CN105973228A - 一种基于单摄像头、rssi的室内目标定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统及方法，室内目标定位系统包括定位标签、与定位标签连接的多个无线信号接收器、与多个无线信号接收器连接的RSSI信号处理模块、摄像头、与摄像头连接的视频信号处理模块、无线设备。本发明对RSSI定位数据及摄像头机器视觉定位息进行融合，有效的提高了目标跟踪定位的精度，解决了由摄像机本身精度的原因所造成的在采集相邻两帧图像之间出现丢帧、运动目标位置发生突变的现象，从而避免了跟踪失败的情况，同时减少了RSSI信号由于墙壁折射、屏蔽等原因造成的定位信息不准确现象，通过对不同感知系统信息的融合处理解决了两者对应的缺陷，提高系统对目标跟踪定位的精度和可靠性。

Description

一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统及方法

技术领域

本发明涉及定位导航与控制技术专利应用技术领域，特别涉及一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统及方法。

背景技术

随着摄像头硬件技术和计算机视觉技术的发展，基于摄像头的室内定位技术研究取得进展。目前基于摄像头的室内目标定位方法主要包括基于单摄像头的目标定位和基于多摄像头的目标定位两类。基于单摄像头的目标定位通过目标检测识别的方法寻找目标在图像平面中的位置和尺寸大小，目标位置可以用目标的中心位置表示。基于多摄像头的目标定位方法根据目标与摄像头之间的角度关系、摄像头之间的标定关系和相对位置，通过融合多个摄像头之间的定位结果得到目标在公共平面的位置信息。相对于单摄像头，多摄像头的目标定位方法具备立体图像信息量大、判断精度较高的特点。但存在着视场小、系统结构庞大、立体匹配难等缺陷，在很多工场合会选择标定步骤少、结构简单的单摄像头定位方法。

基于RSSI(Received Signal Strength Indication)的室内目标跟踪定位方法具有低成本、低功耗、白组织的特点。该方法利用无线信号的信号强度随着传播距离的增加而衰减的原理，根据移动终端测量接收到的信号强度和已知的无线信号衰落模型，估算出收发方之间的距离，根据多个估算的距离值，可以计算出移动终端的位置。该方法相对简单，不需要对网络添加额外的硬件设备，但是由于影响无线信号强度因素较多，该方法具有局限性。

从上述的分析可知，单摄像头的目标定位与基于RSSI的目标定位在特殊工作环境下单独应用具有较大的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于单摄像头、RSSI的室内目标跟踪定位系统及方法，利用单摄像头定位系统及RSSI定位系统分别对目标进行跟踪定位，通过整合多个子定位系统的位置信息，克服了单摄像头定位系统相对精度较低及RSSI定位系统无线信号易受干扰的缺陷。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统，包括定位标签、与定位标签连接的多个无线信号接收器、与多个无线信号接收器连接的RSSI信号处理模块、摄像头、与摄像头连接的视频信号处理模块、与RSSI信号处理模块和视频信号处理模块均连接的无线设备。

所述定位标签为RFID定位标签；所述无线信号接收器为RFID读写器。

所述无线信号接收器为WiFi信号接收器、蜂窝信号接收器、射频信号接收器或BluetoothTM信号接收器中的一种或多种的组合。

所述无线设备包括第一无线接收模块、第二无线接收模块以及卡尔曼滤波模块；所述第一无线接收模块和第二无线接收模块分别用于接收RSSI信号处理模块和视频信号处理模块传输的信息；所述卡尔曼滤波模块与第一无线接收模块、第二无线接收模块连接。

上述基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统的定位方法，包括如下步骤：

步骤一，利用摄像头对目标进行采集，将采集图片的颜色空间转化为HSV颜色空间，手动选取目标的颜色模板；

步骤二，将室内定位区域划分网格，建立采样点，采样点的间距为1～2m，使用定位标签逐个采样点采样，记录改点位置、所获取的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据，并对采样数据进行预处理；

步骤三，目标携带定位标签在室内移动时，定位标签主动侦测无线信号接收器的无线信号，并将自身的资料传送给无线信号接收器；

步骤四，无线信号接收器接收到定位标签发出无线信号时,将无线信号的RSSI测量值并将其与无线信号接收器标号数据发送给RSSI信号处理模块；

步骤五，RSSI信号处理模块根据收集的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据进行匹配得到估算位置；

