CN101742262A - 一种室内定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位方法和装置，属于定位技术领域。所述方法包括：向参考节点发送第一次定位请求，获取待定位对象的区域位置；向所述视频监控服务器发送所述区域位置及第二次定位请求；接收所述视频监控服务器发送的所述摄像头的相关信息，所述相关信息为所述视频监控服务器根据所述区域位置及预设条件获得的；根据所述相关信息获取所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标；根据所述图像坐标获取所述待定位对象的世界坐标。本发明提供的方案充分利用室内环境已有的基础设施，利用图像和无线通信技术实现了室内的定位，使用户得到了较为精确的位置，满足了实际应用中的需要。

Description

一种室内定位方法和装置

技术领域

本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种室内定位方法和装置。

背景技术

GPS(Global Positioning System，全球定位系统)是目前应用最为广泛的定位技术。目前室内定位技术的研究主要集中在无线定位技术，包括超声波定位技术、红外线室内定位技术、蓝牙技术、无线局域网技术、无线传感器网络技术、超宽带技术和射频识别技术。

超声波定位技术可用于一定范围的无接触式定位，定位精度比较高，但是超声波在定位时容易受到温度的影响，以及容易造成反射现象，这也给超声波定位带来了较大的困难。红外线技术容易受太阳光干扰且精确度不是很高，很难应用在室内定位感知系统中。蓝牙技术的优点是容易发现设备且信号传输不受视距的影响，体积小，容易嵌入到手机等设备中，缺点是目前蓝牙器件和设备价格比较昂贵，传播距离较短，容易受噪声干扰。无线局域网技术和无线传感器网络实现室内定位，需要在室内区域安装适量的无线基站，并且这些基站的位置是已知的。缺点是定位精度不是很高。UWB(Ultra Wide Band，超宽带)无线定位技术脉冲持续时间极短，具有较强的时间、空间分辨率，具有抗多径干扰、穿透能力强等优势，缺点是开发系统的成本比较高，进一步限制了在室内的使用。射频识别技术优点是标识的体积比较小，造价比较低，缺点是定位精度较超声波定位精度差。除了上述基于无线定位技术的研究，计算机视觉技术也被应用于定位，主要是指机器人定位。使用计算机视觉进行室内定位时，需要大量的计算机图像处理的知识，计算机处理的速度以及算法的效率要求比较高，现在很少使用该技术进行室内定位。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下缺点：现有的室内定位技术在造价和定位精度之间无法达到平稳，精度高的室内定位技术往往造价和实施难度较高，而造价和实施难度较低的室内定位技术往往又无法达到令人满意的定位精度，无法满足实际应用中的需要。

发明内容

为于在降低室内定位技术的成本同时，提高定位的精度，满足实际应用中的需要，本发明实施例提供了一种室内定位方法和装置，所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种室内定位方法，所述方法包括：

向参考节点发送第一次定位请求，获取待定位对象的区域位置；

向所述视频监控服务器发送所述区域位置及第二次定位请求；

接收所述视频监控服务器发送的所述摄像头的相关信息，所述相关信息为所述视频监控服务器根据所述区域位置及预设条件获得的；

根据所述相关信息获取所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标；

根据所述图像坐标获取所述待定位对象的世界坐标。

所述预设条件具体为：根据所述区域位置选择邻近所述区域位置最近的摄像头。

所述向所述视频监控服务器发送所述区域位置及第二次定位请求的步骤具体包括：

通过所述无线网络向所述视频监控服务器发送区域位置及第二次定位请求。

所述相关信息包括所述摄像头的相关参数；相应地，

所述根据所述图像坐标获取所述待定位对象的世界坐标的步骤具体包括：

根据所述图像坐标、所述摄像头的相关参数及图像坐标到世界坐标的转换公式获得所述待定位对象的触地点中心位置的世界坐标。

所述相关信息包括所述待定位对象的图像或视频、离线标准图像或视频，所述根据所述相关信息获取所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标的步骤具体包括：

在触摸屏上显示所述待定位对象的图像或视频，点击所述待定位对象；

根据所述离线标准图像或视频、所述待定位对象的图像或视频及识别方法获得所述待定位对象触地点中心位置的图像坐标。

再一方面，本发明实施例提供了一种室内定位装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于向参考节点发送第一次定位请求，获取待定位对象的区域位置；

