CN108289327A - 一种基于图像的定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像的定位方法及系统，该方案通过在待定位区域放置易于部署的低成本编码图案，再基于用户摄像头的拍摄功能，以此来实现高精度的图像定位。该方案能够在信号干扰、用户姿态变化等多种限制因素下，无需额外硬件，也无需信号指纹采集，即可增强定位的精度和稳定性，实现低成本、易部署、高精度、可扩展的定位功能。

Description

一种基于图像的定位方法及系统

技术领域

本发明涉及定位技术，具体涉及基于图像的定位技术。

背景技术

定位技术具有广阔的应用市场，现有的定位技术主要有GPS/北斗、WiFi、iBeacon蓝牙、UWB超宽带、地磁/磁、惯导、可见光、声波/超声波等，这些技术可以进一步划分为基于信号强度的定位(例如WiFi或iBeacon定位等)、基于信号指纹的定位(例如WiFi指纹、iBeacon指纹或地磁指纹等)，基于到达时间/离开时间/时间差/到达角/离开角的定位(例如GPS/北斗、超声波、UWB超宽带)。

这些现有的技术，都存在一定局限性：例如GPS/北斗定位在卫星信号比较差的环境(例如高架下)精度急剧下降，也无法应用在室内；基于信号强度的定位技术例如WiFi等受信号干扰和环境影响比较大，定位精度较低；基于信号指纹的定位例如WiFi指纹或地磁指纹定位需要事先进行指纹采集并定期进行更新；惯导定位具有长时漂移和误差累积问题，并受用户姿态和行为模式影响较大；UWB超宽带定位、可见光定位以及声波/超声波定位需要额外部署专门基站或者需要专门的终端硬件支持。

申请公布号CN 105571583A的中国专利申请，公开了一种用户位置定位方法，该定位方案为目标图像作为参考，并根据目标图像的参考坐标来确定用户当前位置的位置坐标。该方案在实际应用中存在如下诸多的问题：

1)需要预先拍摄参考图像：该方案要求事先对目标对象按照预设规则进行拍摄形成参考图像。

2)受环境影响大：该方案需要预先选择环境中已有的目标对象来生成参考图像。由于室内环境复杂多样，所需预选取的目标对象(及参考图像)在不同环境下差别将比较大，使得系统在不同环境下的图像解析效果和定位效果具有较大差别。

3)定位精度较低且不易扩展：对于定位技术而言，用于定位的可参考对象越多，定位精度越高。在该方案下，用户定位时只利用摄像区域内的一个目标对象进行定位，因此无法通过增加目标对象的方式来提高定位精度。

4)解析过程复杂、解析可靠性低。上述方案需要从目标图像中解析出文本图像或图形图像进行定位，解析过程复杂，同时也没有对解析结果进行校验或纠错。

5)存在一定技术缺陷：该方案是通过参考坐标点距目标对象的边长X1、用户距离目标对象的边长X2、以及X1和X2之间的夹角θ，来获得用户位置(其图6中的504为用户位置)。理论上，将边长X2以夹角θ围绕着X1旋转，可以得到多个用户坐标(一个圆上所有点都满足)，可见该方案所确定的用户位置并不唯一(例如，其图6中的504用户位置可以处于X1的左右两边)，具有一定技术缺陷；

6)只能用于二维定位：该方案只能用于二维定位。

7)只能用于本地定位：该方案利用环境中已有的目标对象进行定位，由于不同环境可能具有同样的目标对象(例如同一个商家在不同环境均具有相同的logo)，只能用于本地位置定位，无法实现全局位置定位。

8)查询方式复杂：该方案是通过在服务器上查询文本图像信息或图形图像信息获得目标对象的位置，查询方式复杂。

发明内容

针对现有定位技术在定位精度上所存在的问题，需要一种新的定位技术以提高定位精度。

为此本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图像的定位方法及系统，提高定位精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于图像的定位方法包括：

