CN107782314B - 一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，包括：构建导航数据模型；制作标识码，使其携带的目的地信息包括目的地坐标，携带的起点信息包括所在地的位置坐标；在移动终端上的导航客户端中载入导航数据模型；移动终端上的摄像头扫描具有目的地名称的标识码后将其位置信息后传至服务器；服务器根据位置坐标在导航数据模型中的位置，生成增强现实图完成定位；服务器分别以目的地坐标和位置坐标为导航终点和导航起点来计算导航路线，移动终端上的摄像头开启，实时地拍摄实景图并将其传至服务器，服务器将实景图和导航数据模型合成为导航实景图实现导航。有益效果：输入方式更方便、代入感更强和体验更好。

Description

一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法

技术领域

本发明涉及室内导航技术领域，尤其涉及一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，室外导航技术已经非常成熟，并且已经广泛的应用到了人们的日常生活当中。虽然室外GPS技术非常精准，但是进入室内后，由于室内地理信息比较复杂，如在大型、复杂的购物中心或者具有很多科室的医院或者办公大厅等，因GPS技术不能在室内执行室内导航，而仅根据室内的简单的图标指示，想找到目标地无疑是非常困难的。

目前常用的室内导航技术有以下几种：

(1)WIFI定位导航：在室内布置多个无线路由器，通过智能手机获取周围各个无线路由器的信号强度及其IP地址，利用信号衰减模型估算出智能手机距离各个无线路由器的距离，然后对智能手机周围的各个无线路由器画圆，其交点就是智能手机的位置，也就是用户所在的位置，从而实现定位。在软件中，用户选择目的地，软件根据用户的位置规划出路径，用户沿着路径走，就可以到达目的地。这种方法成本高，且很容易出现楼层定位不准、响应速度不高等问题，使最终导航失败。

(2)蓝牙定位导航：采用低功耗的蓝牙传输方式，蓝牙模块仅需纽扣电池就可以运行，不用布线。在室内场景中布建大量的蓝牙模块，数据库中存储每个蓝牙模块的坐标信息，云服务中存储地图文件和定位算法，用户开启手机定位页面后，从云服务器中获取地图文件、定位算法和蓝牙模块的坐标。手机每扫描到一组蓝牙模块，通过与该蓝牙模块之间的信号强度来计算出与该蓝牙模块之间的距离，加入蓝牙模块的坐标数据，进行三角定位算法计算，将实时计算的位置在地图上显示出来，定位信息与导航规划的路径相结合就能指引用户到达目的地。这种方法与上述WIFI定位导航一样，很容易出现楼层定位不准问题，而且后期还需要经常更换蓝牙模块的纽扣电池，成本较高，维护困难。

不仅如此，上述两种室内导航方法，用户使用时代入感不强，用户体验欠佳，对于方向感较差的人来说，使用难度较大。而且使用上述室内导航方法时必须通过打字的输入方式或者语音的输入方式来输入目的地的名称进而才能实行导航功能，对于普通话不好或者打字不方便的人(如上了年纪的老人、识字不多的小孩等)来说，使用较为困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种定位导航准确、响应速度快，使用时能使用户具有较强的代入感和良好的使用体验且输入方式更简单的基于扫码的增强现实技术(Augmented Reality，简称AR)室内定位导航方法。

本发明的实施例提供一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，包括如下步骤：

步骤1：采集室内结构信息，绘制室内地图，并以此构建AR导航数据模型，将所述AR导航数据模型存储于服务器；

步骤2：制作标识码，在室内布设所述标识码，所述标识码均携带有目的地信息和起点信息，所述目的地信息包括目的地名称和目的地坐标，所述起点信息包括所述标识码的位置坐标和所述标识码所在地的位置名称，将所述标识码的目的地信息与其起点信息绑定后存储于所述服务器；

步骤3：安装于移动终端的导航客户端与所述服务器通信连接，在导航客户端载入所述AR导航数据模型；

步骤4：使用移动终端上的摄像头扫描具有所述目的地名称的所述标识码，所述导航客户端识别所述标识码的目的地信息和起点信息，并将所述目的地信息和起点信息传至所述服务器；