步骤六，RSSI信号处理模块根据收集的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据进行匹配得到估算位置，并将估算位置转化为室内坐标系数据输出至第一无线接收模块；

步骤七，目标携带定位标签在室内移动时，摄像头将采集的图像流数据输出至视频信号处理模块；

步骤八，视频信号处理模块处理图像流数据，对目标进行提取识别，采用CamShift跟踪算法对目标进行跟踪定位，并将目标的局部坐标系中的位置转化为室内坐标系数据输出至第二无线接收模块；

步骤九，第一无线接收模块和第二无线接收模块将分别收集的位置数据输出至卡尔曼滤波模块；

步骤十，卡尔曼滤波模块同步第一无线接收模块和第二无线接收模块的输出频率，并采用滤波算法进行滤波融合计算，达到目标的最终位置数据；

步骤十一，将目标的最终位置数据作为其跟踪定位信息输出。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明通过利用卡尔曼滤波模块采用滤波算法对RSSI定位数据及摄像头机器视觉定位息进行融合，有效的提高了目标跟踪定位的精度，解决了由摄像机本身精度的原因所造成的在采集相邻两帧图像之间出现丢帧、运动目标位置发生突变的现象，从而避免了跟踪失败的情况，同时减少了RSSI信号由于墙壁折射、屏蔽等原因造成的定位信息不准确现象，通过对不同感知系统信息的融合处理解决了两者对应的缺陷，大大提高系统对目标跟踪定位的精度和可靠性。

(2)该方法可以在保证跟踪定位效果的前提下添加最小数量的额外硬件设备进行目标跟踪定位，有效的降低了成本，提高了现有室内设备的利用率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的系统组成框图。

图2为本发明的方法步骤框图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的室内目标定位系统，包括定位标签、与定位标签连接的多个无线信号接收器、与多个无线信号接收器连接的RSSI信号处理模块、摄像头、与摄像头连接的视频信号处理模块、与RSSI信号处理模块和视频信号处理模块均连接的无线设备。

定位标签为RFID定位标签，定位标签为RFID标签相似部件，具有至少包括采集处于不同时间步幅的无线信号接收强度指示、信号飞行时间及信道衰落轮廓信息的功能。定位标签布置在室内目标上，主动侦测周遭有无无线信号接收器的无线信号，并将自身的资料传送给无线信号接收器，其中无线信号包括WiFi信号、蜂窝信号、射频(RF)信号或BluetoothTM信号。

无线信号接收器为RFID读写器。无线信号接收器布置在已知布局的室内环境中，当接收到定位标签发出无线信号时,将无线信号的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据发送给RSSI信号处理模块。无线信号接收器为WiFi信号接收器、蜂窝信号接收器、射频信号接收器或BluetoothTM信号接收器中的一种或多种的组合。

RSSI信号处理模块用于接收无线信号接收器传输的无线信号的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据，并将计算得到的位置信息输出给无线设备。RSSI信号处理模块采用RSSI定位算法为指纹算法。

摄像头布置在已知布局的室内环境中，将采集得到的图像数据实时输出给视频信号处理模块。

视频信号处理模块用于处理摄像头输出的图像数据，并将识别的目标信息及位置数据输出给无线设备，视频信号处理模块采用图像处理算法为CamShift跟踪算法。

无线设备包括第一无线接收模块、第二无线接收模块以及卡尔曼滤波模块。第一无线接收模块和第二无线接收模块分别用于接收RSSI信号处理模块和视频信号处理模块传输的信息，卡尔曼滤波模块与第一无线接收模块、第二无线接收模块连接。卡尔曼滤波模块用于根据接收到的RSSI信号处理模块及视频信号处理模块数据使用滤波算法对目标的位置数据进行校正，获得目标的定位信息，其中滤波算法包括卡尔曼滤波算法、扩展卡尔曼滤波算法、无迹卡尔曼滤波算法等类似数据处理算法。

