CN109587628B - 一种室内实时定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及图像处理，尤其涉及一种室内实时定位方法及装置，其中方法包括，通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；获取多张目标的图像中目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息；根据目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对目标进行定位。本申请的定位方法，被定位目标无需携带信号发射终端，减少了室内电磁辐射对人体的影响，同时不影响定位人员的正常活动，本申请可结合已有的监控设备，无需另外进行定位基站的建设，降低了成本。

Description

一种室内实时定位方法和装置

技术领域

本申请涉及图像处理，尤其涉及一种室内实时定位方法及装置。

背景技术

常规的室内定位主要采用无线定位的方式，如WiFi、RFID等方式，采用多基站+终端的方式。要求被定位目标必须携带特定的发射信号终端，通过基站接收特定终端(定位手环、定位工牌、定位钥匙)发射特定的信号。利用信号的到达时间TOA、差分到达时间TDOA、到达角度AOA、接收信号强度RSSI等方式，通过多基站对信号的处理，精确定位的目标。常规的方式，要求被定位人员或目标需要携带信号发射终端，对于未携带信号发射终端难以定位，而在某些场景下，如医院或体检中心为了减少射频信号或者电磁信号对人体的辐射伤害，这类通过携带信号发射终端的方法和设备就不适用。

发明内容

为了解决现有技术中在不能使用信号发射终端的环境中的定位问题，本申请提供一种室内实时定位方法和装置。

一种室内实时定位方法，包括：

通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；

获取所述多张目标的图像中所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息；

根据所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位。

其中，所述通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；包括：

至少通过处于室内不同位置的第一采集设备和第二采集设备分别获取一张目标的图像，其中一张目标的图像中至少包括所述目标和完整的第一背景墙，另一张目标图像中至少包括所述目标和与所述第一背景墙相邻的完整的第二背景墙。

其中，所述获取所述多张目标的图像中所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息，包括：

分别获取所述目标的图像中的目标水平方向的宽度以及所述目标的左侧与第一背景墙或第二背景墙左侧的距离和所述目标的右侧与第一背景墙或第二背景墙右侧的距离；

分别获取第一采集设备和第二采集设备的中心点与两侧墙壁的距离。

其中，所述根据所述目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位，包括：

通过以下公式(1)和(2)分别获取所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的相对距离，以室内水平面为参考面建立平面坐标系，根据所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离获取所述目标在所述平面坐标系中的位置；

其中，x1,y1为所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离，L1、L2分别为所述第一采集设备或第二采集设备的中心点与左右两侧墙边的距离，W1、W2分别为第二采集设备或第一采集设备的中心点与左右两侧墙边的距离；其中，式(1)和式(2)中的M1、M2分别通过以下公式进行计算：

其中，sw1为目标在一张所述目标图像中水平方向的宽度，aw1为所述目标的一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离，以所述目标的左侧为例，aw1即为所述目标的左侧与第一背景墙或第二背景墙的左侧的距离，aw2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离；

其中，sl1为目标在另一张所述目标图像中水平方向的宽度，al1为所述目标的一侧与第二背景墙或第一背景墙的该侧的距离，al2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离。

进一步的，所述根据所述目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位前，还包括：

获取实时采集的多张目标的图像中的特征信息，根据所述特征信息对所述目标进行识别。

一种室内实时定位装置，包括：

拍摄模块，用于通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；

信息获取模块，用于获取所述多张目标的图像中所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息；

定位模块，用于根据所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位。

进一步的，还包括：

识别模块，用于获取实时采集的多张目标的图像中的特征信息，根据所述特征信息对所述目标进行识别。

其中，所述通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；包括：

至少通过处于室内不同位置的第一采集设备和第二采集设备分别获取一张目标的图像，其中一张目标的图像中至少包括所述目标和完整的第一背景墙，另一张目标图像中至少包括所述目标和与所述第一背景墙相邻的完整的第二背景墙。

其中，所述根据所述目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位，包括：

通过以下公式(1)和(2)分别获取所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的相对距离，以室内水平面为参考面建立平面坐标系，根据所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离获取所述目标在所述平面坐标系中的位置；

其中，x1,y1为所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离，L1、L2分别为所述第一采集设备或第二采集设备的中心点与左右两侧墙边的距离，W1、W2分别为第二采集设备或第一采集设备的中心与左右两侧墙边的距离；其中，式(1)和式(2)中的M1、M2分别通过以下公式进行计算：

其中，sw1为目标在一张所述目标图像中水平方向的宽度，aw1为所述目标的一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离，以所述目标的左侧为例，aw1即为所述目标的左侧与第一背景墙或第二背景墙的左侧的距离，aw2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离；

