É, portanto, um primeiro objeto da presente invenção um sistema de localização de coordenadas espaciais de objetos compreendendo pelo menos um ponto de observação e pelo menos um objeto observado, utilizando dois subsistemas para determinação da localização de pelo menos um objeto de interesse, sendo eles: sistema de reconhecimento de imagens por meio de visão computacional; e sistema de medição de distâncias e de definição de coordenadas espaciais, sendo: a. O subsistema de reconhecimento de imagens por meio de visão computacional, preferencialmente definido por uma câmera controlada por um software de reconhecimento de imagens; b. O subsistema de definição de coordenadas espaciais por meio de sinal RFID, onde preferencialmente dado pelo objeto de interesse compreendendo uma etiqueta passiva RFID (receptor RFID) (1) e o emissor RFID ser uma antena (3) emissora de sinais RFID e receptora de sinais de resposta pelas etiquetas passivas RFID (1) (receptor RFID) associadas aos objetos de interesse; e c. O subsistema de medição de distância por meio de emissor e receptor infravermelho, sendo preferencialmente para medir distâncias lineares entre o sensor e o objeto de interesse.[0022] It is, therefore, a first object of the present invention a spatial coordinate location system of objects comprising at least one observation point and at least one observed object, using two subsystems for determining the location of at least one object of interest , namely: image recognition system using computer vision; and system for measuring distances and defining spatial coordinates, being: a. The image recognition subsystem through computer vision, preferably defined by a camera controlled by image recognition software; B. The subsystem for defining spatial coordinates by means of an RFID signal, where preferably given by the object of interest comprising a passive RFID tag (RFID receiver) (1) and the RFID emitter being an antenna (3) emitting RFID signals and receiving signals response by passive RFID tags (1) (RFID receiver) associated with the objects of interest; and c. The distance measurement subsystem by means of an infrared emitter and receiver, preferably for measuring linear distances between the sensor and the object of interest.

[0023] Em uma realização preferencial, o ponto de observação é dotado de: câmera controlada por software de reconhecimento de imagens, antena (3) emissora e receptora de sinais RFID; e sensor e emissor infravermelho.[0023] In a preferred embodiment, the observation point is equipped with: camera controlled by image recognition software, antenna (3) emitting and receiving RFID signals; and infrared sensor and emitter.

[0024] Em uma realização preferencial, o objeto observado é dotado de uma etiqueta RFID (1) passiva e marcador fiducial (2) dispostos em superfície visível, quando associada ao objeto observado.[0024] In a preferred embodiment, the observed object is provided with a passive RFID tag (1) and fiducial marker (2) arranged on a visible surface, when associated with the observed object.

[0025] É um segundo objeto da presente invenção um método de localização de coordenadas espaciais de objetos utilizando um sistema dotado de pelo menos um ponto de observação e pelo menos um objeto observado, o ponto de observação compreendendo: pelo menos uma antena emissora e receptora de sinais RFID (3); pelo menos um sensor e emissor infravermelho; e pelo menos um sistema de visão computacional e o objeto observado compreendendo pelo menos um receptor RFID (1) (etiqueta passiva) e pelo menos uma região visível, dotada de marcador fiducial (2), o referido método compreendendo pelo menos uma das etapas definidas por: d. emissão de sinal RFID (I) por meio da antena (3); e. recepção de sinal emitido na etapa (a) pelo receptor RFID (1) associado ao objeto de interesse, encontrando a etiqueta (II); f. envio de resposta ao sinal da etapa (a) pelo receptor RFID (1), para a antena RFID (3); g. mapeamento por visão computacional (III) da região apontada pelo sistema RFID para determinação de coordenadas espaciais (x, y, z) da localização do receptor RFID (1), dentro de uma região previamente referenciada, com base no sinal de resposta recebido pela antena (3); h. direcionamento do sistema de visão computacional para uma região de análise, apontada pelo sistema RFID como sendo a região em que o objeto de interesse se localiza, definida pelas coordenadas espaciais (x, y, z) obtidas na etapa (d); f.mapeamento por visão computacional (III) da região de análise por meio de obtenção e sobreposição de pelo menos uma região de interesse (ROI), com base no marcador fiducial (2) (IV) correspondente ao objeto de interesse; g. definição de coordenadas x e y no plano perpendicular ao sensor (V) e ao ponto de observação, com base na sobreposição das regiões de interesse (ROI); h. medição por meio de infravermelho (VI) para determinação da distância linear (z) entre o sensor do ponto de observação e o objeto de interesse (VII), por meio do emissor e receptor infravermelho.[0025] It is a second object of the present invention a method of locating spatial coordinates of objects using a system provided with at least one observation point and at least one observed object, the observation point comprising: at least one emitting and receiving antenna of RFID signals (3); at least one infrared sensor and emitter; and at least one computer vision system and the observed object comprising at least one RFID receiver (1) (passive tag) and at least one visible region, provided with a fiducial marker (2), said method comprising at least one of the defined steps for D. RFID signal emission (I) through the antenna (3); and. reception of the signal emitted in step (a) by the RFID receiver (1) associated with the object of interest, finding the tag (II); f. sending a response to the signal of step (a) by the RFID receiver (1) to the RFID antenna (3); g. computer vision mapping (III) of the region pointed by the RFID system to determine the spatial coordinates (x, y, z) of the location of the RFID receiver (1), within a previously referenced region, based on the response signal received by the antenna (3); H. directing the computer vision system to an analysis region, indicated by the RFID system as the region where the object of interest is located, defined by the spatial coordinates (x, y, z) obtained in step (d); f. computer vision mapping (III) of the analysis region by obtaining and superimposing at least one region of interest (ROI), based on the fiducial marker (2) (IV) corresponding to the object of interest; g. definition of x and y coordinates in the perpendicular plane to the sensor (V) and to the observation point, based on the overlapping of the regions of interest (ROI); H. measurement using infrared (VI) to determine the linear distance (z) between the sensor of the observation point and the object of interest (VII), using the infrared emitter and receiver.

[0026] Em uma realização preferencial, o método de localização de coordenadas espaciais de objetos compreende as etapas predecessoras de calibragem do sistema, compreendendo as etapas de: a. dispor receptores RFID (1) em locais de coordenadas conhecidas, a partir do ponto de observação; b. emitir sinal por meio da antena RFID (3); c. coletar os sinais de resposta por meio da antena RFID (3) dos receptores RFID (1); d. associar valores coletados de cada receptor RFID (1) às coordenadas (x, y, z) dos respectivos receptores RFID (1) e armazenar tais valores em um banco de dados; e e. adotar os valores armazenados na etapa (d) como sendo referenciais na determinação de distância entre a antena RFID (3) e receptores RFID (1).[0026] In a preferred embodiment, the method of locating spatial coordinates of objects comprises the predecessor steps of calibrating the system, comprising the steps of: a. arrange RFID receivers (1) in locations with known coordinates, from the point of observation; B. emitting a signal through the RFID antenna (3); ç. collect the response signals by means of the RFID antenna (3) from the RFID receivers (1); d. associate values collected from each RFID receiver (1) to the coordinates (x, y, z) of the respective RFID receivers (1) and store such values in a database; and is. adopt the values stored in step (d) as references in determining the distance between the RFID antenna (3) and RFID receivers (1).

[0027] Em uma realização preferencial, a determinação das coordenadas espaciais (x, y, z), com base nos sinais de resposta dos receptores RFID (1), é dada por meio de análise probabilística, por meio de comparação entre os valores obtidos pelo sinal de resposta do receptor RFID (1) associado ao objeto de interesse, com os valores referenciais obtidos na calibragem do sistema.Em uma realização preferencial, o método compreende ainda uma etapa de medição de distância linear (z) entre o ponto de observação e o objeto de interesse por meio do emissor e receptor infravermelho, preferencialmente por meio de estimativa por redes neurais artificiais (RNA) e/ou SVR (Support Vector Regression).[0027] In a preferred embodiment, the determination of the spatial coordinates (x, y, z), based on the response signals from the RFID receivers (1), is given by means of probabilistic analysis, by comparing the values obtained by the response signal of the RFID receiver (1) associated with the object of interest, with the reference values obtained in the system calibration. In a preferred embodiment, the method also comprises a step of measuring the linear distance (z) between the point of observation and the object of interest through the infrared emitter and receiver, preferably through estimation by artificial neural networks (ANN) and/or SVR (Support Vector Regression).

