CN106767762A - 非可见激光定标室内定位导航方法及系统 - Google Patents

非可见激光定标室内定位导航方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106767762A
CN106767762A CN201710061721.7A CN201710061721A CN106767762A CN 106767762 A CN106767762 A CN 106767762A CN 201710061721 A CN201710061721 A CN 201710061721A CN 106767762 A CN106767762 A CN 106767762A
Authority
CN
China
Prior art keywords
camera
laser
anchor point
angle
anglec
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710061721.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106767762B (zh
Inventor
林莹
王璐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Visible Network Technology Co Ltd
Original Assignee
Xi'an Visible Network Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Visible Network Technology Co Ltd filed Critical Xi'an Visible Network Technology Co Ltd
Priority to CN201710061721.7A priority Critical patent/CN106767762B/zh
Publication of CN106767762A publication Critical patent/CN106767762A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106767762B publication Critical patent/CN106767762B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/005—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 with correlation of navigation data from several sources, e.g. map or contour matching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G01C15/008—Active optical surveying means combined with inclination sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

为了解决现有定位系统精度低、成本高、抗干扰能力弱、不易维护的技术问题，本发明提供一种非可见激光定标室内定位导航方法及系统，通过至少一个激光定标器向屋顶或墙壁发射参考图形，激光定标器发射非可见激光；地面上待定位装置上的摄像头将参考图形生成成像图形；根据定位点成像的位置及距离反推摄像头中心相对于参考图形中定位点p1、p2的仰角及旋转角，计算出每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角；根据每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角，计算出摄像头中心的三维坐标，进而对待定位装置进行定位或导航。本发明精度高，成本低，抗干扰能力强且便于维护。

