CN104537401B - 基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统及工作方法，该系统包括可旋转的搭载平台、RFID阅读器、阅读器天线、RFID标签、景深感知设备、处理终端、交互终端和无线接入点，在可旋转的搭载平台上固定RFID阅读器、阅读器天线和景深感知设备，环境中物体都贴有RFID标签，RFID阅读器可以读取物体的RFID标签信息，并且同时将RFID标签信息和景深感知设备信息整合，经无线接入点传输到处理终端，处理终端通过无线接入点与交互终端进行交互，用户通过交互终端可以直接看到景深感知设备提供的画面中的物体以及每个物体对应的详细标签信息。

Description

基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统及工作方法

技术领域

本发明涉及一种现实增强系统，尤其指代一种基于射频识别技术和景深感知技术的现实增强系统及工作方法。

背景技术

射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。

随着射频识别、无线通信技术、景深感知技术的发展，基于射频识别（RFID）技术和景深感知技术的新型应用模式备受关注。借助于非接触式的自动识别能力和无线信号传输技术，RFID系统能够实现信息的自动抽取、室内定位再配合景深感知设备提供的位置信息，最终达到现实增强的效果，让用户能够在视频画面中看到丰富的物体信息。因此，如何能够将上述三者的技术有效地结合并应用于现实增强技术领域成为业界技术人员日益关心、研究的技术课题。

发明内容

针对于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统及工作方法，通过景深感知设备刻画物体的位置信息、分辨不同物体；通过射频识别技术获取物体详细信息；通过射频识别的无线信号强弱以及不同距离标签的激活功率进行物体的室内定位；通过终端算法对景深感知设备和射频识别的输入进行匹配处理，最终实时的显示，完成所见即所得的现实增强系统。

为达到上述目的，本发明的一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统，包括：

可旋转的搭载平台，其上带有用于固定阅读器天线和景深感知设备的模块，确保阅读器天线和景深感知设备相对位置的固定；

RFID标签，其附于被识别的物体上，RFID标签中包含有被识别物体的详细信息；

阅读器天线，其固定于上述可旋转的搭载平台上，发射RFID阅读器的命令，并接收RFID标签返回的信号；

RFID阅读器，其嵌入在可旋转的搭载平台上，接收阅读器天线读取的RFID标签信息，并能通过无线通信方式将获得的信息经无线接入点传输到处理终端；

景深感知设备，其固定于上述可旋转的搭载平台上，和阅读器天线相对位置固定，获取环境中用于识别的物体图像数据和景深数据；

处理终端，用于接收景深数据和视野内图像数据，通过无线接入点接收RFID阅读器发送的数据并处理，将处理后的数据通过无线接入点传输给交互终端，与交互终端完成数据交互，同时接收交互终端指令，控制搭载平台、景深感知设备和RFID阅读器；

交互终端，其通过无线接入点与处理终端进行交互，控制处理终端，接收处理终端数据并向用户展示处理后的现实增强图像；

无线接入点，其接收RFID阅读器的信息并与处理终端进行交互，完成搭载平台和交互终端的数据交互。

优选地，所述RFID阅读器及其RFID标签为超高频RFID标签读取模块及超高频RFID标签，超高频RFID标签读取模块通过EPC Global C1 G2协议读写超高频RFID标签。

优选地，所述景深感知设备能够获得视野内物体景深数据以及获得的图像。

优选地，所述RFID阅读器带有无线模块，该模块通过802.11协议连接至上述无线接入点。

本发明还提供一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统的工作方法，包括如下步骤：

RFID阅读器通过阅读器天线发送860-960MHz频率的信号，扫描物体上的RFID标签，读取标签的用户区数据，获取物体的基本信息，同时获得返回的RSSI信号强度值；

RFID阅读器通过无线接入点将获得物品的基本信息和RSSI值传输给处理终端；

景深感知设备获取物体的实时图像，返回视野内物体的景深数据到处理终端；

处理终端将接收到的上述数据信息通过快速匹配、功率步进和连续扫描三种工作方法进行处理，根据工作方法通过无线接入点有需要的控制RFID阅读器的功率以及搭载平台的旋转，处理后得到图像上物体的所附RFID标签上的用户区信息并显示；

交互终端通过无线接入点与处理终端进行数据交互，获取处理终端数据，向用户显示现实增强效果。

优选地，上述步骤中三种工作方法具体包括：

快速匹配，即通过RFID阅读器获取距离阅读器天线不同距离标签的返回功率不同来区分标签先后顺序，通过景深感知设备获取不同位置物体的景深分布，基于阅读器天线与景深感知设备的相对位置固定，将不同返回功率区分的标签顺序与不同景深的物体对应匹配；

