CN105043354B - 一种利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，包括移动终端、包含2个摄像头的摄像头单元、位置分析服务器；所述移动终端向所述位置分析服务器发送移动目标特征图像；所述移动目标特征图像包含持有所述移动终端的移动目标的外部特征部位；所述摄像头单元中的所述2个摄像头获取一个区域的场景图像；所述场景图像为所述2个摄像头同一时刻获取的，并包含所述移动目标的所述外部特征部位的2幅图像；所述摄像头单元将所述场景图像传输给所述位置分析服务器；所述位置分析服务器对所述场景图像进行分析，获取所述移动目标的精确位置信息。本发明可以广泛应用于室内外移动目标的精确定位。

Description

一种利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统
技术领域
本发明涉及一种对室内外移动目标进行精确定位的系统，利用图像分析技术实现精确定位。
背景技术
目前，人们为了提高出行效率或安全性，对及时获取自身定位信息的需求日益增加。这种获取定位信息的需求包括室内定位和室外定位两方面的需求。
室外定位，目前主要依赖卫星导航定位。而卫星导航定位的精度有限，很多情况下不能满足人们的切实需求。例如，卫星导航定位的精度达到10米，而这一精度范围经常会超出道路本身的范围，因此会给人们带来困扰，甚至隐患。
室内定位，由于卫星信号受到遮挡，卫星导航定位不可靠，使用效果不理想。
综上所述，人们急切需要能够提供精确可靠定位的技术。这种技术能够为行走的人或车辆提供精确的定位信息。
发明内容
为了满足人们获取移动目标精确定位信息的需求，本发明提供了一种利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统。
本发明的技术方案如下：
一种利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，包括移动终端、包含2个摄像头的摄像头单元、位置分析服务器；
所述移动终端向所述位置分析服务器发送移动目标特征图像；所述移动目标特征图像包含持有所述移动终端的移动目标的外部特征部位；
所述摄像头单元中的所述2个摄像头获取一个区域的场景图像；所述场景图像为所述2个摄像头同一时刻获取的，并包含所述移动目标的所述外部特征部位的2幅图像；所述摄像头单元将所述场景图像传输给所述位置分析服务器；
所述位置分析服务器对所述场景图像进行分析，获取所述移动目标的精确位置信息。
对所述场景图像进行分析，获取所述移动目标的精确位置信息的方法包括：
假设在同一坐标系下，第一个摄像头的位置为(xs1，ys1)，通过该摄像头获取的图像经过分析获得的所述移动目标的位置为(x1，y1)；第二个摄像头的位置为(xs2，ys2)，通过该摄像头获取的图像经过分析获得的所述移动目标的位置为(x2，y2)，则所述移动目标的上述精确位置信息为
所述移动终端上设置有成像模块，用于获取所述移动目标特征图像。
如果所述移动目标为人；所述外部特征部位为所述人的面部。
如果所述移动目标为车辆；所述外部特征部位为所述车辆的车牌。
所述位置分析服务器将所述精确位置信息回传给所述移动终端。
所述移动终端包括智能手机或车载智能终端。
所述位置分析服务器包括数据库，用于存储所述移动目标特征图像与所述场景图像。
本发明的技术效果：
本发明的对移动目标精准定位的系统，根据移动目标的移动目标特征图像，利用图像分析方法，从一个区域的场景图像中识别出移动目标，并利用场景图像进行几何计算，从而获得移动目标的精确位置信息。采用图像分析方法进行位置计算，结果精确，实现了本发明的目的。
附图说明
图1为本发明对移动目标精准定位的系统的原理图。
图2为本发明对移动目标精准定位的系统第一个实例的工作流程图。
图3为本发明对移动目标精准定位的系统第二个实例的工作流程图。
具体实施方式
在对本发明的技术方案进行详细说明之前，对采用的一些措辞进行统一说明。
移动终端，是指有移动目标持有的，能够进行无线通讯的计算设备，如智能手机或车载智能终端。
摄像头单元，是指具有至少2个摄像头的功能单元，成像后，可以传输给位置分析服务器。
位置分析服务器，计算机系统，利用软件程序进行图像匹配、图像分析，计算移动目标的精确位置信息。
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
图1显示了本发明利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统的主要构成，包括移动终端、摄像头单元和位置分析服务器。移动终端与位置分析服务器通过无线方式进行通讯(图1中以虚线表示这一通讯方式)。摄像头单元与位置分析服务器可以通过有，也可以通过无线方式进行通讯(图1中以实线表示这一通讯方式)。
移动终端由移动目标持有。一般来说，移动目标主要分为两类，一类是行走的人，另一类是移动的交通工具，如车辆。人可以持有类似智能手机这样的移动终端，车辆等交通工具可以设置车载智能终端。