Description

非可见激光定标室内定位导航方法及系统
技术领域
本发明涉及一种室内定位方法及系统，尤其涉及一种VR/AR系统适用的室内定位方法及系统
背景技术
现有的高精度室内定位系统，采用以下两种定位原理：SLAM技术或超宽带技术。但是其具有如下不足：
1、成本高：SLAM技术所采用的深度摄像机与超宽带技术中采用的基站成本居高不下
3、抗干扰能力弱。SLAM是对环境进行识别，但环境结构发生改变时，SLAM技术无法实现两者匹配，而超宽带技术使用的电磁波也会受到其他设备干扰，造成位置精度飘动
4、不易维护。SLAM技术需要环境保持不变，超宽带技术则需要选择合适的位置架设基站，并且同一区域的基站数量不少于4个。
发明内容
本发明目的是提供一种非可见激光定标室内定位导航方法及系统，其解决了现有定位系统精度低、成本高、抗干扰能力弱、不易维护的技术问题。
本发明的技术解决方案是提供一种非可见激光定标室内定位导航方法，包括以下步骤：
1)至少一个激光定标器向屋顶或墙壁发射参考图形，所述参考图形至少包括两个已知三维坐标的定位点p1、p2；所述激光定标器发射非可见激光；
2)地面上待定位装置上的摄像头将所述参考图形生成成像图形；
3)根据定位点成像的位置及距离反推摄像头中心相对于参考图形中定位点p1、p2的仰角及旋转角；
4)根据摄像头中心的仰角和俯角结合定位点p1、p2的坐标位置，计算出每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角；
5)根据每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角，计算出摄像头中心的三维坐标，进而对待定位装置进行定位或导航。
优选的，上述步骤4)还包括以下修正步骤：
当有多个激光定标器时，待定装置获取距离最近的激光定标器的ID或激光定标器的参考图形的ID信息来进行初步定位。
优选的，上述步骤4)还包括以下修正步骤：
实时获取运动中的摄像头的空间姿态(水平和旋转两个属性)，对摄像头俯角和旋转角进行修正，进而修正每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角。
上述摄像头为非可见光鱼眼摄像头或非可见光广角摄像头；
上述步骤3)具体如下：
3.1)摄像头将定位点p1、p2成像为成像图形中的投影点a、b；
3.2)根据摄像头的成像穹隆球的半径r，可以看出投影点a、b在穹隆球上虚拟映射图形的对应点px1，px2，进而可以计算出p1、p2相对于穹隆球圆心的俯角以及旋转角；
3.3)由于p1、p2之间的关系已知，p1、p2相对于穹隆球圆心的俯角以及旋转角已知，则可以推算出穹隆球圆心的坐标；
上述步骤4)具体如下：
4.1)根据距离远近，获取最近的激光定标器的ID；或者根据激光定标器的参考图形获取该激光定标器的ID；
4.2)根据激光定标器的ID获取已知定位点p1，p2的三维坐标；
4.3)根据已知定位点p1，p2的三维坐标以及虚拟映射图形对应点px1，px2的三维坐标，生成延长线向量，延长线向量交叉点坐标即为摄像头三维坐标。
当定位点的数量大于2时，将获得的多个摄像头三维坐标进行平均计算。
本发明还提供一种非可见激光定标室内定位导航系统，其特殊之处在于：包括固定在室内的至少一个激光定标器、固定在待定位装置上的定位模块；
上述激光定标器发射近红外波段的不可见激光图形；
上述定位模块包括红外摄像头、处理单元、无线通讯单元；上述红外摄像头实时获取由激光定标器投射在屋顶或墙壁的不可见激光图形，上述图形至少包括两个已知三维坐标的定位点p1、p2；
上述处理单元用于定位或导航计算；
上述无线通讯单元与外界进行通讯、接收处理单元传递的位置信息。
当激光定标器数量大于1时，还包括一个广播单元，用于广播该激光定标器的设备ID；上述无线通讯单元接收广播单元传递的设备ID。