步骤5：所述服务器接收所述起点信息后，将所述位置坐标与所述AR导航数据模型匹配，使所述位置坐标代表的地点显现在所述AR导航数据模型中相应的位置处，从而生成增强现实图，然后所述服务器将所述增强现实图传送至所述移动终端上的显示器上显示出来，完成定位；

步骤6：所述服务器接收所述目的地信息和起点信息后，所述服务器以所述目的地坐标为导航终点，以所述位置坐标为导航起点，计算导航路线，同时所述移动终端上的所述摄像头开启，通过所述摄像头实时地拍摄用户所在地的实景图并将该实景图传至所述服务器，所述服务器将所述实景图和所述AR导航数据模型中的场景数据进行比对和匹配而实时追踪用户的实时位置，用户移动时，所述服务器以所述实时位置作为导航起点而实时计算和规划导航路线，且所述服务器将所述实景图和所述AR导航数据模型进行视频合成而生成AR导航实景图，并将所述AR导航实景图传送至所述移动终端上的显示器上显示出来，实现导航。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，通过所述移动终端的所述摄像头扫所述标识码，所述服务器即可识别所述标识码的位置坐标和所述标识码代表的目的地的目的地坐标，不用通过文字输入或者语音输入目的地名称，即可实现导航，从而受众更广，使用更方便。使用增强现实技术，使用户使用时具有更强的代入感，即使是方向感不好的人或者不会看普通地图的用户，也能很容易将自己所处的真实环境与所述显示器上显示的所述AR导航实景图对应起来，从而在所述AR导航实景图的指引下，了解自己的位置并找到目的地，从而使用简单方便，用户体验好。使用标志码作为定位点，不用布线，设备简单，成本低廉，有助于大范围推广使用。

附图说明

图1是本发明基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法的系统的示意图；

图2是本发明基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法的载体的示意图；

图3是本发明基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法的另一种载体的示意图；

图4是室内结构的示意图；

图5是本发明基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法的步骤图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

增强现实(Augmented Reality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。一个典型的AR系统结构由虚拟场景生成单元、透射式头盔显示器、头部跟踪设备和交互设备构成。其中虚拟场景生成单元负责虚拟场景的建模、管理、绘制和其它外设的管理；透射式头盔显示器负责显示虚拟和现实融合后的信号；头部跟踪设备跟踪用户视线变化；交互设备用于实现感官信号及环境控制操作信号的输入输出。专利的一个重点是利用标识来实现“坐标系的对齐”，在AR穿戴设备上例如Google Project Glass上也是利用标识来给虚拟场景建模提供坐标依据。

移动终端AR则是将整个AR系统整合到移动终端(如智能手机)上，其上的摄像头负责采集图像，移动终端内的处理单元对采集的图像进行分析和重构，实现坐标系的对齐并进行虚拟场景的融合计算，交互也是通过人和移动终端的交互实现，处理后的图像就会显示在手机屏幕上，从而实现现实增强效果。

请参照图1，本发明的实施例提供了一种实现基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法的系统，其包括具有AR导航数据模型5的服务器3、与所述服务器3通信连接的移动终端2、安装于所述移动终端2的导航客户端2和布设于室内的标志码4，所述移动终端2具有摄像头21和显示器22，所述摄像头21用于扫描所述标识码4，同时也用于实时拍摄取景，所述显示器22用于显示所述服务器3传送至所述移动终端2的增强现实图或AR导航实景图。

请参照图1和图5，本发明的实施例提供了一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，包括：

步骤1：采集室内结构信息，绘制室内地图，并以此构建AR导航数据模型5，将所述AR导航数据模型5存储于服务器3。

请参照图4，优选该室内的结构信息为固定场所室内的结构信息，如办公大厅7每一楼层中每一科室或者房间72所在的位置信息，该科室或者该房间72的形状信息、大小信息和外貌信息等。根据采集的室内结构信息，绘制室内地图，并根据室内地图构建室内的三维模型，并以该三维模型为基础构建AR导航数据模型5，然后将所述AR导航数据模型5存储于服务器3。该服务器3可以是云端服务器，也可以是计算机中相应的数据库。

