CN111105461B

CN111105461B - 定位装置、基于空间模型的定位方法和可读存储介质

Info

Publication number: CN111105461B
Application number: CN201911389544.0A
Authority: CN
Inventors: 余兵
Original assignee: Wanyi Technology Co Ltd
Current assignee: Wanyi Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111105461A

Abstract

本发明公开了一种基于空间模型的定位方法，所述基于空间模型的定位方法包括以下步骤：获取图像采集模块采集的建筑物内的图像，并确定所述图像中目标对象上的目标位置对应的第一像素坐标；获取所述图像采集模块对应的高度，并确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系；根据所述高度、所述第一像素坐标以及所述目标对应关系，确定所述目标位置在所述空间模型中的目标空间坐标。本发明还公开一种定位装置和可读存储介质。本发明建筑物内的物体定位成本较低。

Description

定位装置、基于空间模型的定位方法和可读存储介质

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种定位装置、基于空间模型的定位方法和可读存储介质。

背景技术

目前常规定位技术有WIFI定位、RFID定位、蓝牙定位、Zigbee、UWB定位等几种方式。而这几种定位方式都是通过无线信号发射设备发送的信号进行定位的。此类定位方式需要依赖于预先植入到目标物中的电子标签。而建筑物内部内的人员来往流动频繁，若为每个人员配置电子标签，导致建筑物内的人员定位成本较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种定位装置、基于空间模型的定位方法和可读存储介质，旨在解决建筑物内的人员定位成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于空间模型的定位方法，所述基于空间模型的定位方法包括以下步骤：

获取图像采集模块采集的建筑物内的图像，并确定所述图像中目标对象上的目标位置对应的第一像素坐标；

获取所述图像采集模块对应的高度，并确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系；

根据所述高度、所述第一像素坐标以及所述目标对应关系，确定所述目标位置在所述空间模型中的目标空间坐标。

在一实施例中，所述确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系的步骤包括：

在所述图像中确定标定点，并获取所述标定点在所述图像中的第二像素坐标以及所述标定点在所述空间模型中的空间坐标；

获取所述图像采集模块的内部参数，并确定图像采集模块的内部参数、图像采集模块的外部参数、像素坐标、高度以及空间模型中空间坐标之间的对应关系；

根据所述内部参数、所述第二像素坐标、所述空间坐标以及所述对应关系确定所述外部参数；

根据所述外部参数、所述内部参数以及所述对应关系确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系。

在一实施例中，所述在所述图像中确定标定点的步骤之前，还包括：

判断所述图像采集模块当前的采集角度与预设角度是否一致；

在所述图像采集模块当前的采集角度与预设角度一致时，将像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的预设对应关系确定为目标对应关系，并执行所述根据所述高度、所述第一像素坐标以及所述目标对应关系，确定所述目标位置在所述空间模型中的目标空间坐标的步骤；

在所述图像采集模块当前的采集角度与预设角度不一致时，执行所述在所述图像确定标定点的步骤。

在一实施例中，所述获取所述标定点在所述空间模型中的空间坐标的步骤包括：

根据所述图像确定所述标定点相对所述建筑物中的参考物的位置参数；

根据所述位置参数确定所述标定点在所述空间模型中的空间坐标。

获取所述图像采集模块的采集角度；

确定所述采集角度对应的像素坐标、高度与空间模型中空间坐标之间的对应关系，以作为目标对应关系。

在一实施例中，所述获取图像采集模块采集的图像的步骤之后，还包括：

对所述图像中的物体进行识别；

在识别的物体包括目标对象时，执行所述确定所述图像中目标对象上的目标位置对应的第一像素坐标的步骤。

在一实施例中，所述目标位置包括所述目标对象与所述目标对象所在地面的接触点。

为实现上述目的，本发明还提供一种定位装置，所述定位装置中设有建筑物的空间模型，所述定位装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的定位程序，所述定位程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于空间模型的定位方法的各个步骤。

在一实施例中所述定位装置还包括图像采集模块，所述图像采集模块与所述处理器连接。

为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有定位程序，所述定位程序被处理器执行时实现如上所述的基于空间模型的定位方法的各个步骤。

本发明提供的定位装置、基于空间模型的定位方法和可读存储介质，定位装置获取图像采集模块采集的图像，并确定图像中目标对象上的目标位置对应的像素坐标，再获取图像采集模块的高度以及像素坐标、高度和建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系，从而根据高度、像素坐标以及目标对应关系确定目标位置在空间模型中的目标空间坐标，从而实现对目标对象的定位。由于定位装置可以根据目标对象在建筑物中的像素坐标对目标对象进行定位，无需为包括人的目标对象配置电子标签，建筑物内的物体定位成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例涉及的定位装置的硬件构架示意图；