[0028] É um terceiro objeto da presente invenção o uso do referido sistema de determinação de coordenadas espaciais de objetos em ambientes internos, operando por meio do referido método de localização de coordenadas espaciais conforme definido acima.[0028] It is a third object of the present invention the use of said system for determining the spatial coordinates of objects in indoor environments, operating through said method of locating spatial coordinates as defined above.

[0029] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.[0029] These and other objects of the invention will be immediately valued by those versed in the art and by companies with interests in the segment, and will be described in sufficient detail for reproduction in the following description.

Breve Descrição das FigurasBrief Description of Figures

[0030] Com o intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo do presente pedido de patente é apresentado a presente figura:[0030] In order to better define and clarify the content of this patent application, this figure is presented:

[0031] A figura 1 mostra o fluxograma das etapas de atividades do método de fusão proposto.[0031] Figure 1 shows the flowchart of the activity steps of the proposed merger method.

[0032] A figura 2 mostra um exemplo de cenário e infraestrutura utilizada pelo sistema proposto, sendo: (1) etiquetas RFID e (2) marcadores fiduciais.[0032] Figure 2 shows an example of the scenario and infrastructure used by the proposed system, namely: (1) RFID tags and (2) fiducial markers.

[0033] A figura 3 mostra infraestrutura e configuração necessária para realização da coleta de dados do sistema RFID, considerando o espaço (eixo x, y, z) e sendo: (1) etiquetas RFID; (2) marcadores fiduciais; (3) antena e (4) leitor RFID.[0033] Figure 3 shows the infrastructure and configuration necessary to carry out the data collection of the RFID system, considering the space (axis x, y, z) and being: (1) RFID tags; (2) fiducial markers; (3) antenna and (4) RFID reader.

[0034] A figura 4 mostra MROI (Multiple regions of interest - ROI1, ROI2 e ROI3) obtidas através do modelo probabilístico baseado em RFID, sendo 3 diferentes ROIs (regions of interest): ROI1, ROI2 e ROI3 e a presença de (1) etiquetas RFID e (2) marcadores fiduciais em ROI2.[0034] Figure 4 shows MROI (Multiple regions of interest - ROI1, ROI2 and ROI3) obtained through the probabilistic model based on RFID, with 3 different ROIs (regions of interest): ROI1, ROI2 and ROI3 and the presence of (1 ) RFID tags and (2) fiducial markers in ROI2.

[0035] A figura 5 ilustra cenários avaliados e o deslocamento utilizado no treinamento e nas estimativas do sistema, considerando: coordenadas x, y, z, cenários C1, C2, C3 e C4 e distância linear entre a câmera e C2(dz).[0035] Figure 5 illustrates evaluated scenarios and the displacement used in training and system estimates, considering: coordinates x, y, z, scenarios C1, C2, C3 and C4 and linear distance between the camera and C2(dz).

[0036] A figura 6 mostra um exemplo de estrutura de rede neural artificial (RNA) com escalabilidade para duas dimensões - 2D.[0036] Figure 6 shows an example of an artificial neural network (ANN) structure with scalability for two dimensions - 2D.

[0037] A figura 7 mostra um exemplo simplificado de um objeto observado A figura 8 ilustra um cenário contemplando as etiquetas (receptores RFID) de referência (quadrados nas posições 1 a 13) e os marcadores alvo da fase online (triângulos nas posições 1, 5, 9, 14, 15 e 16).[0037] Figure 7 shows a simplified example of an observed object Figure 8 illustrates a scenario contemplating the reference tags (RFID receivers) (squares in positions 1 to 13) and the target markers of the online phase (triangles in positions 1, 5, 9, 14, 15 and 16).

[0038] A figura 9a mostra uma foto de um objeto observado e a figura 9b mostra a captura da tela do protótipo em execução, por meio da visão computacional. Localização 3D do marcador fiducial (2) a 70 cm de distância.[0038] Figure 9a shows a photo of an observed object and figure 9b shows a screenshot of the running prototype, through computer vision. 3D location of fiducial marker (2) at 70 cm distance.

[0039] A figura 10 mostra a visão do sistema exibindo as posições inferidas pelo subsistema RFID (triângulos) e a posição final do alvo (estrelas), sendo: (1) etiquetas RFID e (2) marcadores fiduciais.[0039] Figure 10 shows the system view displaying the positions inferred by the RFID subsystem (triangles) and the final position of the target (stars), being: (1) RFID tags and (2) fiducial markers.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

[0040] A presente invenção compreende um sistema e método de localização de coordenadas espaciais de objetos, em especial para ambientes internos, definindo seu uso como um sistema IPS. O conceito inventivo comum entre os objetos da presente invenção consiste no uso de um sistema hibrido, ou seja, dotado de diferentes tipos de sensoriamento, para determinar, com elevada precisão e baixo custo, a posição de objetos de interesse dentro de uma região tridimensional controlada. Mais precisamente, tais tipos de sensoriamento são do tipo RFID; visão computacional e infravermelho, no entanto não se limitando a estes, e utilizam uma análise probabilística, com base em dados calibrados previamente à operação do sistema/método, sobre a localização de um objeto de interesse no espaço.[0040] The present invention comprises a system and method for locating spatial coordinates of objects, especially for indoor environments, defining its use as an IPS system. The common inventive concept among the objects of the present invention consists in the use of a hybrid system, that is, equipped with different types of sensing, to determine, with high precision and low cost, the position of objects of interest within a controlled three-dimensional region. . More precisely, such types of sensing are of the RFID type; computer vision and infrared, however not limited to these, and use a probabilistic analysis, based on data previously calibrated to the operation of the system/method, on the location of an object of interest in space.

[0041] Assim, os diferentes objetos aqui descritos encontram-se inter- relacionados por apresentarem o mesmo conceito inventivo, e, portanto, apresentam unidade de invenção entre si. Tais objetos serão descritos adiante com nível de detalhamento suficiente que permita a total reprodução dos mesmos por um técnico no assunto.[0041] Thus, the different objects described here are interrelated because they present the same inventive concept, and, therefore, present unity of invention among themselves. Such objects will be described ahead with a level of detail sufficient to allow their total reproduction by a technician in the subject.

[0042] Um sistema de localização para ambientes internos (indoor positioning system - IPS) é definido como um sistema que pode determinar, continuamente e em tempo real, a posição de alguma coisa ou alguém em um espaço físico, como por exemplo, um hospital, uma escola, um ginásio, etc. Um IPS deve oferecer informações de localização atualizadas do objeto alvo, estimar suas posições dentro de um atraso máximo a ser respeitado, e cobrir a área esperada e exigida pelo usuário do sistema. Desta forma, o sistema de localização para ambientes internos (IPS) da presente invenção é um modelo híbrido, com técnica de visão computacional operando em conjunto com a tecnologia RFID, marcador fiducial (2) e infravermelho.[0042] An indoor positioning system (IPS) is defined as a system that can determine, continuously and in real time, the position of something or someone in a physical space, such as a hospital , a school, a gym, etc. An IPS must provide up-to-date location information on the target object, estimate its positions within a maximum delay to be respected, and cover the area expected and required by the system user. In this way, the localization system for indoor environments (IPS) of the present invention is a hybrid model, with computer vision technique operating in conjunction with RFID technology, fiducial marker (2) and infrared.

[0043] A figura 2 ilustra uma realização da presente invenção, onde são afixadas etiquetas RFID (1) com marcadores fiduciais (2) nos objetos que se deseja fazer o reconhecimento/localização no ambiente controlado.[0043] Figure 2 illustrates an embodiment of the present invention, where RFID tags (1) with fiducial markers (2) are affixed to the objects that you want to recognize/locate in the controlled environment.

[0044] O sistema é capaz de obter a localização/posição 3D (eixos x,y,z) de cada objeto a ser reconhecido presente no cenário. A localização do objeto é realizada através da distância relativa entre o executor e o objeto, determinando assim, a posição entre o eixo x (distância horizontal em relação à borda da imagem capturada pela câmera), o eixo y (distância vertical em relação à borda inferior da imagem) e o eixo z (distância de profundidade).[0044] The system is able to obtain the 3D location/position (x,y,z axes) of each object to be recognized present in the scenario. The location of the object is performed through the relative distance between the executor and the object, thus determining the position between the x axis (horizontal distance in relation to the edge of the image captured by the camera), the y axis (vertical distance in relation to the edge bottom of the image) and the z-axis (depth distance).