功率步进，即在快速匹配的基础上，通过动态调整RFID阅读器功率逐渐地从近到远激活标签，将标签被激活时的功率按照从小到大对应标签的从近到远，对于激活功率一致的情况用返回信号强度进行区分；

连续扫描，即交互终端通过无线接入点控制搭载平台有规律的面对待识别区域进行旋转，RFID阅读器和景深感知设备在旋转过程中连续的获取数据，RFID阅读器在旋转结束后能获得每个标签的返回信号强度曲线，曲线的均值作为一个维度，曲线的拐点对应的旋转角度作为一个维度，景深感知设备在旋转结束后能获得每个物体的景深值构成的曲线，曲线的均值作为一个维度，曲线的拐点对应的旋转角度作为一个维度，最后将各自获得的两个维度进行对应匹配。

本发明的一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统使用景深感知技术来区分不同的物体，相对于二维的图像处理，更加高效、简单，而针对于景深感知技术不能区分出物体的特性，则采用射频技术去主动获取物体详细信息，用这些信息标记景深感知技术区分出的物体，达到现实增强的效果。

本发明的有益效果：

本系统相比于基于图像处理的物体识别系统，得到的不仅仅是物体的共性特征，而是存储在每个射频标签内单个物体的个性特征，把更加丰富的信息快速方便的展示给用户，具体表现为：

1、方法简单：景深感知设备能够直接获取数据，射频模块也能直接获取数据，这两者并不需要复杂的方法去处理数据，所获取的数据通过简单的处理就可以直接使用。

2、现实增强：用户可以从该系统中直接获得视野内物体的详细信息，例如产地、价格、材质以及详细链接等等，达到所见即所得的现实增强体验。

附图说明

图1绘示本发明系统的场景结构图。

图2绘示本发明基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统的数据流图。

图3绘示本发明中射频识别部分的工作原理图。

图4绘示本发明系统的结构图。

图5绘示本发明系统的工作原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统主要包括搭载平台和交互终端，二者通过无线接入点进行数据交互，该搭载平台上设有射频识别系统及景深感知系统，具体表现为：

搭载平台，其为可旋转式的搭载平台，该搭载平台上带有用于固定阅读器天线和景深感知设备的模块，确保阅读器天线和景深感知设备相对位置的固定，接收处理终端的控制，可以原地360度旋转，并能沿当前方向进行移动；

上述的射频识别系统主要包括如下：

RFID标签，其附于被识别的物体上，RFID标签中包含有被识别物体的详细信息，RFID标签用户区的存储空间为512比特；

阅读器天线，其固定于上述可旋转的搭载平台上，发射RFID阅读器的命令，并接收RFID标签返回的信号；

RFID阅读器，其嵌入在可旋转的搭载平台上，接收阅读器天线读取的RFID标签（最大距离可达5m～6m）信息，并能通过无线通信方式将获得的信息经无线接入点传输到下述的处理终端；该RFID阅读器及上述的RFID标签为超高频RFID标签读取模块及超高频RFID标签，超高频RFID标签读取模块通过EPC Global C1 G2协议读写超高频RFID标签；该RFID阅读器带有无线模块，该无线模块通过802.11协议连接至无线接入点；

无线接入点，其接收RFID阅读器的信息并与下述的处理终端进行交互，完成搭载平台和交互终端的数据交互，具体为一个无线设备的网关。

上述的景深感知系统主要包括如下：

景深感知设备，其固定于上述可旋转的搭载平台上，和阅读器天线相对位置固定，具体为一个具有景深功能的摄像头，获取视野环境中用于识别的物体图像数据及物体景深数据；

处理终端，用于接收景深数据和视野内图像数据，通过无线接入点接收RFID阅读器发送的数据并处理，将处理后的数据通过无线接入点传输给交互终端，与交互终端完成数据交互，同时接收交互终端指令，控制搭载平台、景深感知设备和RFID阅读器。

交互终端，其通过无线接入点与处理终端进行交互，控制处理终端，接收处理终端数据并向用户展示处理后的现实增强图像。

参照图2所示，待识别的物体贴有RFID标签，RFID标签的用户区存储了物品的基本信息，包括名称、产地、功能等。RFID阅读器通过阅读器天线发送读取RFID标签信号的命令，RFID标签反射的信号再由阅读器天线传输到RFID阅读器，RFID阅读器将读取的信息通过无线传输给处理终端，此时处理终端获得了环境中RFID标签的信息以及对应的信号强度或者激活功率。同时，具有景深功能的摄像头读取视野内物体的景深数据以及视野内图像传输给处理终端，处理终端处理后得到物体的远近分布，并在视野内图像上进行标注。之后处理终端把射频识别系统得到的标签按照信号强度从强到弱（激活功率从小到大）与景深摄像头获取的物体景深从近到远一一匹配，最终把景深划分出的物体附上匹配后的标签用户区信息在视野内图像上显示出来，完成现实增强功能。最后通过无线接入点将识别结果传输给交互终端并实时显示。