第二获取模块，用于向所述视频监控服务器发送所述第一获取模块获取到的区域位置及第二次定位请求，并用于接收所述视频监控服务器发送的所述摄像头的相关信息，所述相关信息为所述视频监控服务器根据所述第一获取模块获取到的区域位置及预设条件获得的；

第三获取模块，用于根据所述第二获取模块接收到的相关信息获取所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标；

第四获取模块，用于根据所述图像坐标获取世界坐标。

所述预设条件具体为：根据所述区域位置选择邻近所述区域位置最近的摄像头。

所述第二获取模块接收到的相关信息包括所述摄像头的相关参数；相应地，所述第四获取模块包括：

第二获得单元，用于根据所述图像坐标、所述摄像头的相关参数及图像坐标到世界坐标的转换公式获得所述待定位对象的触地点中心位置的世界坐标。

所述第一获取模块包括：

第一发送单元，用于向所述参考节点发送第一次定位请求；

相应地，所述第二获取模块包括：

第二发送单元，通过所述无线网络向所述视频监控服务器发送区域位置及第二次定位请求。

所述相关信息包括所述待定位对象的图像或视频、离线标准图像或视频，所述第三获取模块包括：

点击单元，用于在触摸屏上显示所述待定位对象的图像或视频，点击所述待定位对象；

第一获得单元，用于根据所述离线标准图像或视频、所述待定位对象的图像或视频及识别方法获得所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

通过向参考节点发送第一次定位请求，获取区域位置，将获取到的区域位置及第二次定位请求发送至视频监控服务器，视频监控服务器根据预设条件选择摄像头，获取该摄像头的相关信息，无线通讯设备根据摄像头的相关信息获取待定位的对象触地点中心位置的图像坐标，根据图像坐标、摄像头的相关参数、图像坐标到世界坐标的公式获取物体的世界坐标。通过对信号和图像的两次定位，实现了较为精确的定位，并且该方案充分利用了已有的无线网络和视频监控，降低了室内定位技术的成本，满足了实际应用中的需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供的一种室内定位方法的流程图；

图2是本发明实施例2提供的一种室内定位方法的流程图；

图3是本发明实施例2提供的坐标转换示意图；

图4是本发明实施例2提供的定位过程示意图；

图5是本发明实施例3提供的一种室内定位装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本发明实施例1提供了一种室内定位方法，具体流程见下文描述：

步骤101：向参考节点发送第一次定位请求，获取待定位对象的区域位置。

步骤102：向视频监控服务器发送区域位置及第二次定位请求。

步骤103：接收视频监控服务器发送的摄像头的相关信息，相关信息为视频监控服务器根据区域位置及预设条件获得的。

步骤104：根据相关信息获取待定位对象的触地点中心位置的图像坐标。

步骤105：根据图像坐标获取待定位对象的世界坐标。

综上所述，上述方法通过对信号和图像的两次定位，实现了较为精确地定位，并且该方法充分利用了已有的无线网络和视频监控，降低了室内定位技术的成本，满足了实际应用中的需要。

实施例2

参见图2，本发明实施例2提供了一种室内定位方法，具体流程详见下文描述：

步骤201：在室内覆盖无线网络，无线网络中安装视频监控服务器及摄像头，采集离线标准图像或视频。

室内任何一个区域内至少覆盖有一个摄像头，每个摄像头都有确定的世界坐标、俯仰角、焦距等参数，其中世界坐标是指选择一个基准坐标系来描述摄像机安放在现实世界的位置，并用它描述世界环境中任何物体的位置，该坐标系就成为世界坐标系。其中，离线标准图像是指在无人、各种光照情况下拍摄的图像，将离线标准图像作为实际定位参照所用的标准图像。

其中，无线网络可以为无线局域网、无线传感器网络或移动网络或其他的无线网络，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