获取区域图像，所述区域图像由用户在当前位置以当前姿态获取的实时摄像视频流中的视频帧所形成，或由用户在当前位置以当前姿态进行拍照所形成，该区域图像内包含至少1个编码图像；该编码图像为预先部署在待定位区域内可编码的目标图案，具有对应的编码ID；

解析区域图像，获取编码图像；

解析编码图像获得对应的编码ID；

根据确定的编码ID获取匹配的目标图案在待定位区域内的部署信息；

根据获取的目标图案在待定位区域内的部署信息，估计用户相对于目标图案的相对位置信息；

确定用户当前的位置信息。

在本定位方法中，所述目标图案基于自身的特征及部署的位置信息进行编码，编码后的目标图案具有唯一的编码ID。

在本定位方法中，所述部署的目标图案的编码ID及相关信息对应地存储在数据库中，所述相关信息至少包括所部署的目标图案的位置和姿态。

在本定位方法中，在解析区域图像时，基于目标图案的特征从区域图像中提取出相应的编码图像。

在本定位方法中，解析编码图像获得对应的编码ID的过程包括：

解析获得的编码图像，得到初步的编码ID；

针对得到的初步的编码ID，进行校验或纠错，最终获得正确的编码ID。

在本定位方法中，在获取匹配的目标图案在待定位区域内的部署信息时，利用所获得的编码ID，通过直接解码或查询数据库来获得匹配的目标图案的信息，该信息至少包括目标图案在待定位区域内的位置以及姿态。

在本定位方法中，在估计用户相对于目标图案的相对位置信息时包括：

利用所确定的目标图案和所匹配的编码图像，估计当前的拍摄规则；

基于估计的拍摄规则，推断出用户拍摄时摄像装置相对于目标图案的相对位置矢量，摄像装置相对于目标图案的相对姿态。

在本定位方法中，在确定用户当前的位置信息时包括：

利用获得的摄像装置相对于目标图案的相对位置矢量，以及所获得的目标图案在待定位区域内的位置，来确定摄像装置在待定位区域内的当前位置；

利用获得的摄像装置相对于目标图案的相对姿态，以及所获得的目标图案的姿态，来确定摄像装置的当前姿态。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于图像的定位系统包括：

区域图像获取模块，用于在当前位置以当前姿态获取的实时摄像视频流中的视频帧形成区域图像，或在当前位置以当前姿态拍照区域图像，该区域图像内包含至少1个编码图像；该编码图像为预先部署在待定位区域内可编码的目标图案，具有对应的编码ID；

编码图像获取模块，用于解析区域图像获取模块获取的区域图像，提取相应的编码图像；

编码ID获取模块，用于分析编码图像获取模块提取的编码图像，获得对应的编码ID；

目标图案获取模块，用于根据编码ID获取模块获得的编码ID获得匹配的目标图案信息；

位置信息获取模块，用于基于目标图案获取模块获得匹配的目标图案信息计算用户当前的位置信息。

在本定位系统中，所述位置信息获取模块包括：

相对位置估算模块，用于基于目标图案获取模块获得匹配的目标图案信息计算用户相对于目标图案的相对位置信息；

当前位置计算模块，用于基于相对位置估算模块计算确定的用户相对于目标图案的相对位置信息计算确定用户当前的位置信息。

本发明提供的定位方案能够大大提高定位精度，有效解决现有技术所存在的问题。

本方案利用用户摄像头的拍摄功能，不需要其它额外硬件，能够增强定位的精度和稳定性，并且极大降低系统部署和维护成本，实现一种易部署、低成本、高精度、可扩展的定位方案。