[0045] Na figura 1, o processo de localização do objeto monitorado é ilustrado, partindo da sua localização, que inicia por meio de emissão de sinal RFID (I) por meio da antena RFID (3). Encontrando uma etiqueta RFID (II), é realizado o mapeamento por visão computacional (III) da região apontada pelo sistema RFID como sendo a região de interesse (ROI), em que o objeto de interesse se localiza. Sendo detectado o marcador (2) (IV), é determinando as coordenadas X e Y no plano perpendicular ao sensor (V), na sequência é realizada a medição por meio de infravermelho (VI) para determinação da distância entre o sensor e o objeto desejado (VII), distância em Z, sendo a etapa de detecção por infravermelho facultativa, de acordo com o método de detecção da distância Z adotado.[0045] In figure 1, the process of locating the monitored object is illustrated, starting from its location, which starts by issuing an RFID signal (I) through the RFID antenna (3). Finding an RFID tag (II), mapping is performed by computer vision (III) of the region indicated by the RFID system as the region of interest (ROI), in which the object of interest is located. Once the marker (2) (IV) is detected, the X and Y coordinates are determined in the plane perpendicular to the sensor (V), then the measurement is performed using infrared (VI) to determine the distance between the sensor and the object desired (VII), distance in Z, the infrared detection step being optional, according to the Z distance detection method adopted.

[0046] Conforme fluxograma resumido da figura 1, a localização RFID (I) é a detecção da região de interesse (Region Of Interest - ROI) que indica a localização 3D mais precisa do objeto de interesse. ROI é definida como uma área de tamanho limitado e inferior às dimensões do cenário completo. Visto que outras técnicas de localização podem ser aplicadas a esta área reduzida, buscando sempre o melhor desempenho no processo global de localização.[0046] According to the summarized flowchart in figure 1, the RFID location (I) is the detection of the region of interest (Region Of Interest - ROI) that indicates the most accurate 3D location of the object of interest. ROI is defined as an area of limited size and less than the dimensions of the full scenario. Since other localization techniques can be applied to this reduced area, always looking for the best performance in the global localization process.

[0047] Modelos probabilísticos são usados para inferir a proximidade de localização dos objetos no cenário na localização RFID. Assim uma coleta inicial de dados, para calibragem do sistema, faz com que o modelo estatístico seja armazenado.[0047] Probabilistic models are used to infer the location proximity of objects in the scenario in the RFID location. Thus, an initial data collection, for system calibration, causes the statistical model to be stored.

[0048] Para a etapa de calibragem do sistema, um marcador fiducial (2) deve ser afixado em conjunto à etiqueta RFID (1), podendo ser em apenas um tipo de material, dentre vários possíveis, tais como papel, plástico, entre outros.[0048] For the system calibration step, a fiducial marker (2) must be affixed together with the RFID tag (1), which may be in only one type of material, among several possible ones, such as paper, plastic, among others .

[0049] Essa etapa de localização RFID necessita de um leitor RFID (4), uma antena RFID (3) e uma etiqueta RFID (1), sendo assim, a antena RFID (3) fica posicionada em frente às etiquetas, sendo o leitor (4) ativado por um determinado período fixo de tempo. Os dados coletados pelo leitor (4) são armazenados em uma base de dados e assim armazenam todas as medições e dados realizados da etiqueta RFID (1). Algumas delas são: o nível de intensidade do sinal recebido (RSSI - Received Signal Strength Indication), o número de leituras, e a fase das ondas eletromagnéticas.[0049] This RFID location step requires an RFID reader (4), an RFID antenna (3) and an RFID tag (1), therefore, the RFID antenna (3) is positioned in front of the tags, with the reader (4) activated for a certain fixed period of time. The data collected by the reader (4) are stored in a database and thus store all measurements and data performed from the RFID tag (1). Some of them are: the Received Signal Strength Indication (RSSI) level, the number of readings, and the phase of the electromagnetic waves.

[0050] Em uma realização da invenção, o sinal recebido (RSSI) é o sinal empregado pelo sistema RFID durante o treinamento e execução da localização de objetos. O valor de RSSI empregado em sistemas de localização baseia-se na potência recebida pelo leitor, conforme figura 6. Leitores atualmente disponíveis no mercado, em conformidade com o padrão LLRP, fornecem o valor de RSSI para as leituras realizadas.[0050] In one embodiment of the invention, the received signal (RSSI) is the signal used by the RFID system during training and execution of object location. The RSSI value used in location systems is based on the power received by the reader, as shown in figure 6. Readers currently available on the market, in compliance with the LLRP standard, provide the RSSI value for the readings performed.

[0051] Como pode ser visualizado na figura 3, um exemplo de infraestrutura necessária para a coleta de dados é demonstrado, ilustrando ainda cada eixo da posição 3D, sendo eles descritos como: • Eixo x: distância horizontal entre um determinado limite do cenário até a posição da etiqueta (1). • Eixo y: distância vertical (altura) entre o chão e a etiqueta (1). • Eixo z: distância em linha reta entre a antena (3) do leitor RFID (4) e a etiqueta (1).[0051] As can be seen in figure 3, an example of the necessary infrastructure for data collection is demonstrated, also illustrating each axis of the 3D position, which are described as: • Axis x: horizontal distance between a certain limit of the scenario up to the position of the label (1). • Y axis: vertical distance (height) between the floor and the label (1). • Z axis: straight line distance between the antenna (3) of the RFID reader (4) and the tag (1).

[0052] A coleta de dados necessita que alguns fatores, principalmente que os equipamentos sejam mantidos estáticos, a fim de não influenciar nos resultados. Sendo assim, uma análise estatística deve verificar a correlação entre as variáveis das medições (explanatória) e as variáveis da posição x, da posição y e da posição z (resposta). Uma técnica de inferência estatística e um modelo probabilístico faz com que a posição 3D de uma etiqueta alvo, a partir das medições realizadas, seja estimada. Portanto, após a fase de configuração do sistema, segue-se à fase de execução que aplique o modelo desenvolvido.[0052] Data collection requires some factors, especially that the equipment is kept static, in order not to influence the results. Therefore, a statistical analysis must verify the correlation between the measurement variables (explanatory) and the x position, y position and z position variables (response). A statistical inference technique and a probabilistic model makes the 3D position of a target tag, based on the measurements performed, estimated. Therefore, after the system configuration phase, the execution phase follows, which applies the developed model.

[0053] Na fase de execução, o leitor RFID (4) efetua as medições das etiquetas que se deseja localizar. O modelo deve ser capaz de obter a estimativa de localização utilizando etiquetas e posições distintas àquelas utilizadas durante a fase de configuração.[0053] In the execution phase, the RFID reader (4) measures the tags to be located. The model must be able to obtain the location estimate using labels and positions different from those used during the configuration phase.

[0054] Dada a baixa precisão de IPS’s baseados em radiofrequência, preferivelmente adota-se uma área de tolerância, tendo como base o centro da localização estimada pelo modelo probabilístico. Desta forma, uma região de interesse (ROI) é estimada para a possível localização da etiqueta, que posteriormente é utilizada pelo método de fusão de sensores.[0054] Given the low precision of IPS's based on radiofrequency, a tolerance area is preferably adopted, based on the center of the location estimated by the probabilistic model. In this way, a region of interest (ROI) is estimated for the possible location of the tag, which is subsequently used by the sensor fusion method.

[0055] Devido ao baixo desempenho da tecnologia RFID em IPS’s, a resposta do modelo resulta em mais de um ROI simultaneamente, sendo todas estas regiões exploradas pelo método de fusão. Assim, esta resposta pode ser denominada como “múltiplas regiões de interesse” (Multiple Region Of Interest - MROI). O MROI é composto pela lista de possíveis localizações (3D) da etiqueta alvo.[0055] Due to the low performance of RFID technology in IPS's, the model response results in more than one ROI simultaneously, all of these regions being explored by the fusion method. Thus, this response can be termed as “Multiple Region Of Interest” (MROI). The MROI is composed of the list of possible locations (3D) of the target tag.