摄像头单元预先设置在需要进行定位导航的区域(以下简称场景)，其中2个摄像头设置在不同位置(根据需要，2个摄像头之间的距离可以在较大范围内调整)。2个摄像头的位置固定，并且这2个位置信息可以测量并存放于位置分析服务器中。进一步的，在位置分析服务器中，设置好的摄像头单元，其摄像头标识与该摄像头的位置信息一一对应。摄像头单元可以根据需要在场景中设置，数量也可以根据需要进行变换。
位置分析服务器的具体位置理论上并不受限制，可以根据服务的区域、通讯条件等因素综合考虑设置位置。
移动终端具有的功能是向位置分析服务器发送移动目标特征图像。移动目标特征图像包含持有所述移动终端的移动目标的外部特征部位。场景内的移动目标(人或车辆)外部特征部位，使得移动目标个体与其他移动目标区别开。可以理解为外部特征部位就是移动目标的唯一标识。例如，人的面部，车辆的车牌。移动目标特征图像可以是预先存放于移动终端中的图像，也可以是利用设置了成像模块的移动终端，即时生成移动目标特征图像，例如利用智能手机进行自拍生成包含人的面部的图像。
摄像头单元具有的功能是获取一个区域的场景图像。为了准确获取移动目标的位置，摄像头单元的2个摄像头同时对同一区域成像，生成场景图像(指所述2个摄像头获取的两幅图像，以下同)。场景图像中应该包含移动目标，否则，场景图像对于后续的图像分析是没有意义的。而场景图像中包含移动目标更具体的是应该包含移动目标的外部特征部位，以便在后续的图像分析中，能够识别移动目标。
位置分析服务器的功能包括如下几个方面。
(1)接收并存储图像
包括接收来自移动终端的所述移动目标特征图像，及来自摄像头单元的所述场景图像。由于在实际使用中，图像数量多，为便于管理，位置分析服务器还应该包括数据库，以利于对接收到的各种图像进行存储与管理。
(2)图像匹配
将移动目标特征图像与场景图像进行匹配，利用图像分析技术，确定包含移动目标的场景图像。利用图像识别技术将移动目标特征图像中移动目标的外部特征部位识别，并与场景图像进行匹配，选择出包含所述移动目标的外部特征部位的场景图像。选择出的场景图像作为后续分析的基础。图像识别、分析技术可以利用现有的技术进行，在此不再赘述。
(3)图像分析
即对图像匹配中选择出的场景图像进行分析，获取移动目标的位置信息。在本部分对这一分析方法进行详细说明。
首先需要统一坐标系，以下描述中的坐标系，均指这一统一的坐标系。图像中的坐标系与实际坐标系可以进行转换，这属于常规技术，不再赘述。
假设摄像头单元第一摄像头在坐标系内的坐标为(xs1，ys1)，第一摄像头的朝向与水平方向的夹角为α1，在第一摄像头所拍摄的图像范围内，移动目标相对于第一摄像头的坐标为(xd1，yd1)，则目标物在坐标系内的坐标为(x1，y1)，其中
x1＝xs1+xd1cosα1+yd1sinα1
y1＝ys1-xd1sinα1+yd1cosα1
但是，由于移动目标的的外部特征部位距离地面具有一定高度，而且随着进一步的移动，这一高度可能会发生变化(例如人在站立与坐下时，面部距离地面的高度发生变化)。因此，依据此公式只能判断出移动目标在(xs1，ys1)和(x1，y1)的连接线上。
为了定位出移动目标的位置，需要第二个摄像头同时拍摄到移动目标的图像。假设第二摄像头在坐标系内的坐标为(xs2，ys2)，第二摄像头的朝向与水平方向的夹角为α2，在第二摄像头所拍摄的图像范围内，移动目标相对于摄像头的坐标为(xd2，yd2)，则移动目标在坐标系内的坐标为(x2，y2)，其中
x2＝xs2+xd2cosα2+yd2sinα2
y2＝ys2-xd2sinα2+yd2cosα2
至此，可以判定出移动目标同时也在(xs2，ys2)和(x2，y2)的连接线上。(xs1，ys1)和(x1，y1)的连接线方程为
(xs2，ys2)和(x2，y2)的连接线方程为
两条连接线的交点(x，y)为
此交点即为移动目标在坐标系内的精确位置信息。
图2和图3分别描述了本发明利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统的工作过程，进一步阐明了本发明的技术方案，以下分别进行说明。
图2显示了移动目标(人)在室内采用本发明系统获取精确位置信息的实例。以下对图2中各框图所代表的步骤进行详细说明。
移动终端发送移动目标特征图像
在需要进行定位时，移动目标(人)利用移动终端向位置分析服务器发送移动目标特征图像，即包含人的面部的图像。移动目标特征图像可以是预先存储在移动终端中，也可以利用移动终端上的成像模块进行即时成像而生成。
摄像头单元获取场景图像
摄像头单元获取了包含发起上述请求的移动目标的场景图像。
位置分析服务器匹配移动目标特征图像与场景图像
由于有众多的摄像头单元在不同时刻发送图像给位置分析服务器，位置分析服务器根据图像生成时间对众多摄像头单元发来的图像进行筛选，然后再将筛选出的图像与移动目标特征图像进行匹配，以选择出符合要求的场景图像。
位置分析服务器计算移动目标精确位置信息