参照图3所示，其为射频识别系统的工作原理图，其中，RFID阅读器是射频识别系统最重要的一个组件，其工作模式一般是主动向RFID标签询问标识信息或发出读写信息；阅读器天线与RFID阅读器相连，用于在RFID标签和RFID阅读器之间传递射频信号；RFID标签是由耦合元件、芯片及微型天线组成的，每个RFID标签内部存有唯一的电子编码，当RFID标签进入RFID阅读器扫描场以后，接收到RFID阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的电子编码。

整个工作过程如下：RFID阅读器以广播方式连续向周围发送携带能量的基准信号，感应到能量的RFID标签通过调制电路信号，以反射的方式立即向RFID阅读器返回自身携带的数据，RFID阅读器对接收到的数据进行解码，并传给主机进行处理。

参照图4所示，射频识别系统及景深感知系统搭载在搭载平台上，搭载平台可以旋转（也可带有移动功能）。阅读器天线放置在搭载平台的顶端，距离地面大约1米，为了减小无线传输过程中的多径效应的影响；景深感知设备放置在阅读器天线正上方，以保证识别过程中的物体相对位置一致性。RFID阅读器、处理终端和无线接入点都放置在搭载平台底座支架上。

参照图5所示，本系统通过射频识别系统的标签信息绑定到景深感知系统所感知到的物体上，具体原理：

射频识别系统：首先，相对于阅读器天线的不同位置的RFID标签有不同的信号强度表现，体现为，距离阅读器天线越近的物体，阅读器天线得到的反射信号强度越大，此外根据RFID标签到阅读器天线的距离从近到远，RFID标签的激活时的天线功率由弱到强，根据这两个原理，可以得到各个物体对应RFID标签的相对远近位置 。

景深感知设备：景深感知设备能够读取视野内的各个物体的景深，这些景深数据通过处理终端的聚类算法，按照景深值的大小（相当于离摄像头的距离远近）划分成一个个物体，得到视野中的物体以及对应的远近并在视野内图像上标出。

处理终端：由于阅读器天线和景深感知设备的相对位置一致，所以以上两个步骤得到的物体相对位置信息也是一致的，接下来就是对应匹配这两个部分的信息，最终把景深划分出的物体附上匹配后的标签用户区信息在视野内图像上显示出来，完成现实增强功能。

本发明的基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统的工作方法，包括如下步骤：

RFID阅读器通过阅读器天线发送860-960MHz频率的信号，扫描物体上的RFID标签，读取RFID标签的用户区数据，获取物体的基本信息，同时获得返回的RSSI信号强度值；

RFID阅读器通过无线接入点将获得物品的基本信息和RSSI值传输给处理终端；

景深感知设备获取物体的实时图像，返回视野内物体的景深数据到处理终端；

处理终端将接收到的上述数据信息通过快速匹配、功率步进和连续扫描三种工作方法进行处理，根据工作方法通过无线接入点有需要的控制RFID阅读器的功率以及搭载平台的旋转，处理后得到图像上物体的所附RFID标签上的用户区信息并进行显示；

交互终端通过无线接入点与处理终端进行数据交互，获取处理终端数据，向用户显示现实增强效果。

具体地，上述步骤中三种工作方法具体包括：

快速匹配，即通过RFID阅读器获取距离阅读器天线不同距离标签的返回功率不同来区分标签先后顺序，通过景深感知设备获取不同位置物体的景深分布，基于阅读器天线与景深感知设备的相对位置固定，将不同返回功率区分的标签顺序与不同景深的物体对应匹配；

功率步进，即在快速匹配的基础上，通过动态调整RFID阅读器功率逐渐地从近到远激活标签，将标签被激活时的功率按照从小到大对应标签的从近到远，对于激活功率一致的情况用返回信号强度进行区分；