再者，本方案在应用时不对其它的通信或定位系统产生干扰，同时也易于和其它的定位系统集成和融合。

另外，本发明提供的定位方案在实际应用时，将具有如下优点：

1)本方案不需要对目标对象预先拍摄；

2)本方案不直接利用环境中已有的目标对象进行定位，因此受环境影响小；

3)本方案用户是利用摄像区域内的一个或多个目标对象进行定位，系统部署的目标图案越多，定位精度越高，因此可以通过增加目标图案的方式来提高定位精度；

4)本方案只需要从图像中解析出编码信息，同时校验或纠错信息可以很方便地嵌入在编码信息中，具有较低的解析复杂度并具有较高的可靠性；

5)本方案除可用于二维位置定位，还可以用于三维位置定位；

6)本方案通过部署目标图案进行定位，可以对目标图案进行本地编码或全局编码，继而可用于本地位置定位，也可用于全局位置定位；

7)本方案是通过查询编码ID获得目标对象的位置，查询方式相对简单。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本方案中基于图像进行定位的基本流程图；

图2为本方案中基于图像进行定位的系统框图；

图3为本发明实例中向上放置，缺省朝向的编码的目标图案实例图；

图4为本发明实例中向下放置的目标图案实例图；

图5为本发明实例中获得区域图像的示意图；

图6为本发明实例中获得编码图像的示意图；

图7为本发明实例中获得编码ID的示意图；

图8为本发明实例中获得目标图案信息(目标图案的坐标及姿态)并将目标图案和编码图相关联的处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本方案公开了基于图像的定位方案，该方案通过在待定位区域放置易于部署的低成本编码图案，再基于用户摄像头的拍摄功能，以此来实现高精度的图像定位。该方案能够在信号干扰、用户姿态变化等多种限制因素下，无需额外硬件，也无需信号指纹采集，即可增强定位的精度和稳定性，实现低成本、易部署、高精度、可扩展的定位功能。

对于用户配备具有拍摄功能的摄像头，具有如下特征：

按照拍摄规则R，利用摄像头的拍摄功能f对目标图案O进行拍摄，将获得编码图像P，P＝f(R,O)。基于不同的实施例，这里的拍摄规则R可由摄像头相对于目标图案的相对位置矢量、摄像头相对于目标图案的相对姿态、拍摄背景、焦距、ISO、光圈、快门、白平衡、色彩编码、拍摄模式、经纬度、日期时间等的一个或多个共同确定，具体根据实际需求而定，此处不做限定。

再者，这里所说的摄像头例如手机/平板电脑/可穿戴设备/移动机器人/虚拟现实头盔等的摄像头、用户所驾驶车辆的车载摄像头等，具体根据实际需求而定，此处不做限定。

在此基础上，本方案提供的基于图像的定位方案，其实现过程如下(参见图1)：

步骤1：目标图案部署。

本步骤预先在待定位区域内部署低成本的目标图案。

这里的目标图案可以是一维线条、二维图片或三维图形；该目标图案可以是静态或者动态变化；该目标图案可以基于形状、颜色、纹理、空间关系、尺寸、重量、材质、结构以及所部署的位置等信息进行编码。这里的编码可以采用局部编码或全局编码方式。编码后的目标图案可自带校验或纠错信息，并具有局部唯一或全局唯一的编码ID，每个编码ID用于标识局部唯一或全局唯一的目标图案，每个编码ID可自带校验或纠错信息。

所部署的目标图案的编码ID及相关信息可以存储在本地数据库或网络数据库。由此，可通过在本地数据库或网络数据库检索编码ID，可以获得目标图案的相关信息。目标图案相关信息至少包括所部署的目标图案的位置和姿态，还可能包括目标图案的位置特征信息(例如目标图案处于电梯、楼梯、交叉口、过道、倾斜顶部、商场入口/出口等)，以及其一定范围内的物品和空间布局信息等(例如临近的目标图案编码ID或者临近的商铺ID、货架ID、商品ID，以及附近地图等)，具体根据实际需求而定，此处不做限定。

步骤2：获得区域图像。

该区域图像由用户在当前位置以当前姿态获取的实时摄像视频流中的视频帧所形成，或在当前位置以当前姿态进行拍照所形成。即用户在需要定位时，在当前位置以当前姿态通过拍摄装置(如摄像头)进行拍摄形成相应的区域图像。