图2为本发明基于空间模型的定位方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明基于空间模型的定位方法第二实施例中步骤S30的细化流程示意图；

图4为本发明基于空间模型的定位方法第三实施例的流程示意图

图5为本发明基于空间模型的定位方法第四实施例中步骤S30的细化流程示意图；

图6为本发明基于空间模型的定位方法第五实施例中步骤S10的细化流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的主要解决方案是：获取图像采集模块采集的建筑物内的图像，并确定所述图像中目标对象上的目标位置对应的第一像素坐标；获取所述图像采集模块对应的高度，并确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系；根据所述高度、所述第一像素坐标以及所述目标对应关系，确定所述目标位置在所述空间模型中的目标空间坐标。

由于定位装置可以根据目标对象在建筑物中的像素坐标对目标对象进行定位，无需为包括人的目标对象配置电子标签，建筑物内的物体定位成本较低。

作为一种实现方案，定位装置可以如图1所示。

本发明实施例方案涉及的是定位装置，定位装置包括：处理器101，例如CPU，存储器102，通信总线103。其中，通信总线103用于实现这些组件之间的连接通信。定位装置与建筑物内设置的图像采集模块通信连接。图像采集模块可以作为定位装置的一部分，也可作为定位装置的外接设备。

存储器102可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器102中可以包括定位程序；而处理器101可以用于调用存储器102中存储的定位程序，并执行以下操作：

在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的定位程序，并执行以下操作：

获取所述图像采集模块的采集角度；

对所述图像中的物体进行识别；

所述目标位置包括所述目标对象与所述目标对象所在地面的接触点。

本实施例根据上述方案，定位装置获取图像采集模块采集的图像，并确定图像中目标对象上的目标位置对应的像素坐标，再获取图像采集模块的高度以及像素坐标、高度和建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系，从而根据高度、像素坐标以及目标对应关系确定目标位置在空间模型中的目标空间坐标，从而实现对目标对象的定位。由于定位装置可以根据目标对象在建筑物中的像素坐标对目标对象进行定位，无需为包括人的目标对象配置电子标签，建筑物内的物体定位成本较低。

基于上述定位装置的硬件构架，提出本发明基于空间模型的定位方法的实施例。

参照图2，图2为本发明基于空间模型的定位方法的第一实施例，所述基于空间模型的定位方法包括以下步骤：

步骤S10，获取图像采集模块采集的建筑物内的图像，并确定所述图像中目标对象上的目标位置对应的第一像素坐标；

在本实施例中，执行主体为定位装置。定位装置中设有建筑物的空间模型，空间模型可为BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)。建筑物中的各个楼层中设置有图像采集模块，图像采集模块可为相机或者摄像头。各个图像采集模块与定位装置通信连接。图像采集模块可以作为定位装置的外接设备，也可以作为定位装置的一部分。

图像采集模块实时采集建筑物内的图像，并将采集的图像发送至定位装置。定位装置对图像进行识别，从而识别出图像中的目标对象，目标对象包括但不限于人。进一步的，定位装置还可通过图像确定目标对象上的目标位置，目标位置可为目标对象的某个部位。例如，目标对象为人，则目标位置可为人脸。此外，目标位置还可为目标对象与建筑物内地面或者墙壁的接触点，具体为人与地面的接触点，或者人与墙壁的接触点等。在目标位置为人与地面的接触点时，定位装置能够通过该接触点准确的确定人在建筑物的二维位置，从而使得定位装置能够准确的对目标对象进行空间定位。

目标位置在图像中具有对应的像素点，该像素点具有对应的像素坐标，像素坐标即为目标位置对应的第一像素坐标。可以理解的是，像素点具有在图像中的横向位置以及竖向位置，横向位置以及竖向位置构成像素坐标。例如，目标位置对应的像素点位于图像中的第33行以及第33列；则像素坐标为(33,33)。

步骤S20，获取所述图像采集模块对应的高度；

定位装置存储有各个图像采集模块的信息，信息包括图像采集模块设置在建筑物的第一高度，第一高度具体可为图像采集模块所在楼层相对地面的高度，也即第一高度为图像采集模块所在楼层相对地面的高度。需要说明的是，在本实施例中图像采集模块对应的高度需要根据目标位置进行确定。具体的，在当目标位置为目标对象与地板的接触点时，图像采集模块对应的高度即为上述的第一高度。