步骤202：无线通讯设备向参考节点发送第一次定位请求，获取区域位置。

其中，用户手持无线通讯设备在室内走动，当其走到需要定位的地方，用户可以通过无线通讯设备向邻近的参考节点发送第一次定位请求，该无线通讯设备具有触摸屏，并且无线通讯设备内部集成了WIFI(Wireless Fidelity，无线相容性认证)模块、WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)模块。其中，参考节点可以为室内布置的AP或无线网络节点，无线通讯设备通过内部集成的WIFI模块和附近的AP通信，或者通过内部集成的WSN模块与附近的WSN节点通信，通信的过程中，通过RSSI(Received Signal Strength Index，接收信号强度指示)或TOA(Time Of Arrival，到达时间)或TDOA(Time DifferenceOfArrival，到达时间差)等测距方法或者RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)的标签方法来获得区域位置，或者是该些方法的组合，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

例如：可以通过无线局域网得到AP(此时AP作为参考节点)的信号强度通过RSSI测距方法进行计算，确定无线通讯设备所在位置的大致区域，或采取其他的方法获取无线通讯设备所在位置的大致区域。

步骤203：无线通讯设备通过无线网络向视频监控服务器器发送区域位置及第二次定位请求。

当无线通讯设备获得区域位置后，通过室内布置的无线网络向视频监控服务器发出的第二次定位请求，将步骤202中获得的区域位置发送给视频监控服务器，在这个过程中通过WIFI模块无线通讯设备能够和附近的无线局域网连接，通过无线局域网转发定位请求命令到达定位请求的目的地；或可以通过无线传感器网络传输，则通过WSN模块无线通讯设备和附近的无线传感器网络节点连接，通过无线传感器网络节点转发定位请求命令到达定位请求的目的地；或可以采取其他的无线网络进行传输，具体实现时本发明实施例对此不做限制。

步骤204：视频监控服务器收到区域位置及第二次定位请求后，根据预设条件选择摄像头，通过无线网络将该摄像头相关的信息发送至无线通讯设备。

其中，预设条件为：在所控摄像头中选择邻近区域位置最近的摄像头。该摄像头相关的信息具体包括：当前该摄像头所拍摄的图像和步骤201中离线状态下该摄像头拍摄的标准图像，以及该摄像头的相关参数。摄像头的相关参数主要包括：内部参数和外部参数，其中，内部参数包括：摄像头的光学和几何学特性，焦距，比例因子和镜头畸变；外部参数包括：摄像头坐标相对于世界坐标的位置和方向，如旋转和平移。其中，可以为该些参数中的一个或几个，具体实现时本发明实施例对此不做限制。

步骤205：无线通讯设备接收到视频监控服务器发送的相关信息后，在无线通讯设备触摸屏上显示该摄像头当前所拍摄的图像。

步骤206：用户通过触摸笔点击拍摄的待定位对象。

其中，待定位的对象可以为建筑物或用户自身或建筑物内物体。

步骤207：无线通讯设备对比步骤201中采集的离线标准图像和当前拍摄的图像或视频，运用识别方法将点击的待定位对象轮廓识别出来，获得该待定位对象触地点中心位置的图像坐标。

其中，识别方法可以为帧间差或背景建模的方法或其他的识别方法，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。

步骤208：无线通讯设备将摄像头的相关参数代入到图像坐标到世界坐标的转换公式中，即可获得用户所点击待定位对象的触地点的世界坐标。

其中，参见图4，本发明以单目测距摄像机为例进行说明，摄像机固定并向下倾斜一定角度，图像坐标到世界坐标的转换公式如下所示：

p是物体在图像中的特征点，H是摄像机到地面的垂直距离，y1是摄像机垂直视角投影在地面上的最近距离，y1+y2是摄像机垂直视角投影在地面上的最远距离，x1是当摄像机垂直视角投影在地面上的距离最近时，其水平视角投影在地面上的距离。α和β分别是摄像机垂直视角射线与地平面y轴的最大和最小夹角，γ是摄像机水平视角在地面上的投影与地平面y轴夹角。由摄像机针孔模型的几何关系可知，α、β、γ可由下式推导得到：

α＝arctan(H/y1)、β＝arctan[H/(y1+y2)]、γ＝arctan(x1/y1)，其中，H，y1，y2和x1可以通过测量得到，在得出了α、β和γ角之后就可以很方便的推导出x和y的计算公式：

x＝ytan[(S_x-v)×γ/S_x]、y＝Htan[(90-α)+(S_y-u)×(α-β)/S_y]