步骤2：制作标识码4，在室内布设所述标识码4，所述标识码4均携带有目的地信息和起点信息，所述目的地信息包括目的地名称和目的地坐标，所述起点信息包括所述标识码的位置坐标和所述标识码所在地的位置名称，将所述标识码4的目的地信息与其起点信息绑定后存储于所述服务器3。

所述的标识码4还具有识别其身份的编码信息和其尺寸大小信息(如尺寸为50MM×50MM)，所述标识码4的位置坐标包括其所处位置的坐标信息和其所处空间的场景信息，如其离地高度为150CM，且与地面呈90°设置等。

所述标识码4为二维码或者条形码。请参照图2，所述标志码4是实物标志，粘贴或者固定在室内的载体6上，每一所述载体6上设有目的地名称各异的若干所述标志码4，优选每一所述载体6上承载的所述标识码4的数量与室内所有目的地的数量一致，且这些所述标识码4与这些所述目的地一一对应。

请参照图3，所述标志码4是电子标志，室内设有若干电子显示设备6′，每一所述电子显示设备6′均为所述标识码的载体，每一所述电子显示设备6′可以根据需要显现所需的所述标志码4。

请参阅图4，所述载体6、6′具有一个或者多个，布设于室内预设的位置，如其中一所述载体6、6′设于办公大厅7的入口处71，其它的所述载体6、6′设于从所述入口处71前往不同科室或者房间72的路途中，使用户在需要导航时即可在其周围找到所述载体6、6′，方便用户的使用需求。

所述标识码4布设简单，成本低，耗费的人力物力均低，后期维护亦十分简单。

步骤3：安装于移动终端2的导航客户端与所述服务器3通信连接，在导航客户端载入所述AR导航数据模型5。

所述移动终端2为手机、笔记本电脑、平板电脑、手持AR设备或者谷歌眼镜等。由于智能手机使用普遍且方便携带，故优选所述移动终端2为智能手机。

所述移动终端2与所述服务器3之间通过2G、3G或WiFi无线通信。

步骤4：使用移动终端2上的摄像头扫描具有所述目的地名称的所述标识码4，所述导航客户端识别所述标识码4的目的地信息和起点信息，并将所述目的地信息和起点信息传至所述服务器3。

步骤5：所述服务器3接收所述起点信息后，将所述位置坐标与所述AR导航数据模型5匹配，使所述位置坐标代表的地点显现在所述AR导航数据模型5中相应的位置处，从而生成增强现实图，然后所述服务器3将所述增强现实图传送至所述移动终端2上的显示器22上显示出来，完成定位。

所述显示器22上显示的所述增强现实图，是在需导航人员(即用户)所处的真实环境的实景图上添加了各种方便需导航人员了解自己所处位置的地标指示信息。需导航人员通过将所述显示器22上显示出来的所述增强现实图像融入到其所处的真实环境中合成显示，即可将在自己所处的真实环境中按照增强现实的提示(引导线、图标或文字提示)了解自己所处的位置和需要前往的方向。

步骤6：所述服务器3接收所述目的地信息和起点信息后，所述服务器3以所述目的地坐标为导航终点，以所述位置坐标为导航起点，计算导航路线，同时所述移动终端2上的所述摄像头21开启，通过所述摄像头21实时地拍摄用户所在地的实景图并将该实景图传至所述服务器3，所述服务器3将所述实景图和所述AR导航数据模型5中的场景数据进行比对和匹配而实时追踪用户的实时位置，用户移动时，所述服务器3以所述实时位置作为导航起点而实时计算和规划导航路线，且所述服务器3将所述实景图和所述AR导航数据模型5进行视频合成而生成AR导航实景图，并将所述AR导航实景图传送至所述移动终端2上的显示器22上显示出来，实现导航。