上述定位模块还包括陀螺仪和加速度计，用于修正摄像头所获取图像的偏移。
上述处理单元为STM32；所述无线通讯模块为蓝牙BLE或WIFI；所述广播单元为蓝牙BLE模块。
本发明相对于传统的室内定位系统，具有以下优点：
1、精度高：精度与SLAM相当。SLAM(simultaneous localization and mapping)，也称为CML(Concurrent Mapping and Localization)，即时定位与地图构建，或并发建图与定位。
2、成本低：硬件成本仅为SLAM技术的10-20％，基站成本也仅为超宽带技术的20-30％，并且只需要架设一个就可实现该区域的定位。超宽带(Ultra-wideband，简称UWB)是一种具备低耗电与高速传输的无线个人局域网络通讯技术，适合需要高质量服务的无线通信应用，可以用在无线个人局域网络(WPAN)、家庭网络连接和短距离雷达等领域。
3、抗干扰能力强：与环境结构无关，其独特的布设方式很难被遮挡，电磁波对其也无影响。
4、便于维护：基站可部署在任何位置，并将定位图形投射到墙体或天花板上。
5、三维坐标定位。
附图说明
图1为本发明的光路透视关系图；其中，参考面为通过激光定标器照出的面，成像面为鱼眼像机中实际的成像面，映射面为通过成像面反推的虚拟成像半球上的虚拟映射面；
图2为本发明的光路映射图；
图3为图2的简易示例。
具体实施方式
以下结合附图所本发明做进一步的描述。
本发明原理：
本发明基于视觉透视原理，通过计算定位模块上的摄像头获取激光定标器所发射的图形的大小及形变反推出定位模块相对于定位图形的距离及角度，再由获取的最近的激光定标器的ID结合导航系统中的定位数据，计算出定位点的实际坐标。
如图1所示，本发明中，优先考虑使用红外鱼眼摄像头(大于等于180度视角)以实现最大范围的识别，但不排除在特定环境使用更小视角的广角或普通摄像头。
该定位方式无法在有太阳光直射的环境下使用，故仅限用于室内、坑道等具备遮阳光遮挡环境下的定位导航。
计算方法：
鱼眼摄像头成像为半球的圆形投影，根据投影点a，b的位置，可以计算出任意点相对于180度穹隆球的位置，这里取任意已知定位点p1，p2，假设穹隆球半径为r，则可根据弧度计算出穹隆球上对应的点的位置px1，px2。
由穹隆球上对应的点px1、px2的位置可计算出每个点的俯角和旋转角。再通过已知定位点p1，p2的坐标，结合每个点的俯角和旋转角生成延长线向量，计算延长线向量交叉点坐标，因为实际使用时摄像头分辨率导致的误差，在超过2个已知定位点的情况下，通过平均计算多个交叉点坐标提高定位精度。
在设备工作中，并不能保证鱼眼摄像头的方向始终固定，因此还需要引入陀螺仪及加速度计对其进行修正，将获取的姿态代入之前计算的俯角和旋转角进行旋转计算，以得到正确的数值，再进行交叉点，即可得到正确的数值。
本发明非可见激光定标室内定位导航系统包括激光定标器和定位模块，激光定标器是是一个由电池或外部供电的激光发射器，通过将工作在近红外波段的不可见激光，通过滤镜折射出需要的图形并投射在环境物体上，考虑到遮挡关系，一般投射方向为上部。该激光定标器上同时包含一个蓝牙BLE模块，用于广播该激光定标器的设备ID，区分不同的激光定标器。定位模块由红外鱼眼摄像头、陀螺仪、加速度计、处理单元(如STM32等)、无线通讯模块(蓝牙BLE、WIFI等)组成。红外鱼眼摄像头负责实时获取由激光定标器投射在环境中的影像，陀螺仪和加速度计用于修正摄像头拍摄到的图像的偏移，协助处理单元计算出定位模块相对于投射影像的相对位置，从而实现定位的功能。导航系统(软件)：通过接收定位模块传递的位置信息(及蓝牙BLE标签)，导航系统将该位置信息与数据库中的区域信息进行比对，计算出周边环境信息，实现整套的导航功能。同时，由于在同一系统下的所有定位模块均在系统中标记出其坐标，因此，每个定位模块相互之间也能够获取对应的坐标信息。