$\mathrm{\θ}=(S_x-v)\×\mathrm{\γ}/S_x,L=\sqrt{x^2+y^2}$

其中，u，v分别表示特征点p在图像平面的上的行数和列数，Sx和Sy分别表示图像平面在x和y方向上的总的行数和列数。y是点P(x，y)在机器人坐标系xoy下的纵坐标，即目标点与机器人在垂线方向上的距离。x是点P(x，y)在机器人坐标系xoy下的横坐标，即目标点与机器人在水平方向上的距离，θ表示点P与前进方向上的夹角，而L则是所求目标点与机器人之间的距离，即通过该待定位对象的世界坐标就可以精确确定该待定位对象所处的位置，其中，具体实现时，还可以为其他的图像坐标到世界坐标的转换公式，具体实现时，本发明是实施例对此不做限制。

步骤209：无线通讯设备将确定的位置通过文字或图像呈现在无线通讯设备的触摸屏上。

其中，用户通过无线通讯设备触摸屏上呈现的文字或图像就可以获知自己或物体所处的位置。

其中，本发明实施例中提到的无线通讯设备可以为PDA(Persional DigitalAssistant，个人数码助理)或其他的通讯设备，具体实现时本发明实施例对此不做限制。

参见图3，本发明实施例以PDA为例进行说明，本例中待定位的对象为人，首先PDA向无线网络节点发送定位请求，获取到人的区域位置，PDA通过无线网络节点向视频监控服务器发送区域位置及定位请求，视频监控服务器根据区域位置从9个摄像头中选取离人最近的摄像头，即第9个摄像头，通过无线网络将第9个摄像头的相关信息发送至PDA，在PDA触摸屏上显示第9个摄像头当前所拍摄的图像，用户通过PDA的触摸笔点击所拍摄的图像中的人，PDA对比摄像头9拍摄的离线标准图像和当前拍摄的图像，运用帧间差的识别方法将人的轮廓识别出来，即可以获得人的触地点中心位置的图像坐标，PDA将摄像头的相关参数带入到图像坐标到世界坐标的公式中，可以获得人的世界坐标，用户通过触摸屏就可以获知人的位置。

综上所述，本发明实施例提供了一种室内定位方法，用户通过无线通讯设备向参考节点发送第一次定位请求获取区域位置，根据参考节点信号获取无线通讯设备所在的区域位置，无线通讯设备将获取到的区域位置及第二次定位请求发送至视频监控服务器，视频监控服务器根据预设条件选择摄像头，获取该摄像头的相关信息，无线通讯设备根据摄像头的相关信息获取拍摄待定位对象的触地点中心位置的图像坐标，根据图像坐标、摄像头的相关参数、图像坐标到世界坐标的公式获取待定位对象的世界坐标，通过对信号和图像的两次定位，实现了较为精确地定位，并且该方法充分利用了已有的无线网络和视频监控，降低了室内定位技术的成本，满足了实际应用中的需要。

实施例3

参见图5，本发明实施例提供了一种室内定位装置，室内覆盖无线网络，无线网络中安装视频监控服务器及摄像头，该装置主要包括：

第一获取模块301，用于向参考节点发送第一次定位请求，获取待定位对象的区域位置；

第二获取模块302，用于向视频监控服务器发送第一获取模块301获取到的区域位置及第二次定位请求，并用于接收视频监控服务器发送的摄像头的相关信息，其中，相关信息是根据第一获取模块301获取到的区域位置及预设条件获得；