所述显示器22上显示的所述AR导航实景图，是在用户所处的真实环境的实景图上添加了各种方便用户了解自己所处位置的地标指示信息和了解自己下一步移动的方向指示信息。从而用户通过将所述显示器22上显示出来的所述AR导航实景图与其所处的真实环境进行简单的比对，即可将自己所处的真实环境将所述AR导航实景图对应起来，从而根据所述AR导航实景图上显示的地标信息和方向指示信息即可了解自己所处的位置和需要移动的方向，从而使用户能够轻松的找到目的地而完成导航。

在另一实施例中，在室内多个位置布设摄像机1(请参阅图4)，每一所述摄像机1均包含通信模块，所述摄像机1获得指令后响应，告知所述服务器3自己的信息和方位，并将其拍摄的图像数据实时传送给所述服务器3，同时，多个所述摄像机1之间互相发送信号告诉对方自己的信息和方位，组建起定位导航网络，并将所述定位导航网络存储于所述服务器3。

所述移动终端2上的摄像头21扫描所述标识码后，所述导航客户端识别所述目的地信息和起点信息后，并将所述标示码4的起点信息传至所述服务器3，所述服务器3接收所述起点信息后控制相应位置处的所述摄像机1响应，相应的所述摄像机1将拍摄的标识码4所在地(即需导航人员所在地)的实景图传至所述服务器3，所述服务器3中的场景产生器将所述摄像机1拍摄的实景图、所述移动终端2上的摄像头21拍摄的实景图和所述AR导航数据模型5进行视频合成而生成增强现实图，并将所述增强现实图传送至所述移动终端2上的显示器22上显示出来，实现定位。

在所述服务器按照上一实施例的方式计算导航路线后，所述服务器控制所述导航路线上的所述摄像机1响应，通过所述摄像机1不断的拍摄用户所在地的实景图并将该实景图传至所述服务器3而实时追踪用户的位置，所述服务器3根据用户的实时位置计算和规划导航路线，且所述服务器中的场景产生器实时的将所述摄像机1拍摄的实景图、所述移动终端2上的所述摄像头21拍摄的实景图和所述AR导航数据模型5进行视频合成而生成AR导航实景图，并将所述AR导航实景图5传送至所述移动终端2上的显示器22上显示出来，实现导航。

所述摄像机1可以是室内原本已经安装好的用于安全监控的室内摄像机，也可以根据需要增加适量室内摄像机1以防止拍摄盲点和降低视觉偏差。

每一所述摄像机1还包含红外线感应传感器，所述红外线感应传感器用于自动搜索且感应用户，并与所述服务器通信连接以将其搜索或/和感应到的用户信息传送至所述服务器。所述摄像机一方面用于实时拍摄环境的实景图，并通过所述通信模块将其拍摄的实景图传至所述服务器，另一方面用于因监控用户而实施对用户定位。所述红外线感应传感器用于辅助所述摄像机对用户进行定位，从而使定位更加精准。

所述摄像机1为可调视角室内摄像机，具有转动轴，所述红外线感应传感器根据将其搜索和/或感应到的用户位置信息传至所述服务器3，周围的一个或者多个摄像机1将其采集的实景图也传至所述服务器3，经过所述服务器3的综合分析和计算，然后向对应的所述摄像机1发出指令，相应的所述摄像机1响应所述指令而转动所述转动轴以调整其拍摄视角，尽量使其拍摄的视角与用户的视角一致，从而进一步降低视觉偏差。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，通过所述移动终端2的所述摄像头21扫所述标识码4，所述服务器3即可识别所述标识码4的位置坐标和所述标识码代表的目的地的目的地坐标，不用通过文字输入或者语音输入目的地名称，即可实现导航，从而受众更广，使用更方便。使用增强现实技术，使用户使用时具有更强的代入感，即使是方向感不好的用户或者不会看普通地图的用户，也能很容易将自己所处的真实环境与所述显示器22上显示的所述AR导航实景图对应起来，从而在所述AR导航实景图的指引下，了解自己的位置并找到目的地，从而使用简单方便，用户体验好。使用标志码作为定位点，不用布线，设备简单，成本低廉，有助于大范围推广使用。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采集室内结构信息，绘制室内地图，并以此构建AR导航数据模型，将所述AR导航数据模型存储于服务器；

