CN106559748A - 一种基于直线交比的室内定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于直线交比的室内定位方法，步骤一、在室内一面墙的顶部安装摄像机，室内待定位区域的四个角在摄像机的拍摄画面中；步骤二、对室内空间建立二维坐标系；步骤三、根据摄像机拍摄的画面，以图像原点建立坐标系，图像上每一个像素点对应到像素坐标，A、B、C、D四点得到这四点在图像中对应的像素坐标；步骤四、基于直线交比不变性准则实现室内定位。与现有技术相比，本发明算法简单，能够准确定位，误差小，无测量盲区，只要保证画面能够拍摄到就能做到实时准确的定位。

Description

一种基于直线交比的室内定位方法

技术领域

本发明涉及一种室内定位的方法，特别是涉及一种在室内空间中的确定物体实际位置的方法。

背景技术

室内定位是指在室内环境中实现位置定位。室内定位技术目前主要分为基于无线通信系统实现人员定位以及其他定位技术，例如红外线室内定位技术、超声波室内定位技术、计算机视觉定位技术、磁场定位技术、惯导定位技术等。其中，红外线室内定位技术有两种，一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点，发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位，第二种是通过多对发射器和接收器织红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。惯导定位技术的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，在微型惯性测量组合的载体内部测量载体运动的加速度、角加速度，经由积分运算得载体的速度和位置信息即载体的导航信息。微型惯性测量组合由6个微传感器组成。加速度计测量的是物体在载体坐标系三个方向上的加速度的分量，此时必须通过陀螺仪来测得载体相对于惯性空间所转动的角度，然后再结合加速度计的输出信号通过计算得到物体的实时位置、姿态等信息。当微型惯性组合的信息提取出来后，传递给服务器进行处理，最终达到确定载体方位信息的目标。

计算机视觉定位，是指在被定位物体上设置一定数量的特征点，根据这些特征点在图像中的位置和其在物理坐标系中实际位置的对应性，按照某种约束求取物理坐标系与摄像机坐标系间的旋转矩阵和偏移向量。视觉定位技术的关键是如何从视觉传感器所采集到的室内环境序列图像中快速而准确的提取人员的运动参数，并与室内数字地图进行匹配，满足人员定位的实时性与精确性。

发明内容

基于现有技术，本发明提出了一种面向专业领域的在线主题检测方法，一种利用摄像机拍摄画面确定物体在室内空间中的确定物体实际位置的方法

本发明的一种基于直线交比的室内定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在室内一面墙的顶部安装摄像机，室内待定位区域的四个角在摄像机的拍摄画面中，分别标记为A、B、C、D四点；

步骤二、对室内空间建立二维坐标系；

步骤三、根据摄像机拍摄的画面，以图像原点建立坐标系，图像上每一个像素点对应到像素坐标，分别在图像中找到A、B、C、D四点，将其分别映射为a、b、c、d，得到这四点在图像中对应的像素坐标；

步骤四、基于直线交比不变性准则实现室内定位，算法具体包括以下处理：

利用消隐点m、n得到点h、f、g、e，点h、f、g、e分别为CD、AB、BC、DA四个边的中点在图像中的映射；

设p为待定位目标在图像中的位置以及结合上述的点h、f、g、e，求出x1、y1、z1，x2、y2、z2这6个点的坐标；

计算x1、y1、p、z1四点的交比，记为cr1，计算x2、y2、p，z2四点的交比，记为cr2；交比计算公式为：

其中，|x1y1|表示点x1与点y1之间的距离，|pz1|表示点p与点z1之间的距离，|x1p|表示点x1与点p之间的距离，|y1z1|表示点y1与点z1之间的距离，

|x2y2|表示点x2与点y2之间的距离，|pz2|表示点p与点z2之间的距离，|x2p|表示点x2与点p之间的距离，|y2z2|表示点y2与点z2之间的距离；

计算实际空间中点X1、Y1、P、Z1四点的交比，记为CR1，利用交比不变特性，CR1＝cr1，即可得到目标P在实际空间中距前后的比例，同理，计算实际空间中点X2、Y2、P、Z2四点的交比，记为CR2，利用交比不变特性，CR2＝cr2，即可得到目标P在实际空间中距左右的比例，综上，即得到目标P在空间中的位置，定位完成。

与现有技术相比，本发明本发明的有益效果是：

1、本发明算法简单，只需通过几个简单的线性函数求解，不需要复杂的系统；

2、本发明算法计算精度高，误差小，能够准确定位；

3、只要保证画面能够拍摄到就能做到实时准确的定位，无测量盲区。

附图说明

图1为摄像机安装在待定位区域前方，与定位系统相连；

图2为待定位区域在画面中的位置及坐标系示意图；

图3为图3.实际空间坐标系示意图；

图4为学生在图像中的位置示意图；

图5为图像空间向实际空间的映射流程。

具体实施方式

下面结合附图对该发明的优选实施方式进行详细说明。

实施例：

本发明利用辅助摄像机来拍摄待定位区域，利用透视学原理：1)摄像机将平行的直线拍摄为相交直线；2)摄像机拍摄画面将三维空间映射到二维平面上保持直线交比不变。和数学函数方法，将图像空间将实际空间进行映射，求出目标在实际空间中的位置。