取决于目标图案的部署情况以及用户拍摄时摄像头的位置和姿态，用户所获的区域图像中将包含0个、1个或多个编码图像(即预先部署在待定位区域内的目标图案)。

这里需要说明的，本步骤中用户获得的区域图像可进行本地存储和处理，也可以上传到网络服务器，具体根据实际需求而定，此处不做限定。

步骤3：获得编码图像。

通过解析步骤2获得区域图像，以提取该区域图像所包含的编码图像。

该步骤，具体基于目标图案的某些特征获得编码图像；该特征可以是轮廓、形状、颜色、纹理、空间关系等的一个或多个的组合，具体根据实际需求而定，此处不做限定。

据此可获得的编码图像可能有0个、1个或多个。

如果获得的编码图像为0个，后续将不做处理。

这里需要明确的是，取决于摄像头拍摄功能以及拍摄时所采用的拍摄规则，拍摄得到的编码图像和原来的目标图案之间可能存在缩放、平移、旋转、变形等关系，在此情况下如何解析区域图像获得编码图像，可根据实际需求来采用相应的方案或手段，此处不做限定。

再者，本步骤中获得编码图像的过程可以在本地用户端或者网络服务器端进行。

步骤4：获得编码ID。

利用步骤3所获得的编码图像，解析得到相应的编码ID，并对这些编码ID进行校验或纠错，最终获得正确的编码信息。

本步骤中，取决于步骤3所解析得到的编码图像的个数以及这里进行的校验或纠错结果，这里获得的编码信息将包含0个、1个或多个编码ID。

如果获得的编码信息中包含0个编码ID，后续将不做处理。

本方案在解析获得编码ID时，可根据实际需求采用相应的方案或手段，此处不做限定。

再者，本步骤获得编码ID的过程可以在用户端或者网络服务器端进行，可根据实际需求而定，此处不做限定。

步骤5：获得目标图案信息。

本步骤，利用步骤4所获得的编码ID，通过直接解码或查询本地数据库或查询网络数据库的方式，获得匹配的目标图案O₁的信息，这里的目标图案信息包括目标图案在待定位区域内的位置X_O以及姿态A_O。

通过本步骤，能够判断目标图案O₁和相应编码图像P₁(即步骤3获得的编码图像)匹配。例如，针对步骤3获得编码图像和步骤4获得编码图像的编码ID，可利用该编码ID查询数据库获得目标图案，继而利用编码ID可以将目标图案和编码图像对应或匹配起来。

这里需要说明的，本方案中，取决于步骤4所获得编码信息中所包含的编码ID的个数，通过直接解码或查询本地数据库或查询网络数据库，所得到的目标图案的个数将有0个、1个或多个，其坐标X_O以及空间姿态A_O也将有0个、1个或多个。

如果获得的目标图案的个数为0个，后续将不做处理。

再者，本方案中获得目标图案信息的过程可以在用户端或者网络服务器端进行，可根据实际需求而定，此处不做限定。

步骤6：估计相对位置矢量和相对姿态。

本方案，利用步骤5所确定的目标图案O₁和所匹配的编码图像P₁，以及由用户摄像头拍摄功能f所确定的P₁＝f(R₁,O₁)关系，估计当前的拍摄规则R₁，并由此推断出摄像头相对于目标图案的相对位置矢量D_R、摄像头相对于目标图案的相对姿态A_R。

这里需要说明的，取决于步骤5所查询获得的目标图案的个数，本步骤中获得的摄像头的相对位置矢量D_R和相对姿态A_R将有1个或多个。

另外，本步骤中在估计拍摄规则时，可根据实际需求采用相应的方案或手段，此处不做限定。

再者，本步骤估计相对位置矢量和相对姿态的过程可以在用户端或者网络服务器端进行，可根据实际需求而定，此处不做限定。当本过程在网络服务器端进行时，则网络服务器端已知悉了用户摄像头的拍摄功能f和拍摄规则R₁等信息。