位置分析服务器依据前一步骤选择出的场景图像，按前述“图像分析”部分的算法，计算出移动目标的精确位置信息。
发送精确位置信息给移动终端
可以根据移动终端的请求，位置分析服务器将得到的精确位置信息回传给移动终端。当然，也可以将所述精确位置信息传给其他具有权限的请求方。移动终端在接收到精确位置信息后，可以进行有效利用，例如结合电子地图进行位置显示，校正其他方法获取的位置信息等。
图3显示了移动目标(车辆)在行驶过程中采用本发明系统获取精确位置信息的实例。以下对图3中各框图所代表的步骤进行详细说明。
移动终端发送移动目标特征图像
移动目标(车辆)利用移动终端向位置分析服务器发送移动目标特征图像，即包含所在车辆的车牌的图像。移动目标特征图像可以是预先存储在移动终端中，也可以利用移动终端上的成像模块进行即时成像而生成。
摄像头单元获取移动目标
判断摄像头单元是否获取了移动目标。即位置分析服务器从接收到的众多摄像头单元发来的图像中进行筛选(例如利用图像生成时间为条件进行筛选)，将筛选出的图像与移动目标特征图像进行匹配，看是否有包含移动目标外部特征(车牌)的场景图像。如果没有，则继续接收摄像头单元发来的其他图像进行匹配。如果确定筛选出的图像中具有符合要求的场景图像，即摄像头单元获取了移动目标，则进行下一步骤。
位置分析服务器计算移动目标精确位置信息
位置分析服务器依据前一步骤选择出的场景图像，按前述“图像分析”部分的算法，计算出移动目标的精确位置信息。
发送精确位置信息给移动终端
位置分析服务器将得到的精确位置信息回传给移动终端。
校正
车载移动终端一般会采用卫星定位导航等定位技术，得到定位结果。前文有过分析，这种定位结果一般来说精度不高，需要利用更精确的校正信息进行校正。位置分析服务器发来的精确位置信息精度高，可以作为校正信息。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，其特征在于：包括移动终端、包含2个摄像头的摄像头单元、位置分析服务器；
所述移动终端向所述位置分析服务器发送移动目标特征图像；所述移动目标特征图像包含持有所述移动终端的移动目标的外部特征部位；
所述摄像头单元中的所述2个摄像头获取一个区域的场景图像；所述场景图像为所述2个摄像头同一时刻获取的，并包含所述移动目标的所述外部特征部位的2幅图像；所述摄像头单元将所述场景图像传输给所述位置分析服务器；
所述位置分析服务器对所述场景图像进行分析，获取所述移动目标的精确位置信息；
对所述场景图像进行分析，获取所述移动目标的精确位置信息的方法包括：
假设在同一坐标系下，第一个摄像头的位置为(xs1，ys1)，通过该摄像头获取的图像经过分析获得的所述移动目标的位置为(x1，y1)；第二个摄像头的位置为(xs2，ys2)，通过该摄像头获取的图像经过分析获得的所述移动目标的位置为(x2，y2)，则所述移动目标的上述精确位置信息为
x = ( x 2 y s 2 - x s 2 y 2 ) ( y 1 - y s 1 ) - ( y 2 - y s 2 ) ( x 1 y s 1 - x s 1 y 1 ) ( x 1 - x s 1 ) ( y 2 - y s 2 ) - ( y 1 - y s 1 ) ( y 2 - y s 2 )
y = ( x 1 y s 1 - x s 1 y 1 ) ( y 2 - y s 2 ) - ( y 1 - y s 1 ) ( x 2 y s 2 - x s 2 y 2 ) ( x 1 - x s 1 ) ( y 2 - y s 2 ) - ( y 2 - y s 2 ) ( y 1 - y s 1 ) .
2.根据权利要求1所述利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，其特征在于：所述移动终端上设置有成像模块，用于获取所述移动目标特征图像。
3.根据权利要求1所述利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，其特征在于：所述移动目标为人；所述外部特征部位为所述人的面部。
4.根据权利要求1所述利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，其特征在于：所述移动目标为车辆；所述外部特征部位为所述车辆的车牌。
5.根据权利要求1所述利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，其特征在于：所述位置分析服务器将所述精确位置信息回传给所述移动终端。
6.根据权利要求1所述利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，其特征在于：所述移动终端包括智能手机或车载智能终端。
7.根据权利要求1所述利用摄像头成像对移动目标精准定位的系统，其特征在于：所述位置分析服务器包括数据库，用于存储所述移动目标特征图像与所述场景图像。
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