如图1所示，摄像机安装在待定位区域ABCD的前方，与定位系统相连，采集的画面传输至定位系统，由定位系统进行分析定位。

如图2所示，为待定位区域的四个顶点ABCD在像素坐标系中拍摄画面中的映射位置abcd，图中纵坐标系为720pixel，横坐标系为576pixel。

如图3所示，为实际定位区域空间中各点的位置关系示意图，其中A、B、C、D为待定位区域的四个顶点，E、F、G、H为待定位区域四个边的四个中点，P为待定位目标，X1、Y1、Z1为过点P作平行于AD、BC的直线分别与CD、EG、AB的交点，X2、Y2、Z2为过点P作平行于AB、CD的直线分别与BC、FH、AD的交点。

如图4所示，由于摄像机拍摄画面将现实空间中平行的直线在像素坐标系中映射为相交的直线，因此ad、bc相交于点m，ab、cd相交于点n。利用摄像机将三维空间映射到二维平面上保持直线的交比不变的原则，将图像中的位置(图4)与现实中的位置(图3)进行映射。

如图5所示，为定位方法的计算流程，主要包括以下主要步骤：

在室内一面墙的顶部安装摄像机，室内待定位区域底部的的四个角要在摄像机的拍摄画面中，分别标记为A、B、C、D，将采集到的画面传送到定位系统中；

对室内空间建立二维坐标系，可以不用具体指导室内空间的大小，假设AB、BC分别为1单位长度；

根据摄像机拍摄的画面，以图像原点(左上角的点)建立坐标系，则图像上每一个像素点都有对应的像素坐标，分别在图像中找到A、B、C、D四点，将其分别映射为a、b、c、d，得到这四点在图像中对应的像素坐标；

连接ac、bd，相交于点o，计算点o的坐标，延长ad，交bc于点m，延长dc，交ab于点n，则m、n称为消隐点，计算点m、n的坐标；

连接mo并延长，分别交cd、ab于点h、f，求出h、f的坐标，连接no并延长，分别交bc、ad于点g、e，求出g、e的坐标；h、f、e、g四个点分别为实际空间中H、F、G、E四点在图像中的映射，也就是这四个点分别为CD、AB、BC、DA四个边的中点在图像中的映射，

设p为待定位目标在图像中的位置，连接mp，依次交cd、eg、ab于点x1、y1、z1，连接np，依次交bc、hf、ad于点x2、y2、z2，求出x1、y1、z1，x2、y2、z2这6个点的坐标；这6个点用于求直线交比，当求(x1p；y1z1)的交比时，x1与p成为基点偶，y1与z1成为分点偶；当求(x2p；y2z2)的交比时，x2与p成为基点偶，y2与z2成为分点偶；

计算X1、Y1、p、Z1四点的交比，记为cr1，计算X2、Y2、p，z2四点的交比，记为cr2，即：

由于x1、y1、p、z1四点坐标皆已知，得到的交比cr1为一个固定常数，x2、y2、p，z2四点坐标也已知，cr2也为常数；

计算实际空间中x1、y1、P、z1四点的交比：设Pz1的长度为x，则Py1＝0.5-x，x1y1＝0.5，X1P＝1-x，记这四点的交比为CR1，则

利用交比不变特性，CR1＝cr1，即可求得即得到目标P在实际空间中距前后的比例，同理，计算实际空间中X2、Y2、P、Z2四点的交比，记为CR2，利用交比不变特性，CR2＝cr2，即可得到目标P在实际空间中距左右的比例，综上，即得到目标P在空间中的位置，定位完成。

Claims (1)

1.一种基于直线交比的室内定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在室内一面墙的顶部安装摄像机，室内待定位区域的四个角在摄像机的拍摄画面中，分别标记为A、B、C、D四点；

步骤二、对室内空间建立二维坐标系；

步骤三、根据摄像机拍摄的画面，以图像原点建立坐标系，图像上每一个像素点对应到像素坐标，分别在图像中找到A、B、C、D四点，将其分别映射为a、b、c、d，得到这四点在图像中对应的像素坐标；

步骤四、基于直线交比不变性准则实现室内定位，算法具体包括以下处理：

利用消隐点m、n得到点h、f、g、e，点h、f、g、e分别为CD、AB、BC、DA四个边的中点在图像中的映射；

设p为待定位目标在图像中的位置以及结合上述的点h、f、g、e，求出x1、y1、z1，x2、y2、z2这6个点的坐标；

计算x1、y1、p、z1四点的交比，记为cr1，计算x2、y2、p，z2四点的交比，记为cr2；交比计算公式为：

$\begin{array}{cc}cr1=\frac{\left|x1y1\right|*\left|pz1\right|}{\left|x1p\right|*\left|y1z1\right|}& cr2=\frac{\left|x2y2\right|*\left|pz2\right|}{\left|x2p\right|*\left|y2z2\right|}\end{array}$

其中，|x1y1|表示点x1与点y1之间的距离，|pz1|表示点p与点z1之间的距离，|x1p|表示点x1与点p之间的距离，|y1z1|表示点y1与点z1之间的距离，

|x2y2|表示点x2与点y2之间的距离，|pz2|表示点p与点z2之间的距离，|x2p|表示点x2与点p之间的距离，|y2z2|表示点y2与点z2之间的距离；

计算实际空间中点X1、Y1、P、Z1四点的交比，记为CR1，利用交比不变特性，CR1＝cr1，即可得到目标P在实际空间中距前后的比例，同理，计算实际空间中点X2、Y2、P、Z2四点的交比，记为CR2，利用交比不变特性，CR2＝cr2，即可得到目标P在实际空间中距左右的比例，综上，即得到目标P在空间中的位置，定位完成。