连续扫描，即交互终端通过无线接入点控制搭载平台有规律的面对待识别区域进行旋转，RFID阅读器和景深感知设备在旋转过程中连续的获取数据，RFID阅读器在旋转结束后能获得每个标签的返回信号强度曲线，曲线的均值作为一个维度，曲线的拐点对应的旋转角度作为一个维度，景深感知设备在旋转结束后能获得每个物体的景深值构成的曲线，曲线的均值作为一个维度，曲线的拐点对应的旋转角度作为一个维度，最后将各自获得的两个维度进行对应匹配。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统，其特征在于，包括：

可旋转的搭载平台，其上带有用于固定阅读器天线和景深感知设备的模块，确保阅读器天线和景深感知设备相对位置的固定；

RFID标签，其附于被识别的物体上，RFID标签中包含有被识别物体的详细信息；

阅读器天线，其固定于上述可旋转的搭载平台上，发射RFID阅读器的命令，并接收RFID标签返回的信号；其发送860-960MHz频率的信号；

RFID阅读器，其嵌入在可旋转的搭载平台上，接收阅读器天线读取的RFID标签信息，获取物体的基本信息，同时获得返回的RSSI信号强度值；并能通过无线通信方式将获得的信息经无线接入点传输到处理终端；

景深感知设备，其固定于上述可旋转的搭载平台上，和阅读器天线相对位置固定，获取环境中用于识别的物体图像数据和景深数据；

处理终端，用于接收景深数据和视野内图像数据，通过无线接入点接收RFID阅读器发送的数据并处理，将处理后的数据通过无线接入点传输给交互终端，与交互终端完成数据交互，同时接收交互终端指令，控制可旋转的搭载平台、景深感知设备和RFID阅读器；其根据快速匹配、功率步进和连续扫描三种工作方法通过无线接入点有需要的控制RFID阅读器的功率以及搭载平台的旋转，处理后得到图像上物体的所附RFID标签上的用户区信息并显示；

交互终端，其通过无线接入点与处理终端进行交互，控制处理终端，接收处理终端数据并向用户展示处理后的现实增强图像；

无线接入点，其接收RFID阅读器的信息并与处理终端进行交互，完成搭载平台和交互终端的数据交互。

2.根据权利要求1所述的基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统，其特征在于，所述RFID阅读器及其RFID标签为超高频RFID标签读取模块及超高频RFID标签，超高频RFID标签读取模块通过EPC Global C1G2协议读写超高频RFID标签。

3.根据权利要求1所述的基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统，其特征在于，所述景深感知设备为一个具有景深功能的摄像头，能够获得视野内物体景深数据以及获得的图像。

4.根据权利要求1所述的基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统，其特征在于，所述RFID阅读器带有无线模块，该模块通过802.11协议连接至上述无线接入点。

5.一种基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

RFID阅读器通过阅读器天线发送860-960MHz频率的信号，扫描物体上的RFID标签，读取RFID标签的用户区数据，获取物体的基本信息，同时获得返回的RSSI信号强度值；

RFID阅读器通过无线接入点将获得物品的基本信息和RSSI值传输给处理终端；

景深感知设备获取物体的实时图像，返回视野内物体的景深数据到处理终端；

处理终端将接收到的上述数据信息通过快速匹配、功率步进和连续扫描三种工作方法进行处理，根据工作方法通过无线接入点有需要的控制RFID阅读器的功率以及搭载平台的旋转，处理后得到图像上物体的所附RFID标签上的用户区信息并显示；

交互终端通过无线接入点与处理终端进行数据交互，获取处理终端数据，向用户显示现实增强效果。

6.根据权利要求5所述的基于射频识别和景深感知技术的现实增强系统的工作方法，其特征在于，上述步骤中三种工作方法具体包括：

快速匹配，即通过RFID阅读器获取距离阅读器天线不同距离标签的返回功率不同来区分标签先后顺序，通过景深感知设备获取不同位置物体的景深分布，基于阅读器天线与景深感知设备的相对位置固定，将不同返回功率区分的标签顺序与不同景深的物体对应匹配；

功率步进，即在快速匹配的基础上，通过动态调整RFID阅读器功率逐渐地从近到远激活标签，将标签被激活时的功率按照从小到大对应标签的从近到远，对于激活功率一致的情况用返回信号强度进行区分；

连续扫描，即交互终端通过无线接入点控制搭载平台有规律的面对待识别区域进行旋转，RFID阅读器和景深感知设备在旋转过程中连续的获取数据，RFID阅读器在旋转结束后能获得每个标签的返回信号强度曲线，曲线的均值作为一个维度，曲线的拐点对应的旋转角度作为一个维度，景深感知设备在旋转结束后能获得每个物体的景深值构成的曲线，曲线的均值作为一个维度，曲线的拐点对应的旋转角度作为一个维度，最后将各自获得的两个维度进行对应匹配。