步骤7：计算用户的当前坐标和姿态。

本步骤，利用步骤6所估计的摄像头相对于目标图案O₁的相对位置矢量D_R，以及步骤5所获得的目标图案在待定位区域内的位置X_O，获得摄像头在待定位区域内的当前位置X₁；

利用步骤6所获得的摄像头相对于目标图案的相对姿态A_R，以及步骤5所获得的目标图案的姿态A_O，获得摄像头的当前姿态A₁。

这里需要说明的，如果步骤5获得的目标图案有多个，则这里的摄像头的当前位置X₁和当前姿态A₁，将由这些目标图案的位置和姿态，以及摄像头相对这些目标图案的相对位置矢量和相对姿态，来共同决定，例如可以采用加权平均的方式获得。

另外，本步骤在具体计算坐标和姿态时，可根据实际需求采用相应的方案或手段，此处不做限定。

再者，本步骤中计算用户的当前位置和姿态的过程可以在用户端或者网络服务器端进行，可根据实际需求采用相应的方案或手段，此处不做限定。

针对上述的基于图像的定位方法，本方案进一步提供一套可有效实现基于图像定位方法的定位系统。

参见图2，其所示为基于图像进行定位的定位系统的组成框图。由图可知，整个定位系统100主要包括区域图像获取模块110、编码图像获取模块120、编码ID获取模块130、目标图案获取模块140、位置信息获取模块150。

其中，区域图像获取模块110，用于实现上述步骤2的功能。该区域图像获取模块110，用于调用用户的摄像头在当前位置以当前姿态获取实时视频帧形成区域图像，或用于调用用户的摄像头在当前位置以当前姿态拍照区域图像，该区域图像内包含至少1个编码图像；该编码图像为预先部署在待定位区域内可编码的目标图案，具有对应的编码ID。该区域图像获取模块110对获得区域图像进行本地存储或通过网络上传至网络服务器端。

编码图像获取模块120，其用于实现上述步骤3的功能。该模块用于解析区域图像获取模块110获取的区域图像，提取相应的编码图像，具体的实现过程参见步骤3。

编码ID获取模块130，其用于实现上述步骤4的功能。该模块用于分析编码图像获取模块120提取的编码图像，获得对应的编码ID，具体的实现过程参见步骤4。

目标图案获取模块140，其用于实现上述步骤5的功能。该模块用于根据编码ID获取模块130获得的编码ID获得匹配的目标图案信息，具体的实现过程参见步骤5。

位置信息获取模块150，其用于实现上述步骤6和7的功能。该模块用于基于目标图案获取模块140获得匹配的目标图案信息计算用户当前的位置信息，具体实现过程参见步骤6和7。

该位置信息获取模块150具体包括相对位置估算模块151和当前位置计算模块152两个子模块。

相对位置估算模块151用于基于目标图案获取模块140获得匹配的目标图案信息计算用户相对于目标图案的相对位置信息，具体实现过程参见步骤6。

当前位置计算模块152用于基于相对位置估算模块151计算确定的用户相对于目标图案的相对位置信息计算确定用户当前的位置信息，具体实现过程参见步骤7。

据此构成的基于图像的定位系统，在具体实现时可以相应的功能软件或APP来展现，其可运行在具有摄像头的终端设备中(如具有摄像头的手机、平板电脑、可穿戴设备、移动机器人、虚拟现实头盔、用户所驾驶车辆的车载终端等)或者网络服务器中(该网络服务器通过网络连接具有摄像头的终端设备)。

根据需要，该系统可部分功能运行在具有摄像头的终端设备中，而部分功能运行在网络服务器中。如系统中的区域图像获取模块110运行在具有摄像头的终端设备中，而编码图像获取模块120、编码ID获取模块130、目标图案获取模块140或位置信息获取模块150可运行在具有摄像头的终端设备或网络服务器中，根据需要来选择。

