CN109188357B - 一种基于结构光阵列的室内定位系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于结构光阵列的室内定位系统和方法。该系统包括红外线结构光阵列发射器、图像捕捉器，图像识别系统和定位系统；红外线结构光阵列发射器用于向地面持续发射红外线结构光，形成大小一致、光纹理形状不同的不同区域结构光，形成众多的单位图像；图像捕捉器可以自由在室内移动，并捕捉单位图像，将图像实时发送到图像识别系统；图像识别系统接受图像捕捉器发来的图像并通过图像识别提取单位图像，并同结构光发射的发射图形匹配判断单位图像中所包含结构光的形状和大小；定位系统根据图像识别系统返回的结构光形状和大小，进行图像矫正，并计算图像捕捉器所在位置，以达到定位效果。本发明的定位精度视单位结构光照射区域大小而定，让室内定位精度可随意控致，显著提升室内定位范围的精度，降低了室内定位的成本。

Description

一种基于结构光阵列的室内定位系统和方法
技术领域
本发明涉及室内定位技术领域，特别是一种基于结构光阵列的室内定位系统和方法。
背景技术
目前, 比较成熟的定位方法是使用GPS定位技术，但是，这种技术在室内环境无法获取GPS信号，导致室内定位困难。现在常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、RFID和超声波，都需要相对应的发射和接受设备。并且定位精度和效果无法控制，基本在3-5m的范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于结构光阵列的室内定位系统和方法，针对上述现有技术中的不足，本发明的定位精度视单位结构光照射区域大小而定，让室内定位精度可随意控致，可以显著提升室内定位范围的精度，同时采用普通捕捉装置显著降低了室内定位的成本，拓展了一种新型的室内定位的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于结构光阵列的室内定位系统，其特征在于：它包括结构光阵列发射器、图像捕捉器，图像识别系统和定位系统；
所述结构光阵列发射器用于向地面持续发射红外线结构光，形成大小一致的不同区域结构光，每个区域结构光纹理形状不同，形成众多的单位图像，定位精度视单位结构光照射区域大小而定；
所述图像捕捉器可以自由在室内移动，并捕捉单位图像，将图像实时发送到图像识别系统；
所述图像识别系统接受图像捕捉器发来的图像并通过图像识别提取单位图像，并同结构光发射的发射图形匹配判断单位图像中所包含结构光的形状和大小；
所述定位系统根据图像识别系统返回的结构光形状和大小，进行图像矫正，并计算图像捕捉器所在位置，以达到定位效果。
一种基于结构光阵列的室内定位方法，其特征在于：采用如上所述的基于结构光阵列的室内定位系统进行实施，具体步骤是：
A、结构光阵列发射器用于向地面持续发射红外线结构光，形成大小一致的不同区域结构光，每个区域结构光纹理形状不同，形成众多的单位图像；
B、图像捕捉器自由在室内移动，并捕捉单位图像，将图像实时发送到图像识别系统；
C、图像识别系统接受图像捕捉器发来的图像并通过图像识别提取单位图像，并同结构光发射的发射图形匹配判断单位图像中所包含结构光的形状和大小；
D、所述定位系统根据图像识别系统返回的结构光形状和大小，进行图像矫正，并计算图像捕捉器所在位置，以达到定位效果。
所述的基于结构光阵列的室内定位方法，其特征在于：所述结构光阵列发射器布置在室内上方，可以单一结构光阵列部署，也可以单一发射器投射阵列结构光。
所述的基于结构光阵列的室内定位方法，其特征在于：所述图像捕捉器包括图像捕捉模块和传输模块，所述图像捕捉模块为普通摄像头，所述传输模块将捕捉到的图像传输到图像识别系统。
所述的基于结构光阵列的室内定位方法，其特征在于：所述图像识别系统进行图像矫正并识别图像捕捉器传输过来的图像信息。
所述的基于结构光阵列的室内定位方法，其特征在于：所述定位系统根据图像识别系统返回的数据，对比室内场景尺寸和实际结构光部署距离，计算图像捕捉器位置，达到定位效果。
本发明的有益效果在于：
1、本发明显著提升了室内定位范围的精度的可控性，同时采用普通捕捉装置可以显著降低了室内定位的成本，拓展了一种新型的室内定位的方法。
2、本发明特别用于室内空间的定位，现有技术中，需定位人员需要佩戴图像捕捉传输器，并保证不被遮挡和摄像头可以采集到地面纹理，采用本发明后，人员可以被定位追踪。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
图2是本发明方法中红外线结构光阵列发射器的形成的单位图像示意图。
图3是本发明方法中红外线结构光阵列发射器的投射方式1。
图4是本发明方法中红外线结构光阵列发射器的投射方式2。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
请参阅图1，本发明公开了一种基于结构光阵列的室内定位系统。如图所示：它包括红外线结构光阵列发射器1、图像捕捉器2，图像识别系统3和定位系统4。
所述红外线结构光阵列发射器1用于向地面持续发射红外线结构光，形成大小一致的不同区域结构光，每个区域结构光纹理形状不同，形成众多的单位图像，定位精度视区域大小而定，如图2。通过红外线结构光阵列发射器1发射不同结构光，形成不同区域阵列。不同发射器的光束发射角度α并不一样，同样同一种发射器在距离地面高度H不同时照射范围也不同，根据这个属性在部署发射器时，可以根据需要的精度选择不同发射角的发射器，同时按需调整其安装高度。发射器的不同发射角度α和发射器安装高度H的随意组合，有效地控制光束的照射区域 QUOTE 。从而达到达到单位结构光照射区域的大小的随意控制。区域的大小将直接决定定位的精度。
所述图像捕捉器2可以自由在室内移动，并捕捉单位图像，将图像实时发送到图像识别系统；
所述图像识别系统3接受图像捕捉器发来的图像并通过图像识别提取单位图像，并同结构光发射的发射图形匹配判断单位图像中所包含结构光的形状和大小；
所述定位系统4根据图像识别系统返回的结构光形状和大小，进行图像矫正，并计算图像捕捉器所在位置，以达到定位效果。
在本发明中红外线结构光发射器采用衍射结构光发生器, 但对所述结构光发射器的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。在发明中图像捕捉器可采用罗技C920摄像头或具有摄像头和数据传输模块的智能终端，但对所述图像捕捉器的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。
一种基于结构光阵列的室内定位方法，采用如上所述的基于结构光阵列的室内定位系统进行实施，具体步骤是：
A、红外线结构光阵列发射器用于向地面持续发射红外线结构光，形成大小一致的不同区域结构光，每个区域结构光纹理形状不同，形成众多的单位图像；
B、图像捕捉器自由在室内移动，并捕捉单位图像，将图像实时发送到图像识别系统；
C、图像识别系统接受图像捕捉器发来的图像并通过图像识别提取单位图像，并同结构光发射的发射图形匹配判断单位图像中所包含结构光的形状和大小；
D、所述定位系统根据图像识别系统返回的结构光形状和大小，进行图像矫正，并计算图像捕捉器所在位置，以达到定位效果。
所述红外线结构光阵列发射器布置在室内上方，可以单一结构光阵列部署，如图3，也可以单一发射器投射阵列结构光，如图4。优选地，所述结构光阵列发射器同地面需要垂直部署。投射区域叠加程度不能超过1/4，以保证地面纹理在识别时的可靠性，以及图像矫正时可靠性。
所述图像捕捉器包括图像捕捉模块和传输模块，所述图像捕捉模块为普通摄像头，所述传输模块将捕捉到的图像传输到图像识别系统。优选地，所述图像捕捉传输器为带摄像头和无线的安卓机器，其实现图像的捕捉功能和图像数据的无线传输。
所述图像识别系统进行图像矫正并识别图像捕捉器传输过来的图像信息。优选地，所述图像识别系统首先将图片灰度化，阈值二值化，采用轮廓提取技术寻找轮廓的包围矩阵，并且获取角度，变换角度结合霍夫进行相关矫正。
所述定位系统根据图像识别系统返回的数据，对比室内场景尺寸和实际结构光部署距离，计算图像捕捉器位置，达到定位效果。优选地，所述图像定位系统，包含图像匹配和定位，通过捕捉回来的图像纹理同发射器的光结构做比对，由于每个区域的纹理都不同，导致通过图像可以精确的匹配当前捕捉器捕捉到的角度和方向，通过角度方向计算出捕捉器的位置，既人员当前位置。
在本发明的另一个实施例中，本发明可对有障碍物的室内实施定位。在有障碍物的室内，其图像捕捉器捕获的图像有所不一样，但是单位图像周边的单位图像序列是一样的，所以障碍物对其影响非常小。
当多个图像捕捉器传输器在室内任意移动，定位系统也可以有效的追踪到图像捕捉器的实时位置，定位精度视单一结构光发射器照射区域大小而定。
以上对本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (1)