步骤2：制作标识码，在室内布设所述标识码，所述标识码均携带有目的地信息和起点信息，所述目的地信息包括目的地名称和目的地坐标，所述起点信息包括所述标识码的位置坐标和所述标识码所在地的位置名称，将所述标识码的目的地信息与其起点信息绑定后存储于所述服务器；

步骤3：安装于移动终端的导航客户端与所述服务器通信连接，在导航客户端载入所述AR导航数据模型；

步骤4：使用移动终端上的摄像头扫描具有所述目的地名称的所述标识码，所述导航客户端识别所述标识码的目的地信息和起点信息，并将所述目的地信息和起点信息传至所述服务器；

步骤5：所述服务器接收所述起点信息后，将所述位置坐标与所述AR导航数据模型匹配，使所述位置坐标代表的地点显现在所述AR导航数据模型中相应的位置处，从而生成增强现实图，然后所述服务器将所述增强现实图传送至所述移动终端上的显示器上显示出来，完成定位；

步骤6：所述服务器接收所述目的地信息和起点信息后，所述服务器以所述目的地坐标为导航终点，以所述位置坐标为导航起点，计算导航路线，同时所述移动终端上的所述摄像头开启，通过所述摄像头实时地拍摄用户所在地的实景图并将该实景图传至所述服务器，所述服务器将所述实景图和所述AR导航数据模型中的场景数据进行比对和匹配而实时追踪用户的实时位置，用户移动时，所述服务器以所述实时位置作为导航起点而实时计算和规划导航路线，且所述服务器将所述实景图和所述AR导航数据模型进行视频合成而生成AR导航实景图，并将所述AR导航实景图传送至所述移动终端上的显示器上显示出来，实现导航；

所述步骤5中，实现定位的方法还包括：在室内多个位置布设摄像机，所述摄像机获得指令后响应，告知所述服务器自己的信息和方位，并将其拍摄的图像数据实时传送给所述服务器，同时，多个所述摄像机之间互相发送信号告诉对方自己的信息和方位，组建起定位导航网络，并将所述定位导航网络存储于所述服务器，服务器中的场景产生器将所述摄像机拍摄的实景图、所述移动终端上的摄像头拍摄的实景图和所述AR导航数据模型进行视频合成而生成增强现实图，并将所述增强现实图传送至所述移动终端上的显示器上显示出来，实现定位。

2.如权利要求1所述的基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于：所述标识码为二维码或者条形码。

3.如权利要求1所述的基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于：所述标识码是实物标志，粘贴或者固定在室内的载体上，每一所述载体上设有目的地名称各异的若干所述标识码。

4.如权利要求1所述的基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于：所述标识码是电子标志，室内设有若干电子显示设备，每一所述电子显示设备均为所述标识码的载体，每一所述电子显示设备可以根据需要显现所需的所述标识码。

5.如权利要求1所述的基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于：所述移动终端为手机、笔记本电脑、平板电脑、手持AR设备或者谷歌眼镜。

6.如权利要求1所述的基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于：所述导航客户端与所述服务器之间通过2G、3G或Wi-Fi无线通信。

7.如权利要求1所述的基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于：步骤2中所述的标识码的起点信息还包括所述标识码的空间坐标、离地的高度和其与地面之间所呈角度的信息。

8.如权利要求1所述的基于扫码的增强现实技术室内定位导航方法，其特征在于：所述摄像机还包含红外线感应传感器；所述摄像机为可调视角室内摄像机，具有转动轴；所述摄像机均包含通信模块；所述摄像机可以是室内原本已经安装好的用于安全监控的室内摄像机，也可以根据需要增加适量室内摄像机以防止拍摄盲点和降低视觉偏差。

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