Claims (9)

1.一种非可见激光定标室内定位导航方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)至少一个激光定标器向屋顶或墙壁发射参考图形，所述参考图形至少包括两个已知三维坐标的定位点p1、p2；所述激光定标器发射非可见激光；
2)地面上待定位装置上的摄像头将所述参考图形生成成像图形；
3)根据定位点成像的位置及距离反推摄像头中心相对于参考图形中定位点p1、p2的仰角及旋转角；
4)根据摄像头中心的仰角和俯角结合定位点p1、p2的坐标位置，计算出每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角；
5)根据每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角，计算出摄像头中心的三维坐标，进而对待定位装置进行定位或导航。
2.根据权利要求1所述的非可见激光定标室内定位导航方法，其特征在于：步骤4)还包括以下修正步骤：
当有多个激光定标器时，待定装置获取距离最近的激光定标器的ID或激光定标器的参考图形的ID信息来进行初步定位。
3.根据权利要求2所述的非可见激光定标室内定位导航方法，其特征在于：步骤4)还包括以下修正步骤：
实时获取运动中的摄像头的空间姿态，对摄像头俯角和旋转角进行修正，进而修正每个定位点相对于摄像头中心的俯角和旋转角。
4.根据权利要求1或2或3所述的非可见激光定标室内定位导航方法，其特征在于：所述摄像头为非可见光鱼眼摄像头或非可见光广角摄像头；
所述步骤3)具体如下：
3.1)摄像头将定位点p1、p2成像为成像图形中的投影点a、b；
3.2)根据摄像头的成像穹隆球的半径r，可以看出投影点a、b在穹隆球上虚拟映射图形的对应点px1，px2，进而可以计算出p1、p2相对于穹隆球圆心的俯角以及旋转角；
3.3)由于p1、p2之间的关系已知，p1、p2相对于穹隆球圆心的俯角以及旋转角已知，则可以推算出穹隆球圆心的坐标；
所述步骤4)具体如下：
4.1)根据距离远近，获取最近的激光定标器的ID；或者根据激光定标器的参考图形获取该激光定标器的ID；
4.2)根据激光定标器的ID获取已知定位点p1，p2的三维坐标；
4.3)根据已知定位点p1，p2的三维坐标以及虚拟映射图形对应点px1，px2的三维坐标，生成延长线向量，延长线向量交叉点坐标即为摄像头三维坐标。
5.根据权利要求4所述的非可见激光定标室内定位导航方法，其特征在于：当定位点的数量大于2时，将获得的多个摄像头三维坐标进行平均计算。
6.一种非可见激光定标室内定位导航系统，其特征在于：包括固定在室内的至少一个激光定标器、固定在待定位装置上的定位模块；
所述激光定标器发射近红外波段的不可见激光图形；
所述定位模块包括红外摄像头、处理单元、无线通讯单元；所述红外摄像头实时获取由激光定标器投射在屋顶或墙壁的不可见激光图形，所述图形至少包括两个已知三维坐标的定位点p1、p2；
所述处理单元用于定位或导航计算；
所述无线通讯单元与外界进行通讯、接收处理单元传递的位置信息。
7.根据权利要求6所述的非可见激光定标室内定位导航系统，其特征在于：当激光定标器数量大于1时，还包括一个广播单元，用于广播该激光定标器的设备ID；所述无线通讯单元接收广播单元传递的设备ID。
8.根据权利要求7所述的非可见激光定标室内定位导航系统，其特征在于：所述定位模块还包括陀螺仪和加速度计，用于修正摄像头所获取图像的偏移。
9.根据权利要求6或7或8所述的非可见激光定标室内定位导航系统，其特征在于：所述处理单元为STM32；所述无线通讯模块为蓝牙BLE或WIFI；所述广播单元为蓝牙BLE模块。
CN201710061721.7A 2017-01-26 2017-01-26 非可见激光定标室内定位导航方法 Active CN106767762B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710061721.7A CN106767762B (zh) 2017-01-26 2017-01-26 非可见激光定标室内定位导航方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710061721.7A CN106767762B (zh) 2017-01-26 2017-01-26 非可见激光定标室内定位导航方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106767762A true CN106767762A (zh) 2017-05-31
CN106767762B CN106767762B (zh) 2023-05-23