[0056] A visão computacional (III) do sistema proposto, preferivelmente consiste em sistemas ópticos de localização para ambientes internos, empregando câmeras como tecnologia sensorial, podendo ser utilizadas câmeras de vídeo ou câmeras digitais no processo de captura das imagens. Grande parte dos sistemas ópticos de localização é baseada na técnica de análise visual utilizando algoritmos do tipo marker. Algoritmos do tipo marker são baseados em marcas com padrões únicos em seu conteúdo. Geralmente, elementos são criados para receberem marcas possuindo tais caraterísticas, recebendo assim o nome de marcadores fiduciais. Os marcadores fiduciais são arranjados em um ambiente físico a fim de dar suporte à identificação, localização e rastreamento de objetos. Um marcador fiducial (2) é projetado para resolver o seguinte problema: para uma determinada imagem de entrada (imagem estática ou quadro de streaming de vídeo), forneça a lista de marcadores encontrados na imagem.[0056] The computer vision (III) of the proposed system, preferably consists of optical localization systems for indoor environments, using cameras as sensory technology, video cameras or digital cameras may be used in the image capture process. Most optical localization systems are based on the visual analysis technique using marker-type algorithms. Marker-like algorithms are based on tags with unique patterns in their content. Generally, elements are created to receive tags having such characteristics, thus receiving the name of fiducial tags. Fiducial markers are arranged in a physical environment to support object identification, location, and tracking. A fiducial marker (2) is designed to solve the following problem: for a given input image (still image or streaming video frame), provide the list of markers found in the image.

[0057] O modelo de localização visual proposto está baseado na detecção e leitura de marcadores fiduciais (2), codificados em imagens capturadas do ambiente. Marcadores fiduciais (2) codificados são utilizados em sistemas que exigem maior precisão de localização e ambientes onde possa existir variação da iluminação. Esta abordagem de localização visual fornece distinção entre cada objeto do cenário, pois utiliza um identificador único para cada marcador.[0057] The proposed visual localization model is based on the detection and reading of fiducial markers (2), encoded in images captured from the environment. Fiducial markers (2) encoded are used in systems that require greater accuracy of location and environments where there may be variation in lighting. This visual location approach provides distinction between each object in the scenario, as it uses a unique identifier for each marker.

[0058] Nesta proposta, o objetivo da localização visual é detectar e indicar a localização de determinado marcador fiducial (2) que possua um número específico armazenado em sua codificação. A escolha pelo código de barras se deu em função de ser um marcador fiducial (2) codificado, ou seja, é um marcador que possui um código associado à imagem. Tal sistema apresenta como vantagem a facilidade de implementação e bibliotecas de software disponíveis, onde o código de barras é um marcador fiducial (2) bitonal, trazendo melhor desempenho ao algoritmo de detecção.[0058] In this proposal, the objective of the visual location is to detect and indicate the location of a certain fiducial marker (2) that has a specific number stored in its codification. The choice of the barcode was due to the fact that it is a fiducial marker (2) encoded, that is, it is a marker that has a code associated with the image. Such a system has the advantage of ease of implementation and available software libraries, where the bar code is a bitonal fiducial marker (2), bringing better performance to the detection algorithm.

[0059] Preferivelmente, utiliza-se uma câmera digital a fim de capturar a imagem do cenário onde estão os objetos, podendo esta ser parte integrante de um equipamento smartphone ou de um sensor de videogame ou seus equivalentes, entre outros. Como pode ser visto na figura 5, o sistema foi avaliado em quatro cenários, sendo eles C1, C2, C3 e C4. Em cada cenário, a distância dz entre a câmera e os quadros são de 100, 140, 180 e 220 cm, respectivamente.[0059] Preferably, a digital camera is used in order to capture the image of the scenario where the objects are located, which may be an integral part of a smartphone equipment or a video game sensor or its equivalent, among others. As can be seen in figure 5, the system was evaluated in four scenarios, namely C1, C2, C3 and C4. In each scenario, the distance dz between the camera and the frames are 100, 140, 180 and 220 cm, respectively.

[0060] A partir da captura realizada pela câmera, o sistema aplica sobre a imagem um algoritmo de detecção, leitura e localização do código de barras- marcador fiducial (2). Cada uma destas fases pode ser descrita como: • Detecção: fase do algoritmo que tenta encontrar um possível código de barras - marcador fiducial (2) - no conteúdo da imagem. • Leitura: fase que analisa cada barra e verifica qual o código (identificador) que está armazenado no conjunto de barras. • Localização: fase que, a partir da detecção, deve retornar à posição (x, y) do código de barras - marcador fiducial (2) - no interior da imagem. Somente códigos de barras em que as fases de detecção e leitura obtiveram sucesso retornam sua informação de localização.[0060] From the capture performed by the camera, the system applies an algorithm to detect, read and locate the fiducial bar code (2) on the image. Each of these phases can be described as: • Detection: phase of the algorithm that tries to find a possible barcode - fiducial marker (2) - in the image content. • Reading: phase that analyzes each bar and verifies which code (identifier) is stored in the set of bars. • Location: phase that, after detection, must return to the position (x, y) of the barcode - fiducial marker (2) - inside the image. Only bar codes in which the detection and reading phases were successful return their location information.

[0061] As fases de detecção e leitura foram implementadas a partir da biblioteca BarcodeImaging, que possui seu código-fonte aberto e é licenciada sob a licença “The Code Project Open License (CPOL)”.[0061] The detection and reading phases were implemented from the BarcodeImaging library, which has its source code open and is licensed under “The Code Project Open License (CPOL)”.

[0062] De acordo com as etapas da figura 4, o método de fusão proposto para a presente invenção resolve grande parte dos problemas com propostas semelhantes, e está baseado na aplicação do método de localização visual sobre o resultado obtido pela localização RFID, fazendo com que a localização RFID se torne ainda mais precisa para com os objetos. O MROI fornece suporte à refinação da localização pelo método de localização visual. A fusão faz com que um projetor infravermelho seja associado a uma câmera especifica para obter a distância em profundidade (eixo z ou dz) do objeto alvo.[0062] According to the steps in figure 4, the fusion method proposed for the present invention solves most of the problems with similar proposals, and is based on the application of the visual localization method on the result obtained by RFID localization, making that RFID location becomes even more accurate for objects. MROI supports location refinement by the visual location method. Fusion causes an infrared projector to be associated with a specific camera to obtain the distance in depth (z or dz axis) of the target object.

[0063] O método de fusão proposto é iniciado pela combinação da localização RFID (MROI) com a análise visual. Sendo assim, para cada ROI fornecido pelo RFID, uma análise visual é realizada para que seja encontrado o marcador fiducial (2) na imagem. Ele faz com que realize uma comparação entre o código da etiqueta RFID (1) detectada pelo sistema RFID (antena (3)) e o código armazenado no marcador fiducial (2). Uma vez que as coordenadas x e y do marcador são determinadas, o fluxo prossegue para a localização infravermelha, que incluirá a coordenada z de profundidade, e o resultado final do objeto alvo.[0063] The proposed fusion method is initiated by combining RFID location (MROI) with visual analysis. Therefore, for each ROI provided by the RFID, a visual analysis is performed to find the fiducial marker (2) in the image. It makes a comparison between the code of the RFID tag (1) detected by the RFID system (antenna (3)) and the code stored in the fiducial marker (2). Once the marker's x and y coordinates are determined, the stream proceeds to the infrared location, which will include the depth z coordinate, and the final result of the target object.

[0064] A fim de obter a distância em profundidade z, um dispositivo infravermelho é conectado ao computador, que executa o sistema de localização. Atualmente, dispositivos infravermelhos já são vendidos em larga escala, principalmente como acessórios de consoles de videogames ou até mesmo em kits didáticos de robótica. Tal dispositivo é capaz de obter as informações de distância em profundidade para cada ponto do cenário, pois possui em sua estrutura um projetor infravermelho combinado a uma câmera infravermelha. Nesta parte do sistema, a localização infravermelha é empregada a fim de se obter a estimativa de distância em profundidade, entre o próprio dispositivo infravermelho e o objeto alvo.[0064] In order to obtain the distance in depth z, an infrared device is connected to the computer, which runs the localization system. Currently, infrared devices are already sold on a large scale, mainly as accessories for video game consoles or even in robotics teaching kits. Such a device is capable of obtaining distance information in depth for each point of the scenario, as it has an infrared projector combined with an infrared camera in its structure. In this part of the system, infrared localization is employed in order to obtain an estimate of the distance in depth between the infrared device itself and the target object.