其中，sl1为目标在另一张所述目标图像中水平方向的宽度，al1为所述目标的一侧与第二背景墙或第一背景墙的该侧的距离，al2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离。

一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如所述的定位方法。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

本申请的定位方法和设备，通过多个采集设备从不同角度获取目标在场景中的多张目标的图像，进而获取多张目标的图像中目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息，根据目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对目标进行定位。其中，被定位目标无需携带信号发射终端，减少了室内电磁辐射对人体的影响，同时不影响定位人员的正常活动，本申请可结合已有的监控设备，无需另外进行定位基站的建设，降低了成本。

附图说明

图1为本申请的方法在一种实施方式中的流程图；

图2为本申请实施例中采集的第一背景墙和第二背景墙的示意图；

图3为本申请实施例摄像机采集图像时目标在第一背景墙上投影示意图；

图4为本申请实施例的方法中目标在室内位置示意图；

图5为第一采集设备采集的图像中的目标的位置示意图；

图6为第二采集设备采集的图像中的目标的位置示意图；

图7为本申请的装置在一种实施方式中的程序模块示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种室内实时定位方法，其一种实施方式，包括以下步骤：

步骤101：通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；

在步骤101中，本实施例采用两个采集设备分别从两个角度采集两张目标图像，这两个采集设备分别位于室内的两面墙的一侧，如图2，第一采集设备设置在W墙的对面，第二采集设备设置在L墙的对面，这样第一采集设备可以采集目标物体及完整的第一背景墙W的图像，第二采集设备可以采集到目标物体及完整的第二背景墙L的图像，其中，如图3为第二采集设备采集目标的及其第二背景墙L的示意图，图中H为L墙的高度。

其中，在其他实施例中，还可以将多个采集设备可以设置在同一侧也可以设置在不同侧，可以设置在地面上或墙面上，只要可以从不同的角度拍摄到目标的图像且目标的图像中包含完整的至少相邻两面背景墙的图像即可。如本实施例中分别通过第二采集设备获取目标物体和第二背景墙的图像，如图5所示，再通过第一采集设备获取目标物体和第一背景墙的图像，如图6所示。

其中，本实施例的采集设备选用摄像机，在其他实施例中还可以采用摄像头或者室内原来设置在监控摄像头等，这样无需再重新布置摄像头，可以节约成本。

步骤102：获取多张目标的图像中目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息。

其中，在步骤102中，根据步骤101中获取的两张目标的图像，分别测量一张目标的图像中目标的水平宽度如图5中sw1，测量目标的图像中目标的左侧与第二背景墙左侧的距离为aw2,测量目标的图像中目标的右侧与第二背景墙右侧的距离为aw1，进一步的测量另一张目标的图像中目标的水平宽度如图6中的sl1,测量目标的图像中目标的左侧与第一背景墙左侧的距离为al2,测量目标的图像中目标的右侧与第一背景墙右侧的距离为al1。

其中为了采集的距离更加精确，本实施例以目标物体的物理中心点为参考点分别采取上述距离。

其中获取目标的图像中目标的宽度以及其左右侧分别到该侧背景墙的距离时，根据图像中的像素的多少可以直接获取，此时不再赘述。

进一步的，本实施例还需要测量第一采集设备和第二采集的中心点与两侧墙壁的距离，如图4，第一采集设备的中心点与左右两侧墙壁的距离分别为L1和L2，第二采集设备的中心点与左右两侧墙壁的距离分别为W1和W2。

步骤103，根据目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对目标进行定位。

其中，在步骤103中，根据步骤102中采集到的位置信息，通过以下公式(1)和(2)分别获取目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的相对距离；然后根据预先以室内水平面为参考面建立的平面坐标系，根据目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离获取目标在平面坐标系中的位置，完成目标的定位。值得说明的是由于本实施例中图4的右侧竖直直线用于示意第二背景墙在水平面或水平坐标系中的投影，而图4中上端中的水平直线用于示意第一背景墙在水平面或水平坐标系中的投影，所以根据公式(1)和(2)求的值，实际上分别是相对于第一背景墙和第二背景墙正对面的墙壁的距离，本领域技术人员应该理解的是，在预先已经测量得到空间或房间四周的长度后，很轻易的求的目标相对于第一背景墙和第二背景墙的位置。即只要计算的目标和第一背景墙和第二背景墙的参考距离后，即可实现对目标的定位。

其中，如图4，x1,y1为目标的中心点与坐标原点的距离，L1、L2分别为第一采集设备的中心点与其左右两侧墙边的距离，W1、W2分别为第二采集设备与其左右两侧墙边的距离；其中，式(1)和式(2)中的M1、M2分别通过以下公式进行计算：