据此构成的基于图像进行定位的方案，利用用户摄像头的拍摄功能，不需要其他额外硬件，能够增强定位的精度和稳定性，并且极大降低系统部署和维护成本，易部署、低成本、高精度、可扩展。其能够有效地处理室内和室外环境中，现有定位系统存在的需要额外硬件或基站、需要进行信号指纹采集和更新、受环境影响和信号干扰较大、受用户姿态变化和行为模式的影响较大、不支持三维位置定位、不支持全局位置定位、定位误差易累积、系统不易部署和维护等各种因素限制的问题。

下面通过一实例来进一步地说明本方案。

需明确的是，本实施例是以目标图案在待定位区域顶部进行部署为例，不做限定，目标图案也可在待定位区域的底部或更一般的空间内进行部署。所述的实施例是以用户端(如手机)进行用户位置和姿态计算为例，不做限定，也可以在网络服务器端进行用户位置和姿态的计算。所述的实施例是以计算用户的三维位置为例，不做限定，也可以用于计算用户的一维或二维位置。本实例方案不仅可应用于室内定位场景，也可应用于室外定位场景。

参见图3-8所示内容，本实施例基于图像进行定位的实现过程具体包括如下步骤：

1、目标图案部署。

在待定位区域(例如一个大型商场、展馆、隧道、地下矿井、地下车库等室内环境)的顶部粘贴部署低成本的目标图案；目标图案的部署结合待定位区域的已有布局和特征进行，按一定朝向放置，每3-10米放置一个；所部署的目标图案的编码ID以及其对应的空间坐标和空间姿态等信息，存储在网络数据库中；这里的目标图案为纸质的、相同大小的二维矩形图片；这里的目标图案基于图2所示规则进行编码：按顺序从左到右、从上到下的8个长条用于表示目标图案的编码ID，其中的每个长条用2个比特编码(相应地，每个长条用4种可能的颜色之一表示)。

相应地，每个目标图案使用16个二进制比特进行编码，系统可以使用2¹⁶＝65536个不同的编码ID，这时系统支持本地唯一的编码ID。左上角的三角形用于指示目标图案的朝向(例如图3表示目标图案为向前放置，为缺省朝向；图4表示目标图案为向后放置)，其边长分别为目标图案长宽的1/3和1/4，其颜色可用于对编码ID进行校验或纠错。本实施例对如何进行校验或纠错不做限定。

作为另外一个替代方案，如果上述图3的每个长条用8个比特编码(相应地，每个长条用256种可能的颜色之一表示)，则系统可以使用2⁶⁴个不同的编码ID，这时系统可以支持全局唯一的编码ID，进而支持全局坐标定位。

从如上描述可知，通过采用一定的编码方式，本发明能够灵活地支持本地唯一或全局唯一的编码ID，从而支持本地坐标定位或全局坐标定位。

需明确的是，本实施例对所述目标图案、部署方式以及编码规则均为举例进行说明不做限定。

2、获得区域图像S。如图5，所述区域图像S为用户手持手机在当前位置以当前姿态，利用所持手机前置摄像头的缺省拍摄功能进行实时视频流拍摄所形成的；取决于目标图案在商场内的部署情况以及用户拍摄时摄像头的位置和姿态，所获的区域图像中将包含0个、1个或多个编码图像。

3、获得编码图像。

如图6，用户解析区域图像S，去除背景B，利用目标图案所具有的轮廓特征(例如本实施例中所述的目标图案为四边形、只有一个角上有一个带颜色三角形、三角形的两个边长为对应边长的1/3和1/4)获得编码图像；这里所获得的编码图像可能有0个、1个或多个。

4、获得编码ID。

如图7，用户利用步骤3所获得的编码图像，解析得到相应的编码ID，并针对得到的编码ID进行校验或纠错，最终获得正确的编码ID；取决于3所解析得到的编码图像的个数以及这里进行的校验或纠错结果，这里获得的编码ID将包含0个、1个或多个目标图案的编码ID。本实施例对如何解析编码图像不做限定。