1.一种基于结构光阵列的室内定位系统，其特征在于：它包括结构光阵列发射器、图像捕捉器，图像识别系统和定位系统；所述结构光阵列发射器用于向地面持续发射红外线结构光，形成大小一致的不同区域结构光，每个区域结构光纹理形状不同，形成众多的单位图像，定位精度视单位结构光照射区域大小而定；所述图像捕捉器可以自由在室内移动，并捕捉单位图像，将图像实时发送到图像识别系统；所述图像识别系统接受图像捕捉器发来的图像并通过图像识别提取单位图像，并同结构光发射的发射图形匹配并判断单位图像中所包含结构光的形状和大小；所述定位系统根据图像识别系统返回的结构光形状和大小，进行图像矫正，并计算图像捕捉器所在位置，以达到定位效果；所述基于结构光阵列的室内定位系统执行如下定位方法，具体步骤是：A、结构光阵列发射器用于向地面持续发射红外线结构光，形成大小一致的不同区域结构光，每个区域结构光纹理形状不同，形成众多的单位图像；B、图像捕捉器自由在室内移动，并捕捉单位图像，将图像实时发送到图像识别系统；C、图像识别系统接受图像捕捉器发来的图像并通过图像识别提取单位图像，并同结构光发射的发射图形匹配并判断单位图像中所包含结构光的形状和大小；D、所述定位系统根据图像识别系统返回的结构光形状和大小，进行图像矫正，并计算图像捕捉器所在位置，以达到定位效果；所述结构光阵列发射器布置在室内上方，可以单一结构光阵列部署，也可以单一发射器投射阵列结构光；所述图像捕捉器包括图像捕捉模块和传输模块，所述图像捕捉模块为普通摄像头，所述传输模块将捕捉到的图像传输到图像识别系统；所述图像识别系统进行图像矫正并识别图像捕捉器传输过来的图像信息；所述定位系统根据图像识别系统返回的数据，对比室内场景尺寸和实际结构光部署距离，计算图像捕捉器位置，达到定位效果。
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