Family

ID=58955118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710061721.7A Active CN106767762B (zh) 2017-01-26 2017-01-26 非可见激光定标室内定位导航方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106767762B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108181610A (zh) * 2017-12-22 2018-06-19 鲁东大学 室内机器人定位方法和系统
CN108803629A (zh) * 2018-08-27 2018-11-13 浙江华嘉驰智能科技有限公司 基于毫米波雷达的跟随搬运车及其控制方法
CN109975759A (zh) * 2019-03-30 2019-07-05 广东工业大学 一种基于三色激光的水下无人机定位方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101159018A (zh) * 2007-11-16 2008-04-09 北京中星微电子有限公司 一种图像特征点定位方法及装置
EP2523017A1 (de) * 2011-05-13 2012-11-14 Hexagon Technology Center GmbH Kalibrierverfahren für ein Gerät mit Scanfunktionalität
CN104236540A (zh) * 2014-06-24 2014-12-24 上海大学 室内无源导航定位系统和方法
CN105157604A (zh) * 2015-08-07 2015-12-16 天津大学 外场多束线结构光视觉测量系统的快速标定方法
CN105184768A (zh) * 2015-07-23 2015-12-23 中国科学技术大学 室内多摄像头同步高精度定位方法
CN105682900A (zh) * 2013-09-19 2016-06-15 物化股份有限公司 用于校准激光扫描系统的系统和方法
CN206627122U (zh) * 2017-01-26 2017-11-10 西安可视可觉网络科技有限公司 非可见激光定标室内定位导航系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101159018A (zh) * 2007-11-16 2008-04-09 北京中星微电子有限公司 一种图像特征点定位方法及装置
EP2523017A1 (de) * 2011-05-13 2012-11-14 Hexagon Technology Center GmbH Kalibrierverfahren für ein Gerät mit Scanfunktionalität
CN105682900A (zh) * 2013-09-19 2016-06-15 物化股份有限公司 用于校准激光扫描系统的系统和方法
CN104236540A (zh) * 2014-06-24 2014-12-24 上海大学 室内无源导航定位系统和方法
CN105184768A (zh) * 2015-07-23 2015-12-23 中国科学技术大学 室内多摄像头同步高精度定位方法
CN105157604A (zh) * 2015-08-07 2015-12-16 天津大学 外场多束线结构光视觉测量系统的快速标定方法
CN206627122U (zh) * 2017-01-26 2017-11-10 西安可视可觉网络科技有限公司 非可见激光定标室内定位导航系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JUN WU 等: "Self-calibration method for rotating laser positioning system using interscanning technology and ultrasonic ranging", 《JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA A》 *
李科浇 等: "一种基于待定参数法的摄像头标定与坐标转换方法", 《应用科学》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108181610A (zh) * 2017-12-22 2018-06-19 鲁东大学 室内机器人定位方法和系统
CN108803629A (zh) * 2018-08-27 2018-11-13 浙江华嘉驰智能科技有限公司 基于毫米波雷达的跟随搬运车及其控制方法
CN109975759A (zh) * 2019-03-30 2019-07-05 广东工业大学 一种基于三色激光的水下无人机定位方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106767762B (zh) 2023-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106197422B (zh) 一种基于二维标签的无人机定位及目标跟踪方法
US20190147647A1 (en) System and method for determining geo-location(s) in images
US20180356492A1 (en) Vision based location estimation system
US9134127B2 (en) Determining tilt angle and tilt direction using image processing
CA2888943C (en) Augmented reality system and method for positioning and mapping
CN110446159A (zh) 一种室内无人机精确定位与自主导航的系统及方法
US7599789B2 (en) Beacon-augmented pose estimation
CN102928861B (zh) 机载设备用目标定位方法及装置
CN109540144A (zh) 一种室内定位方法及装置
CN106153050A (zh) 一种基于信标的室内定位系统和方法
KR102035388B1 (ko) 실시간 위치 측위 시스템 및 이를 이용한 콘텐츠 제공 서비스 시스템
CN206627122U (zh) 非可见激光定标室内定位导航系统
CN110503687B (zh) 一种空中光电测量平台目标定位方法
CN106767762A (zh) 非可见激光定标室内定位导航方法及系统
CN106370160A (zh) 一种机器人室内定位系统和方法
US20210065397A1 (en) Method and system for calculating spatial coordinates of region of interest, and non-transitory computer-readable recording medium
US20070076096A1 (en) System and method for calibrating a set of imaging devices and calculating 3D coordinates of detected features in a laboratory coordinate system
Lam et al. Visible light positioning for location-based services in industry 4.0
Liu et al. A high-accuracy pose measurement system for robotic automated assembly in large-scale space
CN112991440A (zh) 车辆的定位方法和装置、存储介质和电子装置
CN108709558B (zh) 一种大尺寸厂房高精度定位的方法
CN110118555A (zh) 无人机导航系统及方法
CN110082719A (zh) 无人机定位系统及方法
CN207992458U (zh) 复杂观测模式下碳卫星定位系统
Tanaka Ultra-High-Accuracy Visual Marker for Indoor Precise Positioning

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: A01, 14th Floor, Qujiang Film and Television Building, No. 1868 Yannan Fifth Road, Qujiang New District, Xi'an City, Shaanxi Province, 710061

Patentee after: XI'AN KISSFUTURE NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Room 403-7, Zhongchuang space office area, 4th floor, Qujiang culture building, 292 Yannan Road, Qujiang New District, Xi'an City, Shaanxi Province, 710061

Patentee before: XI'AN KISSFUTURE NETWORK TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder