CN102445681A - 一种可移动设备的室内定位方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于家电及通信控制领域，尤其涉及一种可移动设备的室内定位方法与系统，该方法包括：可移动设备在移动中通过图像采集和红外测距技术获得一个矢量角坐标；同时，天花板全景单元通过图像采集和比较生成全景图片差异信息；在所述全景图片差异信息中识别所述矢量角坐标，从而实现了所述可移动设备在室内的定位。设备在室内移动时，通过检测可移动设备的位移以及与障碍物的距离，可以确定可移动设备的相对位置，而且，通过天花板全景单元可以掌握室内的总体情况，将可移动设备检测得到的数据与天花板全景单元检测得到的数据进行分析，即可获得可移动设备在室内移动的绝对位置，实现了可移动设备的室内定位方法与系统。

Description

一种可移动设备的室内定位方法与系统

技术领域

本发明属于家电及通信控制领域，尤其涉及一种可移动设备的室内定位方法与系统。

背景技术

设备移动中的定位系统，有GPS和北斗定位系统，但这些系统的定位范围广，而在小范围内定位效果不佳，尤其是在室内这种几十或上百平方米内的定位更是无法精确，还有现在的定位系统不具备发现随时移动中的障碍物的功能。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种室内设备移动中的自我定位方法，旨在解决现有技术在小范围定位效果不佳和不具备发现随时移动中的障碍物的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种可移动设备的室内定位方法，所述方法包括下述步骤：

步骤一、可移动设备在移动中测得预定时间内的位移，并生成位移矢量，所述预定时间T为第二时刻T2与第一时刻T1的差值，同时在T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，生成障碍物距离矢量，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间T构成一个矢量角坐标。

步骤二、同时，天花板全景单元在所述预定时间T内采集室内全景图片，将T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息。

步骤三、在所述全景图片差异信息中识别所述矢量角坐标，从而实现了所述可移动设备在室内的定位。

本发明实施例的另一目的在于提供一种可移动设备的室内定位系统，所述系统包括：

可移动设备单元，用于在移动中测得预定时间内的位移，并生成位移矢量，所述预定时间T为第二时刻T2与第一时刻T1的差值，同时在T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，生成障碍物距离矢量，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间T构成一个矢量角坐标。

天花板全景单元，用于同时在所述预定时间T内采集室内全景图片，将T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息。

图像目标分析定位子单元，用于在所述全景图片差异信息中识别所述矢量角坐标，从而实现了所述可移动设备在室内的定位。

在本发明实施例中，设备在室内移动时，通过检测可移动设备的位移以及与障碍物的距离，可以确定可移动设备的相对位置，而且，通过天花板全景单元可以掌握室内的总体情况，将可移动设备检测得到的数据与天花板全景单元检测得到的数据进行分析，即可获得可移动设备在室内移动的绝对位置，实现了可移动设备的室内定位方法与系统。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的可移动设备的室内定位方法的实现流程图；

图2是本发明实施例一提供的可移动设备的室内定位方法步骤一的具体实现流程图；

图3是本发明实施例一提供的可移动设备的室内定位方法步骤二的具体实现流程图；

图4是本发明实施例二提供的可移动设备的室内定位系统的结构框图；

图5是本发明实施例二中的红外测距模块分布图；

图6是本发明实施例二中的天花板摄像头组分布示意图；

图7是本发明矢量角坐标的构成示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的可移动设备的室内定位方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，可移动设备在移动中测得预定时间内的位移，并生成位移矢量，所述预定时间T为第二时刻T2与第一时刻T1的差值，同时在T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，生成障碍物距离矢量，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间T构成一个矢量角坐标。

举例说明如下，但不以该举例说明为限：

所述预定时间为相邻两次图像采集所经历的时间，由可移动设备的移动速度决定，移动速度越快预订时间越短。设置预订时间是通过数据控制器来设置工作频率实现的，工作频率范围为10Hz到100Hz，所以预定时间可以为10ms～100ms。

如图7所示，当可移动设备从位置A1移动到位置A2，移动距离为X，从A1移动到A2的移动时间为T。障碍物位于Z处，Z与A2的距离为障碍物距离Y。其中移动距离X＝A2-A1，障碍物距离Y＝Z-A2。所述位移矢量的长度为X，方向为从位置A1指向位置A2，所述障碍物距离矢量长度为Y，方向为从A2指向Z。所述矢量角坐标的角度就是移动时间T，所述矢量角坐标由位移矢量、障碍物距离矢量和移动时间T合成，即矢量角坐标D＝(X、Y、T)。

在步骤S102中，同时，天花板全景单元在所述预定时间T内采集室内全景图片，将T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息。

举例说明如下，但不以该举例说明为限：

各天花板摄像头将图像采集后汇总到线路接口传递给图像合成模块，图像合成模块负责将接收到的多路图片合成一张全景图片，在合成的过程中过滤掉重合的部分，为绝对的坐标定位做准备。当合成完毕后，把合成后的图片传递给图像缓冲区1，图像缓冲区1负责接收图像合成模块传递过来的全景图片，并当有新的全景图片传递过来时，把原有图片传递给图像缓冲区2，同时为图像比较模块提供读取数据的接口，图像缓冲区2负责接收图像缓冲区1传递过来的图片，同时为图像比较模块提供读取数据的接口。图像比较模块按时读取图像缓冲区1和图像缓冲区2内的图片数据，并对两组数据做比较，生成全景图片差异信息。

在步骤S103中，在所述全景图片差异信息中识别所述矢量角坐标，从而实现了所述可移动设备在室内的定位。

图2示出了本发明可移动设备具体流程，即步骤S101的具体步骤包括：

在步骤S201中，可移动设备在移动时，根据所述预定时间，分别采集到T1和T2时刻的图像，将所述T1和T2时刻的图像进行比较，得到图片差异信息，利用所述图片差异信息得到位移变化数据，利用所述位移变化数据生成所述位移矢量。

举例说明如下，但不以该举例说明为限：

可移动设备在移动时通过前端自带的摄像头不断拍摄仰角90°平角180°的图像，然后摄像头将拍摄到的图片传送到图像缓冲区1，图像缓冲区1的作用是当接收摄像头的最新图片时，将原来保存在本缓冲区内的图片传送给图像缓冲区2，并保存当前的最新图片，同时为图像比较模块提供读取接口，是图像比较模块的数据源之一。图像缓冲区2的作用是接收图像缓冲区1的图片，并为图像比较模块提供读取接口，是图像比较模块的数据源之一。图像比较模块按照数据控制器设定的预定时间同时读取图像缓冲区1和图像缓冲区2的图片数据，并把此两张图片进行比较，得到图片差异信息，并把此差异信息传送给比较结果缓冲处理区。图像比较模块按照数字图像处理的方法进行抽样比较。比较结果缓冲处理区将一段时间内得到的图片差异信息收集起来，形成位移变化表，并把位移变化表传递给位移矢量生成模块，以供该模块生成位移矢量。

在步骤S202中，同时，根据所述预定时间，利用红外测距技术在所述T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，进而生成所述障碍物距离矢量。

举例说明如下，但不以该举例说明为限：

红外测距模块组把测得前方障碍物的距离传递给障碍物距离汇总计算模块，该模块根据传来的数据组生成前方障碍物的数据表，并把此表打上时间戳之后传递给数据缓冲区，数据缓冲区把积累到的数据表传递给组数据分析模块做统计计算。组数据分析模块根据各数据表的时间戳生成数据表组之间带有时间参量的非线性变化关系式，并把此关系式传递给障碍物距离矢量生成模块，障碍物矢量生成模块根据此关系式生成障碍物距离矢量。

在步骤S203中，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间构成一个矢量角坐标。

图3示出了天花板全景单元操作的实现流程，即步骤S102的具体步骤为：

在步骤S301中，天花板全景单元在所述T1时刻采集室内各个角度的图片，进而合成所述T1时刻的一张全景图片，在所述T2时刻采集室内各个角度的图片，进而合成所述T2时刻的一张全景图片。

在步骤S302中，对所述T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息。

实施例二：

图4示出了本发明实施例提供的可移动设备的室内定位系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。其中：

可移动设备单元410，用于在移动中测得预定时间内的位移，并生成位移矢量，所述预定时间T为第二时刻T2与第一时刻T1的差值，同时在T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，生成障碍物距离矢量，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间T构成一个矢量角坐标。

该可移动设备单元410包括摄像头411、图像比较模块412、位移矢量及障碍物距离矢量生成模块413、红外测距模块组414、组数据分析模块415、数据控制器416和无线通讯接口417。其中：

摄像头411，用于根据所述预定时间，采集T1和T2时刻的图像。

图像比较模块412，用于比较所述采集到的T1和T2时刻的图像，得到图片差异信息，形成位移变化表。

红外测距模块组414，用于根据所述预定时间，在T2时刻利用红外测距技术测得可移动设备与前方障碍物距离，并打上时间戳。

组数据分析模块415，用于根据所述带有时间戳的距离，生成带有时间参量的非线性变化关系式。

位移矢量及障碍物距离矢量生成模块413，用于根据所述位移变化表生成所述位移矢量，根据所述非线性变化关系式生成所述障碍物距离矢量。

数据控制器416，用于设定所述预定时间，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间构成一个矢量角坐标，并用于控制与天花板全景单元420进行通信。

无线通讯接口417，用于和天花板全景单元420交互，本实施例采用ZigBee无线通讯接口。

天花板全景单元420，用于同时在所述预定时间T内采集室内全景图片，将T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息。

天花板全景单元420包括天花板摄像头组421、图像合成模块422、全景图片比较模块423、全景控制器424和无线通讯接口425，其中：

天花板摄像头组421，用于在所述T1和T2时刻，采集室内各部分的图片；

图像合成模块422，用于将所述T1或T2时刻采集到的室内各部分图片合成一张T1或T2时刻的全景图片，在合成的过程中过滤掉重合的部分；

全景图片比较模块423，用于对所述T1和T2时刻的两张全景图片进行比较，生成包含所述预定时间的全景图片差异信息；

全景控制器424，用于设定所述预订时间，并用于控制与所述可移动设备单元410进行通信；

无线通讯接口425，用于和可移动设备单元410交互，本实施例采用ZigBee无线通讯接口。

图像目标分析定位子单元430，用于在所述全景图片差异信息中识别所述矢量角坐标，从而实现了所述可移动设备在室内的定位。如图所示，图像目标分析定位子单元430设置在可移动设备单元410中，所述图像目标分析定位子单元430连接在所述可移动设备单元的数据控制器416与无线通讯接口417之间。或者设置在所述天花板全景单元420中，所述图像目标分析定位子单元430设置在所述天花板全景单元420的全景控制器424与无线通讯接口425之间。

图5示出了本发明实施例提供的红外测距模块分布，红外测距模块组，设置在所述可移动设备的正前方，包括：

六个红外测距模块510，用于利用红外测距技术，测得可移动设备与前方障碍物的距离，包括六组距离数据，所述六红外测距模块分部均匀，两两间隔距离相同。

遮挡物距离汇总计算模块520，用于将所述六组距离数据进行汇总，生成某个时刻的可移动设备与前方障碍物的距离，并打上时间戳。

图6示出了本发明实施例提供的天花板摄像头组分布，天花板摄像头组，设置于室内天花板上，包括：

五个天花板摄像头610，用于在所述T1和T2时刻，采集室内各部分的图片，所述五个天花板摄像头均匀分布在天花板上。

线路接口620，用于汇总所述五个摄像头采集到的室内各部分的图片，然后发送给图像合成模块422。

在本发明实施例中，设备在室内移动时，通过检测可移动设备的位移以及与障碍物的距离，可以确定可移动设备的相对位置，而且，通过天花板全景单元可以掌握室内的总体情况，将可移动设备检测得到的数据与天花板全景单元检测得到的数据进行分析，即可获得可移动设备在室内移动的绝对位置，实现了可移动设备的室内定位方法与系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可移动设备的室内定位方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤一、可移动设备在移动中测得预定时间内的位移，并生成位移矢量，所述预定时间T为第二时刻T2与第一时刻T1的差值，同时在T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，生成障碍物距离矢量，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间T构成一个矢量角坐标；

步骤二、同时，天花板全景单元在所述预定时间T内采集室内全景图片，将T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息；

步骤三、在所述全景图片差异信息中识别所述矢量角坐标，从而实现了所述可移动设备在室内的定位。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一的具体步骤为：

可移动设备在移动时，根据所述预定时间，分别采集到T1和T2时刻的图像，将所述T1和T2时刻的图像进行比较，得到图片差异信息，利用所述图片差异信息得到位移变化数据，利用所述位移变化数据生成所述位移矢量；

同时，根据所述预定时间，利用红外测距技术在所述T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，进而生成所述障碍物距离矢量；

将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间构成一个矢量角坐标。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤为：

天花板全景单元在所述T1时刻采集室内各个角度的图片，进而合成所述T1时刻的一张全景图片，在所述T2时刻采集室内各个角度的图片，进而合成所述T2时刻的一张全景图片；

对所述T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息。

4.一种可移动设备的室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：

可移动设备单元，用于在移动中测得预定时间内的位移，并生成位移矢量，所述预定时间T为第二时刻T2与第一时刻T1的差值，同时在T2时刻测得可移动设备与障碍物的距离，生成障碍物距离矢量，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间T构成一个矢量角坐标；

天花板全景单元，用于同时在所述预定时间T内采集室内全景图片，将T1和T2时刻采集到的两张全景图片做比较，生成全景图片差异信息；

图像目标分析定位子单元，用于在所述全景图片差异信息中识别所述矢量角坐标，从而实现了所述可移动设备在室内的定位。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述可移动设备单元包括：

摄像头，用于根据所述预定时间，采集T1和T2时刻的图像；

图像比较模块，用于比较所述采集到的T1和T2时刻的图像，得到图片差异信息，形成位移变化表；

红外测距模块组，用于根据所述预定时间，在T2时刻利用红外测距技术测得可移动设备与前方障碍物距离，并打上时间戳；

组数据分析模块，用于根据所述带有时间戳的距离，生成带有时间参量的非线性变化关系式；

位移矢量及障碍物距离矢量生成模块，用于根据所述位移变化表生成所述位移矢量，根据所述非线性变化关系式生成所述障碍物距离矢量；

数据控制器，用于设定所述预定时间，将所述位移矢量、所述障碍物距离矢量和所述预定时间构成一个矢量角坐标，并用于控制与天花板全景单元进行通信；

无线通讯接口，用于和天花板全景单元交互。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述红外测距模块组，设置在所述可移动设备的正前方，包括：

六个红外测距模块，用于利用红外测距技术，测得可移动设备与前方障碍物的距离，包括六组距离数据，所述六红外测距模块分部均匀，两两间隔距离相同；

遮挡物距离汇总计算模块，用于将所述六组距离数据进行汇总，生成某个时刻的可移动设备与前方障碍物的距离，并打上时间戳。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述天花板全景单元包括：

天花板摄像头组，用于在所述T1和T2时刻，采集室内各部分的图片；

图像合成模块，用于将所述T1或T2时刻采集到的室内各部分图片合成一张T1或T2时刻的全景图片，在合成的过程中过滤掉重合的部分；

全景图片比较模块，用于对所述T1和T2时刻的两张全景图片进行比较，生成包含所述预定时间的全景图片差异信息；

全景控制器，用于设定所述预订时间，并用于控制与所述可移动设备单元进行通信；

无线通讯接口，用于和可移动设备单元交互。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述天花板摄像头组，设置于室内天花板上，包括：

五个天花板摄像头，用于在所述T1和T2时刻，采集室内各部分的图片，所述五个天花板摄像头均匀分布在天花板上；

线路接口，用于汇总所述五个摄像头采集到的室内各部分的图片，然后发送给图像合成模块。

9.如权利要求5或7任一项所述的系统，其特征在于，所述图像目标分析定位子单元连接在所述可移动设备单元内的数据控制器与无线通讯接口之间，或者

所述图像目标分析定位子单元连接在所述天花板全景单元内的全景控制器与无线通讯接口之间。

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