上述基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统的定位方法，包括如下步骤：

步骤一，利用摄像头对目标进行采集，将采集图片的颜色空间转化为HSV颜色空间，手动选取目标的颜色模板；

步骤二，将室内定位区域划分网格，建立采样点，采样点的间距为1～2m，使用定位标签逐个采样点采样，记录改点位置、所获取的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据，并对采样数据进行预处理；

步骤三，目标携带定位标签在室内移动时，定位标签主动侦测无线信号接收器的无线信号，并将自身的资料传送给无线信号接收器；

步骤四，无线信号接收器接收到定位标签发出无线信号时,将无线信号的RSSI测量值并将其与无线信号接收器标号数据发送给RSSI信号处理模块；

步骤五，RSSI信号处理模块根据收集的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据进行匹配得到估算位置；

步骤六，RSSI信号处理模块根据收集的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据进行匹配得到估算位置，并将估算位置转化为室内坐标系数据输出至第一无线接收模块；

步骤七，目标携带定位标签在室内移动时，摄像头将采集的图像流数据输出至视频信号处理模块；

步骤八，视频信号处理模块处理图像流数据，对目标进行提取识别，采用CamShift跟踪算法对目标进行跟踪定位，并将目标的局部坐标系中的位置转化为室内坐标系数据输出至第二无线接收模块；

步骤九，第一无线接收模块和第二无线接收模块将分别收集的位置数据输出至卡尔曼滤波模块；

步骤十，卡尔曼滤波模块同步第一无线接收模块和第二无线接收模块的输出频率，并采用滤波算法进行滤波融合计算，达到目标的最终位置数据；

步骤十一，将目标的最终位置数据作为其跟踪定位信息输出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统，其特征在于：包括定位标签、与定位标签连接的多个无线信号接收器、与多个无线信号接收器连接的RSSI信号处理模块、摄像头、与摄像头连接的视频信号处理模块、与RSSI信号处理模块和视频信号处理模块均连接的无线设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统，其特征在于：所述定位标签为RFID定位标签；所述无线信号接收器为RFID读写器。

3.根据权利要求1所述的一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统，其特征在于：所述无线信号接收器为WiFi信号接收器、蜂窝信号接收器、射频信号接收器或BluetoothTM信号接收器中的一种或多种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统，其特征在于：所述无线设备包括第一无线接收模块、第二无线接收模块以及卡尔曼滤波模块；所述第一无线接收模块和第二无线接收模块分别用于接收RSSI信号处理模块和视频信号处理模块传输的信息；所述卡尔曼滤波模块与第一无线接收模块、第二无线接收模块连接。

5.一种权利要求4所述的一种基于单摄像头、RSSI的室内目标定位系统的定位方法，其特征在于：

步骤一，利用摄像头对目标进行采集，将采集图片的颜色空间转化为HSV颜色空间，手动选取目标的颜色模板；

步骤二，将室内定位区域划分网格，建立采样点，采样点的间距为1～2m，使用定位标签逐个采样点采样，记录改点位置、所获取的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据，并对采样数据进行预处理；

步骤三，目标携带定位标签在室内移动时，定位标签主动侦测无线信号接收器的无线信号，并将自身的资料传送给无线信号接收器；

步骤四，无线信号接收器接收到定位标签发出无线信号时,将无线信号的RSSI测量值并将其与无线信号接收器标号数据发送给RSSI信号处理模块；

步骤五，RSSI信号处理模块根据收集的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据进行匹配得到估算位置；

步骤六，RSSI信号处理模块根据收集的RSSI测量值及无线信号接收器标号数据进行匹配得到估算位置，并将估算位置转化为室内坐标系数据输出至第一无线接收模块；

步骤七，目标携带定位标签在室内移动时，摄像头将采集的图像流数据输出至视频信号处理模块；

步骤八，视频信号处理模块处理图像流数据，对目标进行提取识别，采用CamShift跟踪算法对目标进行跟踪定位，并将目标的局部坐标系中的位置转化为室内坐标系数据输出至第二无线接收模块；

步骤九，第一无线接收模块和第二无线接收模块将分别收集的位置数据输出至卡尔曼滤波模块；

步骤十，卡尔曼滤波模块同步第一无线接收模块和第二无线接收模块的输出频率，并采用滤波算法进行滤波融合计算，达到目标的最终位置数据；

步骤十一，将目标的最终位置数据作为其跟踪定位信息输出。