5、获得目标图案信息。

如图8，用户利用4所获得的编码ID，通过查询网络数据库的方式，获得匹配的目标图案O₁的信息，包括目标图案O₁在待定位区域内的三维位置X_O以及姿态A_O；通过本步骤，用户判断目标图案O₁和相应编码图像P₁匹配。取决于4所获得编码ID中所包含的目标图案编码ID的个数，通过查询网络数据库，所得到的目标图案O₁的个数将有0个、1个或多个，其三维位置X_O以及姿态A_O也将有0个、1个或多个。

6、估计相对位置矢量和相对姿态。

用户利用步骤5中所确定的目标图案O₁和所匹配的编码图像P₁，以及由拍摄功能f所确定的P₁＝f(R₁,O₁)关系，估计当前的拍摄规则R₁，并由此推断出摄像头相对于目标图案的相对位置矢量D_R、摄像头相对于目标图案的相对姿态A_R；取决于步骤5所查询获得的目标图案的个数，这里的摄像头的相对位置矢量D_R和相对姿态A_R将有0个、1个或多个。本实施例对如何估计当前的拍摄规则不做限定，例如可以简单地利用匹配的编码图案轮廓和目标图案轮廓(本实施例中目标图案轮廓为一个角为三角的固定尺寸的矩形)来进行推算。

7、计算用户的当前位置和姿态。用户利用步骤6所估计的摄像头相对于目标图案O₁的相对位置矢量D_R，以及步骤5所获得的目标图案在待定位区域内的三维位置X_O，获得摄像头在待定位区域内的当前三维位置X₁；

同时，利用步骤6所获得的摄像头相对于目标图案的相对姿态A_R，以及步骤5所获得的目标图案的姿态A_O，获得摄像头的当前姿态A₁。

如果步骤5获得的目标图案有多个，则这里的摄像头的当前位置X₁和当前姿态A₁，将由这些目标图案的位置和姿态，以及摄像头相对这些目标图案的位置矢量和姿态，采用如下加权平均的方式获得：

其中(i)表示针对的是第i个匹配的目标图案，W和w分别表示坐标和姿态的加权因子。需明确的是，本实施例对所述通过加权平均计算坐标和姿态为举例进行说明不做限定。

通过上述实例方案可知，本方案相对于现有的定位方案具有如下的优点：

本方案相较于基于指纹的定位技术(例如地磁指纹/WiFi指纹等)，不需要进行信号指纹的采集和更新；

本方案相较于基于信号强度的定位技术(例如WiFi定位/iBeacon蓝牙定位等)，不需要部署定位基站；

本方案相较于惯导定位技术，没有定位误差累积的问题，同时不易受用户姿态和行为模式的影响，并且除了支持二维平面的定位，还支持三维空间的定位；

本方案相较于UWB超宽带定位/可见光定位/声波定位/超声波定位/磁定位/ToA/TDoA/AoA等技术，不需要部署定位基站，也不需要引入额外硬件；

相较于现有定位技术，本方案不仅支持本地坐标定位，还支持全局坐标定位。

综上，相较于现有定位技术，本方案不易受环境变化、信号波动和干扰的影响，也不干扰其他的通信或定位系统；本方案具有低成本、易部署、支持三维位置定位、支持全局位置定位、精度高、抗干扰、稳定性好、易扩展、适用性广的特点；本方案能够和惯导定位、可见光定位、WiFi/iBeacon/地磁/磁/声波/超声波/UWB/ToA/TDoA/AoA定位等上述的一种或多种定位技术集成，将催生更多的融合定位解决方案，能够产生更多有益的结果。

最后需要指出，上述方法为纯软件架构，可以透过程序代码布设于实体媒体，如硬盘、软盘、光盘片、或是任何机器可读取(如智能型手机、计算机可读取)储存媒体，当机器加载程序代码且执行，如智能型手机加载且执行，机器成为用以实行本方法的装置。