其中，预设条件具体为：根据区域位置选择邻近区域位置最近的摄像头。

第三获取模块303，用于根据第二获取模块302接收到的相关信息获取待定位对象触地点中心位置的图像坐标；

第四获取模块304，用于根据图像坐标获取世界坐标。

其中，第二获取模块302接收到的相关信息包括摄像头的相关参数；相应地，第四获取模块304包括：

第二获得单元304A，用于根据图像坐标、摄像头的相关参数及图像坐标到世界坐标的公式获得待定位对象触地点中心位置的世界坐标。

其中，第一获取模块301包括：

第一发送单元301A，用于向参考节点发送第一次定位请求；

第二获取模块302包括：

第二发送单元302A，用于通过无线网络向视频监控服务器发送区域位置及第二次定位请求。

其中，相关信息包括待定位对象的图像或视频、离线标准图像或视频，相应地，第三获取模块303包括：

点击单元303A，用于在触摸屏上显示待定位对象的图像或视频，点击待定位对象；

第一获得单元303B，用于根据离线标准图像或视频、待定位对象的图像或视频及识别方法获得待定位对象触地点中心位置的图像坐标。

其中，本发明实施例中提到的执行主体可以为无线通讯设备，具体可以为PDA或其他的通讯设备，具体实现时本发明实施例对此不做限制。

综上所述，本发明实施例提供了一种室内定位装置，用户向参考节点发送第一次定位请求获取区域位置，根据参考节点信号获取所在的区域位置，无线通讯设备将获取到的区域位置及第二次定位请求发送至视频监控服务器，视频监控服务器根据预设条件选择摄像头，获取该摄像头的相关信息，无线通讯设备根据摄像头的相关信息获取拍摄待定位对象的触地点中心位置的图像坐标，根据图像坐标、摄像头的相关参数、图像坐标到世界坐标的公式获取待定位对象的世界坐标，通过对信号和图像的两次定位，实现了较为精确地定位，并且该方法充分利用了已有的无线网络和视频监控，降低了室内定位技术的成本，满足了实际应用中的需要。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种室内定位方法，室内覆盖无线网络，所述无线网络中安装有视频监控服务器及摄像头，其特征在于，所述方法包括：

向参考节点发送第一次定位请求，获取待定位对象的区域位置；

向所述视频监控服务器发送所述区域位置及第二次定位请求；

接收所述视频监控服务器发送的所述摄像头的相关信息，所述相关信息为所述视频监控服务器根据所述区域位置及预设条件获得的；

根据所述相关信息获取所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标；

根据所述图像坐标获取所述待定位对象的世界坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设条件具体为：根据所述区域位置选择邻近所述区域位置最近的摄像头。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述视频监控服务器发送所述区域位置及第二次定位请求的步骤具体包括：

通过所述无线网络向所述视频监控服务器发送区域位置及第二次定位请求。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关信息包括所述摄像头的相关参数；相应地，

所述根据所述图像坐标获取所述待定位对象的世界坐标的步骤具体包括：

根据所述图像坐标、所述摄像头的相关参数及图像坐标到世界坐标的转换公式获得所述待定位对象的触地点中心位置的世界坐标。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关信息包括所述待定位对象的图像或视频、离线标准图像或视频，所述根据所述相关信息获取所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标的步骤具体包括：

在触摸屏上显示所述待定位对象的图像或视频，点击所述待定位对象；

根据所述离线标准图像或视频、所述待定位对象的图像或视频及识别方法获得所述待定位对象触地点中心位置的图像坐标。

6.一种室内定位装置，室内覆盖无线网络，所述无线网络中安装有视频监控服务器及摄像头，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于向参考节点发送第一次定位请求，获取待定位对象的区域位置；

第二获取模块，用于向所述视频监控服务器发送所述第一获取模块获取到的区域位置及第二次定位请求，并用于接收所述视频监控服务器发送的所述摄像头的相关信息，所述相关信息为所述视频监控服务器根据所述第一获取模块获取到的区域位置及预设条件获得的；

第三获取模块，用于根据所述第二获取模块接收到的相关信息获取所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标；

第四获取模块，用于根据所述图像坐标获取世界坐标。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设条件具体为：根据所述区域位置选择邻近所述区域位置最近的摄像头。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块接收到的相关信息包括所述摄像头的相关参数；相应地，所述第四获取模块包括：

第二获得单元，用于根据所述图像坐标、所述摄像头的相关参数及图像坐标到世界坐标的转换公式获得所述待定位对象的触地点中心位置的世界坐标。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第一发送单元，用于向所述参考节点发送第一次定位请求；

相应地，所述第二获取模块包括：

第二发送单元，通过所述无线网络向所述视频监控服务器发送区域位置及第二次定位请求。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述相关信息包括所述待定位对象的图像或视频、离线标准图像或视频，所述第三获取模块包括：

点击单元，用于在触摸屏上显示所述待定位对象的图像或视频，点击所述待定位对象；

第一获得单元，用于根据所述离线标准图像或视频、所述待定位对象的图像或视频及识别方法获得所述待定位对象的触地点中心位置的图像坐标。

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