其中，sw1为目标在一张目标图像中水平方向的宽度，aw1为目标的左侧与第一背景墙的左侧的距离，aw2为目标的右侧与第一背景墙的右侧的距离。其中，sl1为目标在另一张目标图像中水平方向的宽度，al1为目标的左侧与第二背景墙的左侧的距离，al2为目标的右侧与第二背景墙的右侧的距离。

其中，如图4，θ1为第一采集设备中轴线与第一采集设备和目标中心点的连线之间的夹角，则M1为组成θ1的两条射线与第一背景墙的交点之间的连线的水平长度；θ2为第二采集设备中轴线与第采集设备和目标中心点的连线之间的夹角，则M2为组成θ2的两条射线与第二背景墙的交点之间的连线在水平方向的长度。

以下结合图4对本申请的公式(1)和公式(2)推导过程进行说明。

由于拍摄的图像中目标所占背景墙的比例和实际环境中目标在对应背景墙上的投影的比例相同，因此根据图4可得：

由(A)式可以得出：

由(B)式可以得出：

根据正切公式可得：

由(C)式可以得出：

由(D)式可以得出：

将(E)代入到(F)，可以得出：

分解计算

分解计算

得出x1计算结果

将(J)代入(F)中得出

对J式和K式化简即可式(1)和式(2)。

进一步的，本申请的室内实时定位方法，在步骤102和步骤103之间还可以包括：获取实时采集的多张目标的图像中的特征信息，根据所述特征信息对所述目标进行识别。

在进行定位之前，本实施例中的目标为人，还可以进行人体/人脸识别等操作，通过实时采集图像中目标的人体特征，如人脸、穿着、外形等，基于人体特征进行人员分析。在实际应用中，可根据人员特征，采用人脸识别技术(或其它特征识别)，对识别出的人进行标注或编码，为动态人员定位提供前提条件；或者，可根据某类人员特征，采用人脸识别技术(或其它特征识别)对人员进行分组，并对不同人员组进行标注或编码，为动态人员组定位提供前提条件。例如，针对医院的病人，可通过图像识别，根据病人穿着(病号服)这一特征进行图像识别，将搜速到与该特征匹配的人员组编码为001或“病人”。

本申请为解决被定位人员需要携带信号发射终端的繁琐、减小室内电磁辐射对人体的影响，提出一种基于图像识别的室内实时人员定位方法，通过多摄像机从不同角度对目标进行实时拍照，结合拍摄的图像中目标物体的位置，进行综合处理及分析，从不同角度进行判决目标的位置。多个摄像机可增加定位的精准度。同时，本申请还可以用于对医院、办公室、办案中心、体检中心的动态人员的位置进行监控与分析，避免了电磁辐射对人体的伤害。

实施例二：

如图7所示，本申请的室内实时定位装置，其一种实施方式，包括拍摄模块201、信息获取模块202、定位模块203。

其中，拍摄模块201，用于通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；

信息获取模块202，用于获取多张目标的图像中目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息；

定位模块203，用于根据目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对目标进行定位。

在本申请中，拍摄模块201采用两个采集设备分别从两个角度采集两张目标图像，这两个采集设备分别位于室内的两面墙的一侧，如图2，第一采集设备设置在W墙的对面，第二采集设备设置在L墙的对面，这样第一采集设备可以采集目标物体及完整的第一背景墙W的图像，第二采集设备可以采集到目标物体及完整的第二背景墙L的图像，其中，如图3为第二采集设备采集目标的及其背景墙L的示意图，图中H为L墙的高度。

其中，信息获取模块202用于根据拍摄模块拍摄的两张目标的图像，分别测量一张目标的图像中目标的水平宽度如图4中sw1，测量目标的图像中目标的左侧与第一背景墙左侧的距离为aw2,测量目标的图像中目标的右侧与第一背景墙右侧的距离为aw1，进一步的测量另一张目标的图像中目标的水平宽度如图5中的sl1,测量目标的图像中目标的左侧与第二背景墙左侧的距离为al2,测量目标的图像中目标的右侧与第二背景墙右侧的距离为al1。其中获取目标的图像中目标的宽度以及其左右侧分别到该侧背景墙的距离时，根据图像中的像素的多少可以直接获取，此处不再赘述。

进一步的，还需要预先测量第一采集设备和第二采集的中心点与两侧墙壁的距离，并把测量的距离预先存入信息获取模块203中。

其中，定位模块203根据信息获取模块202获取的位置信息以及预先存储的第一采集设备和第二采集设备的位置信息计算出目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的相对距离。然后根据预先以室内水平面为参考面建立的平面坐标系，根据目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离获取目标在平面坐标系中的位置，完成目标的定位。其中具体的计算过程和实施例1中相同，此处不在赘述。