再者，上述方法亦可以程序代码型态透过一些传送媒体，如电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，当程序代码被机器，如智能型手机接收、加载且执行，机器成为用以实行本方法的装置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于图像的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：

获取区域图像，所述区域图像由用户在当前位置以当前姿态获取的实时摄像视频流中的视频帧所形成，或由用户在当前位置以当前姿态进行拍照所形成，该区域图像内包含至少1个编码图像；该编码图像为预先部署在待定位区域内可编码的目标图案，具有对应的编码ID；

解析区域图像，获取编码图像；

解析编码图像获得对应的编码ID；

根据确定的编码ID获取匹配的目标图案在待定位区域内的部署信息；

根据获取的目标图案在待定位区域内的部署信息，估计用户相对于目标图案的相对位置信息；

确定用户当前的位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于图像的定位方法，其特征在于，所述目标图案基于自身的特征及部署的位置信息进行编码，编码后的目标图案具有唯一的编码ID。

3.根据权利要求2所述的基于图像的定位方法，其特征在于，所述部署的目标图案的编码ID及相关信息对应地存储在数据库中，所述相关信息至少包括所部署的目标图案的位置和姿态。

4.根据权利要求1所述的基于图像的定位方法，其特征在于，在解析区域图像时，基于目标图案的特征从区域图像中提取出相应的编码图像。

5.根据权利要求1所述的基于图像的定位方法，其特征在于，解析编码图像获得对应的编码ID的过程包括：

解析获得的编码图像，得到初步的编码ID；

针对得到的初步的编码ID，进行校验或纠错，最终获得正确的编码ID。

6.根据权利要求1所述的基于图像的定位方法，其特征在于，在获取匹配的目标图案在待定位区域内的部署信息时，利用所获得的编码ID，通过直接解码或查询数据库来获得匹配的目标图案的信息，该信息至少包括目标图案在待定位区域内的位置以及姿态。

7.根据权利要求1所述的基于图像的定位方法，其特征在于，在估计用户相对于目标图案的相对位置信息时包括：

利用所确定的目标图案和所匹配的编码图像，估计当前的拍摄规则；

基于估计的拍摄规则，推断出用户拍摄时摄像装置相对于目标图案的相对位置矢量，摄像装置相对于目标图案的相对姿态。

8.根据权利要求1所述的基于图像的定位方法，其特征在于，在确定用户当前的位置信息时包括：

利用获得的摄像装置相对于目标图案的相对位置矢量，以及所获得的目标图案在待定位区域内的位置，来确定摄像装置在待定位区域内的当前位置；

利用获得的摄像装置相对于目标图案的相对姿态，以及所获得的目标图案的姿态，来确定摄像装置的当前姿态。

9.一种基于图像的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：

区域图像获取模块，用于在当前位置以当前姿态获取的实时摄像视频流中的视频帧形成区域图像，或在当前位置以当前姿态拍照区域图像，该区域图像内包含至少1个编码图像；该编码图像为预先部署在待定位区域内可编码的目标图案，具有对应的编码ID；

编码图像获取模块，用于解析区域图像获取模块获取的区域图像，提取相应的编码图像；

编码ID获取模块，用于分析编码图像获取模块提取的编码图像，获得对应的编码ID；

目标图案获取模块，用于根据编码ID获取模块获得的编码ID获得匹配的目标图案信息；

位置信息获取模块，用于基于目标图案获取模块获得匹配的目标图案信息计算用户当前的位置信息。

10.根据权利要求9所述的基于图像的定位系统，其特征在于，所述位置信息获取模块包括：

相对位置估算模块，用于基于目标图案获取模块获得匹配的目标图案信息计算用户相对于目标图案的相对位置信息；

当前位置计算模块，用于基于相对位置估算模块计算确定的用户相对于目标图案的相对位置信息计算确定用户当前的位置信息。