[0065] O presente desenvolvimento baseia-se somente na utilização de dispositivos já existentes no mercado e distribuídos em larga escala, tanto para a infraestrutura necessária quanto para os próprios dispositivos de localização. Além disso, os componentes utilizados possuem um custo acessível e parte deles já fazem parte do dia-a-dia das organizações em geral. O reuso da infraestrutura de equipamentos que a organização já possui também é levada em consideração, possibilitando uma implantação mais rápida, fácil e financeiramente vantajosa.[0065] The present development is based solely on the use of devices already on the market and distributed on a large scale, both for the necessary infrastructure and for the location devices themselves. In addition, the components used have an affordable cost and part of them are already part of the day-to-day activities of organizations in general. The reuse of equipment infrastructure that the organization already has is also taken into account, enabling a faster, easier and financially advantageous implementation.

[0066] Um dos diferenciais do desenvolvimento da presente invenção diz respeito à reutilização da infraestrutura das organizações, além do uso de dispositivos (sensores) já disponíveis no mercado em larga escala, trazendo como benefício à redução dos custos associados à aquisição, implantação e manutenção do sistema.[0066] One of the differentials of the development of the present invention concerns the reuse of the infrastructure of organizations, in addition to the use of devices (sensors) already available on the market on a large scale, bringing the benefit of reducing costs associated with the acquisition, deployment and maintenance of the system.

[0067] Outra vantagem econômica do invento é a utilização de marcadores fiduciais de custo reduzido, sendo empregados um marcador visual impresso em papel e uma etiqueta RFID (1) passiva para cada objeto que se deseja localizar. Além disso, os marcadores dispensam qualquer tipo de bateria, principal característica das etiquetas passivas, reduzindo assim ainda mais o custo de aquisição e manutenção do objeto inventivo.[0067] Another economic advantage of the invention is the use of low-cost fiducial markers, using a visual marker printed on paper and a passive RFID tag (1) for each object to be located. In addition, the markers do not require any type of battery, the main characteristic of passive tags, thus further reducing the cost of acquiring and maintaining the inventive object.

[0068] A alta precisão alcançada pelo sistema também se destaca como diferencial em relação aos concorrentes. A localização de objetos de pequeno porte (em torno de 5 cm) aumenta a gama de aplicações que pode se beneficiar do sistema, trazendo maiores possibilidades e ideias para o uso da invenção.[0068] The high precision achieved by the system also stands out as a differential in relation to competitors. The location of small objects (around 5 cm) increases the range of applications that can benefit from the system, bringing greater possibilities and ideas for the use of the invention.

Exemplo 1. Realização PreferencialExample 1. Preferred Realization

[0069] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, sem, contudo, limitar o escopo da mesma.[0069] The examples shown here are intended only to exemplify one of the many ways to carry out the invention, without, however, limiting its scope.

[0070] Em uma realização, o sistema de localização para ambientes internos (IPS) da presente invenção é um modelo híbrido, com técnica de visão computacional operando em conjunto com a tecnologia RFID, marcador fiducial (2) e infravermelho. São afixados etiquetas RFID (1) passivas e marcadores fiduciais (2) em papel no objeto que se deseja fazer a localização 3D.[0070] In one embodiment, the location system for indoor environments (IPS) of the present invention is a hybrid model, with computer vision technique operating in conjunction with RFID technology, fiducial marker (2) and infrared. Passive RFID tags (1) and paper fiducial markers (2) are affixed to the object to be 3D located.

[0071] Para a localização RFID (I) que detecta uma região de interesse ROI, em um primeiro momento a dimensão da área de cobertura do ROI é configurada manualmente pelo usuário do sistema.[0071] For the RFID location (I) that detects a ROI region of interest, at first the size of the ROI coverage area is manually configured by the system user.

[0072] O sistema necessita preferencialmente que os objetos espalhados ao ambiente com etiquetas RFID (1) e marcadores fiduciais (2) sejam em forma de grade, sendo portanto, como foi feito o protótipo da presente invenção.[0072] The system preferably requires that the objects spread around the environment with RFID tags (1) and fiducial markers (2) are in the form of a grid, which is how the prototype of the present invention was made.

[0073] Para o sistema proposto, durante a coleta de dados na fase de configuração, alguns fatores foram fixados e mantidos estáticos, como frequência fixada em 915Mhz e a potência 30dBm. Na fase de execução, o leitor RFID (4) é ativado, efetuando as medições das etiquetas que se deseja localizar. As configurações do leitor RFID (4) (por exemplo, frequência e potência) devem manter os mesmos valores utilizados na fase de configuração.[0073] For the proposed system, during data collection in the configuration phase, some factors were fixed and kept static, such as the frequency fixed at 915Mhz and the power at 30dBm. In the execution phase, the RFID reader (4) is activated, carrying out measurements of the tags to be located. The RFID reader (4) settings (for example, frequency and power) must keep the same values used in the configuration phase.

[0074] A figura 4 demonstra um ambiente onde são exibidas as regiões de interesse (ROI) retornadas pelo modelo MROI (Multiple regions of interest). Na Tabela 1 abaixo, é apresentado um MROI de determinada etiqueta, contendo as possíveis localizações para cada eixo e o código da etiqueta detectada.

Figure img0001
Para a localização visual (III) foi utilizada uma câmera digital fotográfica empregando algoritmo do tipo marker, sendo os marcadores fiduciais (2) utilizados para o protótipo do tipo papel, fazendo assim com que haja a leitura da codificação presente no marcador fiducial (2), a partir de uma base de dados existente com cada identificador único de cada marcador. A fase de localização passou por alterações no código-fonte da biblioteca BarcodeImaging, para assim fornecerem as coordenadas (x, y) de cada código de barras detectado e lido.Para isto, foram adicionadas estruturas de dados onde, a cada código de barras cujo número natural fosse obtido com sucesso, a posição da banda corrente (x) e a posição central horizontal do código de barras (y) fossem armazenadas e fornecidas como saída do algoritmo.[0074] Figure 4 shows an environment where the regions of interest (ROI) returned by the MROI (Multiple regions of interest) model are displayed. In Table 1 below, an MROI of a given label is presented, containing the possible locations for each axis and the code of the detected label.
Figure img0001
For the visual location (III) a digital camera was used using a marker-type algorithm, with the fiducial markers (2) being used for the paper-type prototype, thus making it possible to read the coding present in the fiducial marker (2) , from an existing database with each unique identifier of each marker. The localization phase underwent changes in the source code of the BarcodeImaging library, in order to provide the coordinates (x, y) of each bar code detected and read. For this, data structures were added where, to each bar code whose natural number was successfully obtained, the position of the current band (x) and the horizontal central position of the barcode (y) were stored and provided as output of the algorithm.

[0075] Para o sistema proposto da presente invenção, um protótipo desenvolvido demonstrou um bom funcionamento entre o resultado de localização visual e o processo de localização infravermelha. A figura 9 demonstra de uma maneira comparativa, um objeto e a imagem de captura de tela do sistema em execução a 70 cm de distância do marcador fiducial (2) a ser localizado, sendo que a figura 9a apresenta a imagem capturada pela câmera digital empregada na localização visual, enquanto a figura 9b representa, em tons de cinza, a distância de profundidade obtida pelos sensores infravermelhos (de forma que, quanto mais distante, mais claro o tom). O marcador fiducial (2) é localizado na imagem bidimensional, sendo indicado pelo ponto amarelo desenhado na interface.[0075] For the proposed system of the present invention, a developed prototype demonstrated a good functioning between the visual localization result and the infrared localization process. Figure 9 demonstrates, in a comparative way, an object and the screen capture image of the system running 70 cm away from the fiducial marker (2) to be located, and figure 9a shows the image captured by the digital camera used in visual localization, while figure 9b represents, in gray tones, the depth distance obtained by the infrared sensors (so that, the farther, the lighter the tone). The fiducial marker (2) is located in the two-dimensional image, indicated by the yellow dot drawn on the interface.