在一种实施方式中，如图7，本申请的装置还可以包括识别模块，用于获取实时采集的多张目标的图像中的特征信息，根据特征信息对所述目标进行识别。具体的，在定位模块203定位之前，识别模块还可以进行人体/人脸识别等操作，通过实时采集图像中目标的人体特征，如人脸、穿着、外形等，基于人体特征进行人员分析。在实际应用中，可根据人员特征，采用人脸识别技术(或其它特征识别)，对识别出的人进行标注或编码，为动态人员定位提供前提条件；或者，可根据某类人员特征，采用人脸识别技术(或其它特征识别)对人员进行分组，并对不同人员组进行标注或编码，为动态人员组定位提供前提条件。例如，针对医院的病人，可通过图像识别，根据病人穿着(病号服)这一特征进行图像识别，将搜速到与该特征匹配的人员组编码为001或“病人”。

实施例三：

一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现实施例一中的方法。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (4)

1.一种室内实时定位方法，其特征在于，包括：

通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；

获取所述多张目标的图像中所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息；

根据所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位；

所述通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像，包括：

至少通过处于室内不同位置的第一采集设备和第二采集设备分别获取一张目标的图像，其中一张目标的图像中至少包括所述目标和完整的第一背景墙，另一张目标图像中至少包括所述目标和与所述第一背景墙相邻的完整的第二背景墙；

所述获取所述多张目标的图像中所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息，包括：

分别获取所述目标的图像中的目标水平方向的宽度以及所述目标的左侧与第一背景墙或第二背景墙左侧的距离和所述目标的右侧与第一背景墙或第二背景墙右侧的距离；

分别获取第一采集设备和第二采集设备的中心点与两侧墙壁的距离；

所述根据所述目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位，包括：

通过以下公式(1)和(2)分别获取所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的相对距离，以室内水平面为参考面建立平面坐标系，根据所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离获取所述目标在所述平面坐标系中的位置；

其中，x1,y1为所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离，L1、L2分别为所述第一采集设备或第二采集设备的中心点与左右两侧墙边的距离，W1、W2分别为第二采集设备或第一采集设备的中心点与左右两侧墙边的距离；其中，式(1)和式(2)中的M1、M2分别通过以下公式进行计算：

其中，sw1为目标在一张所述目标图像中水平方向的宽度，aw1为所述目标的一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离，aw2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离；

其中，sl1为目标在另一张所述目标图像中水平方向的宽度，al1为所述目标的一侧与第二背景墙或第一背景墙的该侧的距离，al2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位前，还包括：

获取实时采集的多张目标的图像中的特征信息，根据所述特征信息对所述目标进行识别。

3.一种室内实时定位装置，其特征在于，包括：

拍摄模块，用于通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像；

信息获取模块，用于获取所述多张目标的图像中所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息；

定位模块，用于根据所述目标在背景墙中的位置信息以及所述多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位；

所述实时定位装置还包括：

识别模块，用于获取实时采集的多张目标的图像中的特征信息，根据所述特征信息对所述目标进行识别；

所述通过多个采集设备实时从不同角度采集多张目标的图像，包括：

至少通过处于室内不同位置的第一采集设备和第二采集设备分别获取一张目标的图像，其中一张目标的图像中至少包括所述目标和完整的第一背景墙，另一张目标图像中至少包括所述目标和与所述第一背景墙相邻的完整的第二背景墙；

所述根据所述目标在背景墙中的位置信息以及多个采集设备在室内的位置信息对所述目标进行定位，包括：

通过以下公式(1)和(2)分别获取所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的相对距离，以室内水平面为参考面建立平面坐标系，根据所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离获取所述目标在所述平面坐标系中的位置；

其中，x1,y1为所述目标的中心点与第一背景墙和第二背景墙的距离，L1、L2分别为所述第一采集设备或第二采集设备的中心点与左右两侧墙边的距离，W1、W2分别为第二采集设备或第一采集设备的中心点与左右两侧墙边的距离；其中，式(1)和式(2)中的M1、M2分别通过以下公式进行计算：

其中，sw1为目标在一张所述目标图像中水平方向的宽度，aw1为所述目标的一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离，aw2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离；

其中，sl1为目标在另一张所述目标图像中水平方向的宽度，al1为所述目标的一侧与第二背景墙或第一背景墙的该侧的距离，al2为所述目标的另一侧与第一背景墙或第二背景墙的该侧的距离。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1或2中任一项所述的方法。

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