[0076] A partir dessa localização, é informada a localização 3D, que por sua vez, obtém a terceira coordenada (eixo z) que é exibida na barra de status, e corresponde à distância da profundidade, que no presente caso é vista com resultado de 69,6 cm, tendo como erro apenas 0,4 cm da distância ideal. Exemplo 2. Realização Preferencial[0076] From this location, the 3D location is informed, which in turn obtains the third coordinate (z axis) that is displayed in the status bar, and corresponds to the depth distance, which in this case is seen with the result of 69.6 cm, with an error of only 0.4 cm from the ideal distance. Example 2. Preferred Realization

[0077] Em uma realização, um algoritmo conhecido de detecção de bordas é implementado e definido que para detectar a posição do marcador visual na subimagem, utilizando a detecção de bordas canny na avaliação de fotografias de regiões do cenário em busca de marcadores visuais e um marcador visual simples representado por um quadrado preto sobre um fundo branco, cujo lado mede 4,5 cm (20,25 cm2), conforme representado na figura 10.[0077] In one embodiment, a known edge detection algorithm is implemented and defined to detect the position of the visual marker in the subimage, using canny edge detection in evaluating photographs of scenery regions in search of visual markers and a simple visual marker represented by a black square on a white background, whose side measures 4.5 cm (20.25 cm2), as shown in figure 10.

[0078] Este tipo de marcador tem como vantagem a facilidade de criação, baixo custo e rápida detecção (tempo inferior a 1s). Pelo fato do marcador ser preto-e-branco, os problemas resultantes de deficiências de iluminação do ambiente são atenuados.[0078] This type of marker has the advantage of ease of creation, low cost and fast detection (less than 1s). Because the marker is black and white, problems resulting from poor ambient lighting are mitigated.

[0079] Devido a restrições de regulamentações federais, os equipamentos RFID utilizam diversas frequências de operação. Com o objetivo de superar estas limitações, os dados coletados em ambas as fases são particionados pela frequência de operação. Esta proposta visa separar os valores de RSSI (Receive Signal Strength Indicator) de diferentes frequências, evitando combinar os resultados de frequências distintas. Assim, é possível empregar com maior probabilidade de sucesso modelos de localização baseados em análise de padrões usando equipamentos comerciais e que atendem a regulamentações de radiofrequência.[0079] Due to restrictions of federal regulations, RFID equipment uses different operating frequencies. In order to overcome these limitations, the data collected in both phases are partitioned by operating frequency. This proposal aims to separate the RSSI (Receive Signal Strength Indicator) values of different frequencies, avoiding combining the results of different frequencies. Thus, it is possible to employ location models based on pattern analysis with greater probability of success using commercial equipment that meets radiofrequency regulations.

[0080] O sistema foi implementado em sua totalidade, sendo desenvolvido na linguagem de programação C#. Os modelos estatísticos foram desenvolvidos e integrados ao sistema utilizando a linguagem MATLAB.[0080] The system was implemented in its entirety, being developed in the C# programming language. Statistical models were developed and integrated into the system using the MATLAB language.

[0081] A figura 10 apresenta a visão do sistema exibindo as posições inferidas pelo subsistema RFID (triângulos) e a posição final do alvo (estrela). A interface gráfica auxilia os usuários a identificarem facilmente a localização do marcador. O tempo de processamento para localização de cada marcador é de menos de 1 segundo, excluindo o tempo da coleta RFID (aproximadamente 3 segundos).[0081] Figure 10 shows the system view showing the positions inferred by the RFID subsystem (triangles) and the final position of the target (star). The graphical interface helps users to easily identify the location of the marker. The processing time for locating each marker is less than 1 second, excluding the RFID collection time (approximately 3 seconds).

[0082] Foram conduzidos experimentos em laboratório a fim de avaliar o desempenho da localização e comparar os modelos desenvolvidos. Os resultados em espaço bidimensional demonstraram uma precisão de 8,9 cm no melhor caso e a abordagem híbrida superou em até 32% a localização que emprega somente uma tecnologia (RFID). Estes resultados demonstraram que o sistema pode ser aplicado a uma localização de objetos com tamanho reduzido, embora a abordagem proposta ainda possua algumas limitações nos cenários onde muitos itens estejam próximos uns dos outros.[0082] Experiments were conducted in the laboratory in order to evaluate the performance of the location and compare the developed models. The results in two-dimensional space demonstrated an accuracy of 8.9 cm in the best case and the hybrid approach was up to 32% better than the location that uses only one technology (RFID). These results demonstrated that the system can be applied to a location of objects with reduced size, although the proposed approach still has some limitations in scenarios where many items are close to each other.

[0083] Com o objetivo de sintetizar os resultados de várias repetições e combinações de experimentos, a precisão da localização é demonstrada através da raiz do erro médio quadrático (Root Mean Square Error - RMSE). O RMSE é calculado pela diferença apresentada na equação (i) abaixo:

Figure img0002
onde os valores (Xt,yt,Zt) são as coordenadas estimadas em cada localização realizada pelo sistema, os valores (xt, yt, zt) representam as coordenadas reais do marcador e k representa o número de estimativas.[0083] In order to synthesize the results of several repetitions and combinations of experiments, the accuracy of the location is demonstrated through the Root Mean Square Error (RMSE). The RMSE is calculated by the difference shown in equation (i) below:
Figure img0002
where the values (Xt,yt,Zt) are the estimated coordinates in each location performed by the system, the values (xt, yt, zt) represent the actual coordinates of the marker and k represents the number of estimates.

[0084] No eixo z, a unidade de medida empregada nas coordenadas é a distância em centímetros entre o sensor (câmera) e o marcador afixado no objeto alvo. Nos eixos x e y, a distância informada é relativa às bordas lateral e superior da fotografia do cenário, respectivamente. Como pode ser visto na figura 5, o sistema foi avaliado em quatro cenários, sendo eles C1, C2, C3 e C4. Em cada cenário, a distância dz entre a câmera e o quadro é de 100, 140, 180 e 220 cm, respectivamente.[0084] On the z axis, the unit of measure used in the coordinates is the distance in centimeters between the sensor (camera) and the marker affixed to the target object. On the x and y axes, the reported distance is relative to the side and top edges of the scenario photograph, respectively. As can be seen in figure 5, the system was evaluated in four scenarios, namely C1, C2, C3 and C4. In each scenario, the distance dz between the camera and the frame is 100, 140, 180 and 220 cm, respectively.

[0085] A realização utiliza, de maneira comparativa, modelos de RNA (Redes Neurais Artificiais) e SVR (Support Vector Regression) para estimativa dessas distâncias. As redes neurais artificiais (RNA) são modelos eficientes para problemas de localização, uma vez que elas possibilitam inferir posições através da interpolação das coordenadas conhecidas. Uma das suas principais características reside no fato de não ser necessário nenhum conhecimento prévio sobre a geometria do ambiente (posição das paredes, móveis e outros obstáculos), sem que isso impacte na qualidade das medidas, tornando assim o sistema mais versátil.[0085] The realization uses, in a comparative way, models of ANN (Artificial Neural Networks) and SVR (Support Vector Regression) to estimate these distances. Artificial neural networks (ANN) are efficient models for location problems, since they make it possible to infer positions through the interpolation of known coordinates. One of its main characteristics lies in the fact that no prior knowledge of the geometry of the environment is required (position of walls, furniture and other obstacles), without this impacting on the quality of measurements, thus making the system more versatile.

[0086] De maneira geral, em redes neurais, o paradigma mais comum de aprendizado é o supervisionado, associado a uma rede direta multicamadas. Para a presente invenção, foi modelada uma rede feedforward com retro-propagação usando quatro camadas, tal rede consistindo de “n” neurônios na camada de entrada, 24 neurônios e 12 neurônios em cada camada oculta, e “k” neurônios na camada de saída. O número de neurônios na camada de entrada deve ser igual ao número de antenas utilizadas. O número de neurônios “k” na camada de saída depende da dimensão espacial do problema (k=2 para 2D, k=3 para 3D). A figura 6Erro! Fonte de referência não encontrada. apresenta a configuração da rede na escalabilidade 2D, que é um valor preferencial de desempenho e tempo de operação.[0086] In general, in neural networks, the most common learning paradigm is supervised, associated with a multilayer direct network. For the present invention, a feedforward network with back propagation was modeled using four layers, such network consisting of “n” neurons in the input layer, 24 neurons and 12 neurons in each hidden layer, and “k” neurons in the output layer. . The number of neurons in the input layer must be equal to the number of antennas used. The number of neurons “k” in the output layer depends on the spatial dimension of the problem (k=2 for 2D, k=3 for 3D). Figure 6Error! Reference source not found. presents the network configuration in 2D scalability, which is a preferred performance and uptime value.

[0087] A modelagem do problema de localização por SVR (Support Vector Regression) é definida de forma similar às redes neurais, sendo o conjunto de treinamento do modelo conta com os valores de RSSI recebidos por cada antena presente no ambiente. A saída desejada é uma das coordenadas espaciais da posição da etiqueta RFID. Como a técnica SVR permite somente uma saída em cada formulação, o processo é realizado uma vez para cada coordenada. Por exemplo, em um problema de localização tridimensional são realizadas três formulações, uma para a coordenada x, outra para a y e a última para a distância em profundidade (z). Independente de qual coordenada é observada, os valores de RSSI de todas as antenas são considerados no vetor do espaço de entrada do modelo.[0087] The modeling of the location problem by SVR (Support Vector Regression) is defined similarly to neural networks, with the model training set having the RSSI values received by each antenna present in the environment. The desired output is one of the spatial coordinates of the RFID tag position. As the SVR technique allows only one output in each formulation, the process is performed once for each coordinate. For example, in a three-dimensional location problem, three formulations are performed, one for the x coordinate, another for the y and the last one for the distance in depth (z). Regardless of which coordinate is observed, the RSSI values of all antennas are considered in the model's input space vector.

[0088] A figura 7 exibe uma simplificação da modelagem proposta, onde um determinado RSSI é medido e relacionado à distância em profundidade da etiqueta alvo. No exemplo, o SVR procura encontrar uma função f(x) que atinja no máximo um desvio ε em relação à posição z da etiqueta alvo. Na modelagem completa, podem existir diversos espaços de entrada x, um para cada antena presente no ambiente.[0088] Figure 7 shows a simplification of the proposed modeling, where a given RSSI is measured and related to the distance in depth of the target tag. In the example, the SVR tries to find a function f(x) that reaches at most one deviation ε in relation to the z position of the target label. In the complete modeling, there may be several input spaces x, one for each antenna present in the environment.

[0089] Na fase online, o objetivo dos experimentos é localizar seis marcadores distribuídos no cenário. Três marcadores estando em posições já utilizadas na fase offline e outros três em posições desconhecidas. A figura 8 Erro! Fonte de referência não encontrada.ilustra os marcadores que devem ser localizados (triângulos) e seus respectivos identificadores (EPC). No caso, os marcadores 1, 5 e 9 estão em posições já utilizadas na fase offline, enquanto os marcadores 14, 15 e 16 estão em locais nunca antes treinados. Durante a fase online, as etiquetas de referência não estão presentes no cenário.[0089] In the online phase, the objective of the experiments is to locate six markers distributed in the scenario. Three markers being in positions already used in the offline phase and three in unknown positions. Figure 8 Error! Reference source not found.illustrates the markers that must be located (triangles) and their respective identifiers (EPC). In this case, markers 1, 5 and 9 are in positions already used in the offline phase, while markers 14, 15 and 16 are in places never trained before. During the online phase, reference tags are not present in the scenario.

[0090] Três testes de validação foram realizados, sendo no primeiro considerando “somente RFID”, ou seja, o subsistema visual não foi utilizado. No teste “denso”, além dos seis marcadores alvo, outros dez marcadores visuais foram afixados no quadro branco. Estes marcadores visuais adicionais não foram alvo de localização, e estavam presentes somente para simular um ambiente mais complexo. Neste teste, a câmera capturava a imagem com todos os 16 marcadores visuais simultaneamente. No último teste, denominado “limpo”, somente um marcador visual estava presente no ambiente em cada execução do sistema híbrido.[0090] Three validation tests were performed, the first considering “only RFID”, that is, the visual subsystem was not used. In the “dense” test, in addition to the six target markers, another ten visual markers were placed on the whiteboard. These additional visual markers were not targeted for location, and were only present to simulate a more complex environment. In this test, the camera captured the image with all 16 visual markers simultaneously. In the last test, called “clean”, only one visual marker was present in the environment in each execution of the hybrid system.

[0091] Na comparação entre as abordagens RNA e SVR, o modelo RNA obteve desempenho 30% superior ao modelo SVR. Os resultados do modelo RNA na abordagem híbrida exibem um erro entre 8 e 24 cm. O modelo RNA foi inferior ao SVR apenas no modo “somente RFID” do cenário C3. Em uma comparação visando o teste “limpo”, o modelo RNA demonstrou uma precisão 1,7 vezes melhor em relação ao SVR.[0091] In the comparison between the ANN and SVR approaches, the ANN model performed 30% better than the SVR model. The results of the ANN model in the hybrid approach exhibit an error between 8 and 24 cm. The ANN model was inferior to the SVR only in the “RFID only” mode of the C3 scenario. In a comparison targeting the “clean” test, the ANN model demonstrated a 1.7 times better accuracy compared to the SVR.

[0092] A Tabela 2, abaixo, sumariza o desempenho do sistema frente aos cenários, modelos e testes avaliados e a raiz quadrada do erro quadrático médio (RMSE) das medições para todos os cenários. Tabela 2 - Desempenho da localização (erro RMSE em cm) para cada cenário, teste de validação e abordagem de aprendizado de máquina.

Figure img0003
[0092] Table 2, below, summarizes the performance of the system against the scenarios, models and tests evaluated and the square root of the mean squared error (RMSE) of the measurements for all scenarios. Table 2 - Localization performance (RMSE error in cm) for each scenario, validation test and machine learning approach.
Figure img0003

[0093] A Tabela 3, resume o desempenho do sistema no cenário 3D. Diferente dos resultados na escalabilidade 2D, o modelo SVR obteve desempenho 5,3% superior ao modelo RNA. De maneira geral, os resultados dos testes de validação do sistema híbrido e do subsistema RFID foram muito similares. No modelo RNA, a abordagem híbrida aumentou o erro em 1 cm em relação ao subsistema RFID. Tabela 3 - Desempenho da localização (erro RMSE em cm) sob escalabilidade tridimensional.

Figure img0004
Figure img0005
[0093] Table 3 summarizes the system performance in the 3D scenario. Unlike the 2D scalability results, the SVR model performed 5.3% better than the ANN model. In general, the results of the hybrid system and RFID subsystem validation tests were very similar. In the ANN model, the hybrid approach increased the error by 1 cm compared to the RFID subsystem. Table 3 - Location performance (RMSE error in cm) under three-dimensional scaling.
Figure img0004
Figure img0005

[0094] A Tabela 4, abaixo, resume o desempenho do sistema no cenário 3D empregando o sensor infravermelho no fornecimento da estimativa da coordenada Z. No caso, o dispositivo infravermelho foi posicionado junto a câmera. Tabela 4 - Desempenho da localização (erro RMSE em cm) sob escalabilidade 3D com o auxílio do sensor infravermelho.

Figure img0006
[0094] Table 4, below, summarizes the performance of the system in the 3D scenario using the infrared sensor to provide the estimate of the Z coordinate. In this case, the infrared device was positioned next to the camera. Table 4 - Location performance (RMSE error in cm) under 3D scalability with the aid of the infrared sensor.
Figure img0006

[0095] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.[0095] Those versed in the art will value the knowledge presented here and will be able to reproduce the invention in the presented modalities and in other variants, covered in the scope of the appended claims.

Claims (9)

1. Sistema de localização de coordenadas espaciais de objetos compreendendo pelo menos um ponto de observação e pelo menos um objeto observado, o sistema sendo caracterizado pelo fato de utilizar dois subsistemas para determinação da localização de pelo menos um objeto de interesse, sendo eles sistema de reconhecimento de imagens por meio de visão computacional; e sistema de medição de distâncias e de definição de coordenadas espaciais, sendo: a. o subsistema de visão computacional ser definido por uma câmera, controlada por um software de reconhecimento de imagens; b. o subsistema de definição de coordenadas por meio de sinal RFID, dado pelo objeto de interesse, compreendendo uma etiqueta passiva RFID (1) (receptor RFID) e o emissor RFID sendo uma antena (3) emissora de sinais RFID e receptora de sinais de resposta pelas etiquetas passivas RFID (1) (receptor RFID) associadas aos objetos de interesse; c. o subsistema de medição de distância por meio de sensor e emissor de infravermelho para medir distâncias lineares entre o sensor e o objeto de interesse.1. Object spatial coordinate location system comprising at least one observation point and at least one observed object, the system being characterized by the fact that it uses two subsystems to determine the location of at least one object of interest, being a system of image recognition through computer vision; and system for measuring distances and defining spatial coordinates, being: a. the computer vision subsystem is defined by a camera, controlled by image recognition software; B. the subsystem for defining coordinates by means of an RFID signal, given by the object of interest, comprising a passive RFID tag (1) (RFID receiver) and the RFID emitter being an antenna (3) emitting RFID signals and receiving response signals by the passive RFID tags (1) (RFID receiver) associated with the objects of interest; ç. the distance measurement subsystem by means of sensor and infrared emitter to measure linear distances between the sensor and the object of interest. 2. Sistema de localização de coordenadas espaciais de objetos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do ponto de observação ser dotado de: câmera controlada por software de reconhecimento de imagens, antena (3) emissora e receptora de sinais RFID; e sensor e emissor infravermelho.2. System for locating spatial coordinates of objects, according to claim 1, characterized in that the observation point is equipped with: camera controlled by image recognition software, antenna (3) emitting and receiving RFID signals; and infrared sensor and emitter. 3. Sistema de localização de coordenadas espaciais de objetos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do objeto observado ser dotado de uma etiqueta RFID (1) passiva e marcador fiducial (2) dispostos em superfície visível, quando associada ao objeto observado.3. Object spatial coordinate location system, according to claim 1, characterized in that the observed object is equipped with a passive RFID tag (1) and fiducial marker (2) arranged on a visible surface, when associated with the observed object . 4. Método de localização de coordenadas espaciais de objetos, de acordo com quaisquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de utilizar o referido sistema dotado de pelo menos um ponto de observação e pelo menos um objeto observado, i. o ponto de observação compreendendo: pelo menos uma antena (3) emissora e receptora de sinais RFID; pelo menos um sensor e emissor infravermelho; e/ou pelo menos um sistema de visão computacional (câmera); e ii. o objeto observado compreendendo pelo menos um receptor RFID (1) e/ou pelo menos uma região visível, dotada de marcador fiducial (2); o referido método compreendendo as etapas definidas por: a. emissão de sinal RFID (I) por meio da antena (3); b. recepção de sinal emitido na etapa (a) pelo receptor RFID (1) associado ao objeto de interesse, encontrando a etiqueta (II); c. envio de resposta ao sinal da etapa (a) pelo receptor RFID (1), para a antena RFID (3); d. mapeamento por visão computacional (III) da região apontada pelo sistema RFID para determinação de coordenadas espaciais (x, y, z) da localização do receptor RFID (1), dentro de uma região previamente referenciada, com base no sinal de resposta recebido pela antena (3); e. direcionamento do sistema de visão computacional para uma região de análise, apontada pelo sistema RFID como sendo a região em que o objeto de interesse se localiza, definida pelas coordenadas espaciais (x, y, z) obtidas na etapa (d); f. mapeamento por visão computacional (III) da região de análise por meio de obtenção e sobreposição de pelo menos uma região de interesse (ROI), com base no marcador fiducial (2) (IV) correspondente ao objeto de interesse; g. definição de coordenadas x e y no plano perpendicular ao sensor (V) e ao ponto de observação, com base na sobreposição das regiões de interesse (ROI); e h. medição por meio de infravermelho (VI) para determinação da distância linear (z) entre o sensor do ponto de observação e o objeto de interesse (VII), por meio do emissor e receptor infravermelho.4. Method of locating spatial coordinates of objects, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it uses said system with at least one observation point and at least one observed object, i. the observation point comprising: at least one antenna (3) for emitting and receiving RFID signals; at least one infrared sensor and emitter; and/or at least one computer vision system (camera); and ii. the observed object comprising at least one RFID receiver (1) and/or at least one visible region, provided with a fiducial marker (2); said method comprising the steps defined by: a. RFID signal emission (I) through the antenna (3); B. reception of the signal emitted in step (a) by the RFID receiver (1) associated with the object of interest, finding the tag (II); ç. sending a response to the signal of step (a) by the RFID receiver (1) to the RFID antenna (3); d. computer vision mapping (III) of the region pointed by the RFID system to determine the spatial coordinates (x, y, z) of the location of the RFID receiver (1), within a previously referenced region, based on the response signal received by the antenna (3); and. directing the computer vision system to an analysis region, indicated by the RFID system as the region where the object of interest is located, defined by the spatial coordinates (x, y, z) obtained in step (d); f. computer vision mapping (III) of the analysis region by obtaining and superimposing at least one region of interest (ROI), based on the fiducial marker (2) (IV) corresponding to the object of interest; g. definition of x and y coordinates in the perpendicular plane to the sensor (V) and to the observation point, based on the overlapping of the regions of interest (ROI); and h. measurement using infrared (VI) to determine the linear distance (z) between the sensor of the observation point and the object of interest (VII), using the infrared emitter and receiver. 5. Método de localização de coordenadas espaciais de objetos, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender as etapas predecessoras, de calibragem do sistema, definidas por: a. dispor receptores RFID (1) e marcadores fiduciais (2) em locais de coordenadas conhecidas, a partir do ponto de observação; b. emitir sinal por meio da antena RFID (3); c. coletar os sinais de resposta por meio da antena RFID (3) e de um leitor RFID (4) dos receptores RFID (1); d. associar valores coletados pelo leitor RFID (4) de cada receptor RFID (1) às coordenadas (x, y, z) dos respectivos receptores RFID e armazenar tais valores em um banco de dados; e e. adotar os valores armazenados na etapa (d) como sendo referenciais na determinação de distância entre a antena RFID (3) e receptores RFID (1).5. Method of locating spatial coordinates of objects, according to claim 4, characterized by the fact that it comprises the predecessor steps, of system calibration, defined by: a. arrange RFID receivers (1) and fiducial markers (2) in known coordinate locations, from the observation point; B. emitting a signal through the RFID antenna (3); ç. collect the response signals by means of the RFID antenna (3) and an RFID reader (4) from the RFID receivers (1); d. associate values collected by the RFID reader (4) of each RFID receiver (1) to the coordinates (x, y, z) of the respective RFID receivers and store such values in a database; and is. adopt the values stored in step (d) as references in determining the distance between the RFID antenna (3) and RFID receivers (1). 6. Método de localização de coordenadas espaciais de objetos, de acordo com as reivindicações 4 e 5, caracterizado pelo fato da determinação das coordenadas espaciais (x, y, z), com base nos sinais de resposta (RSSI) dos receptores RFID (1), ser dada por meio de análise probabilística, por meio de comparação entre os valores obtidos pelo sinal de resposta (RSSI) do receptor RFID (1) associado ao objeto de interesse, com os valores referenciais obtidos na calibragem do sistema.6. Method of locating spatial coordinates of objects, according to claims 4 and 5, characterized by the fact of determining the spatial coordinates (x, y, z), based on the response signals (RSSI) of the RFID receivers (1 ), be given by means of probabilistic analysis, by comparing the values obtained by the response signal (RSSI) of the RFID receiver (1) associated with the object of interest, with the reference values obtained in the system calibration. 7. Método de localização de coordenadas espaciais de objetos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de compreender, ainda uma etapa de medição da distância linear (z) entre o ponto de observação e o objeto de interesse por meio do emissor e receptor infravermelho.7. Method of locating spatial coordinates of objects, according to any one of claims 4 to 6, characterized in that it comprises, yet a step of measuring the linear distance (z) between the point of observation and the object of interest by middle of the infrared emitter and receiver. 8. Método de localização de coordenadas espaciais de objetos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de compreender, ainda uma etapa de medição da distância linear (z) entre o ponto de observação e o objeto de interesse por meio de estimativa por redes neurais artificiais (RNA) e/ou SVR (Support Vector Regression).8. Method of locating spatial coordinates of objects, according to any one of claims 4 to 6, characterized in that it comprises, yet a step of measuring the linear distance (z) between the observation point and the object of interest by means of estimation by artificial neural networks (ANN) and/or SVR (Support Vector Regression). 9. Uso de sistema de determinação de coordenadas espaciais de objetos em ambientes internos, caracterizado pelo fato do referido sistema ser conforme definido nas reivindicações 1 a 3 e por fazer uso do referido método de localização de coordenadas espaciais conforme definido nas reivindicações 4 a 8.9. Use of a system for determining the spatial coordinates of objects indoors, characterized in that said system is as defined in claims 1 to 3 and for making use of said method of locating spatial coordinates as defined in claims 4 to 8.
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