而在当目标位置不为目标对象与地板的接触点时，则需要获取目标位置相对图像采集模块所对应的地板的第二高度，例如，目标位置为人脸，则将人的身高作为第二高度，人的身高可以根据图像中采集的用户图像的尺寸进行估算，如图像采集模块的采集的用户图像与预设图像之间的高度比例为1:1.2，且人相对图像采集模块的距离对应一个预设高度，则第二高度为距离对应的预设高度的1.2倍。人相对图像采集模块的距离可通过红外测距模块确定。

步骤S30，确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系；

在本实施例中，目标位置的像素坐标、图像采集模块对应的高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间具有的目标对应关系。具体的，目标对应关系为：

其中，x_w，y_w构成目标位置的第一像素坐标，z_w为图像采集模块对应的高度，s为目标位置在空间模型中的空间坐标，M₁为图像采集模块的内部参数，M₂为图像采集模块的外部参数，内部参数以及外部参数已知，因此，可由上述关系式得到目标位置的像素坐标、图像采集模块对应的高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间具有的目标对应关系。

步骤S40，根据所述高度、所述第一像素坐标以及所述目标对应关系，确定所述目标位置在所述空间模型中的目标空间坐标。

定位装置在确定目标对应关系后，即可根据高度、第一像素坐标以及目标对应关系确定目标位置在空间模型中的目标空间坐标。也即第一像素坐标已知、高度已知，则可根据目标对应关系以及已知的高度和第一像素坐标确定目标位置在空间模型中的目标空间坐标，目标空间坐标即为目标对象在建筑物的空间位置，从而实现了对目标对象的定位。

在本实施例提供的技术方案中，定位装置获取图像采集模块采集的图像，并确定图像中目标对象上的目标位置对应的像素坐标，再获取图像采集模块的高度以及像素坐标、高度和建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系，从而根据高度、像素坐标以及目标对应关系确定目标位置在空间模型中的目标空间坐标，从而实现对目标对象的定位。由于定位装置可以根据目标对象在建筑物中的像素坐标对目标对象进行定位，无需为包括人的目标对象配置电子标签，建筑物内的物体定位成本较低。

参照图3，图3为本发明基于空间模型的定位方法的第二实施例，基于第一实施例，所述步骤S30包括：

步骤S31，在所述图像中确定标定点，并在获取所述标定点所述图像中的第二像素坐标以及所述标定点在所述空间模型中的空间坐标；

在本实施例中，图像采集模块的内部参数是不变的，但图像采集模块的外部参数会随着图像采集模块的运动而发生变化，也即在本实施例中，图像采集模块为可转动角度的摄像头。故而需要在建筑物内设置标定点以实时确定图像采集模块的外部参数。标定点可为地板或墙壁上涂抹一个颜色鲜艳的标识点。该标识点的位置存储在定位装置，也即定位装置可以确定标识点在空间模型中的空间坐标，并从图像采集模块采集的图像中获取标识点的第二像素坐标。第二像素坐标的确定可参照上述说明，在此不再进行赘述。

此外，标定点还可角点，角点可为地板上瓷砖的角点。若标定点为角点，则需对角点进行提取。具体的，定位装置先对图像进行灰度化、去噪等预处理得到灰度图像；采用边缘处理算子对灰度图像进行提取，得到边缘图像；然后采用霍夫变换算子对边缘图像进行提取得到直线图像；通过交点算子对直线图像进行提取得到交点，得到的交点即为角点，也即为标定点。

在当标定点为角点时，需要根据标定点的位置确定标定点在空间模型中的空间坐标。具体的，定位装置在提取角点后，即可确定角点相对建筑物中的参考物的位置参数。例如，参考物为左面墙，而角点为相对左面墙的第二行第二列的瓷砖与相对左面墙的第三行第三列的瓷砖之间的交点，而瓷砖的尺寸一定，则可确定角点相对左面墙的距离以及相对正面墙的距离，两个距离(两个距离即为位置参数)加上瓷砖所在地板相对地面的高度即可构成角点在空间模型中的空间坐标。可以理解的是，定位装置根据图像确定标定点相对建筑物中的参考物的位置参数，从而根据所述位置参数确定标定点在空间模型中的空间坐标。

步骤S32，获取所述图像采集模块的内部参数，并确定图像采集模块的内部参数、图像采集模块的外部参数、像素坐标、高度以及空间模型中空间坐标之间的对应关系；

步骤S33，根据所述内部参数、所述第二像素坐标、所述空间坐标以及所述对应关系确定所述外部参数；

图像采集模块的内部参数、图像采集模块的外部参数、像素坐标、高度以及空间模型中空间坐标之间的对应关系即为s＝M₁M₂X_w，而第二像素坐标以及高度构成X_w，s为标定点在空间模型中的空间坐标，M₁已知，由此，可以根据已知的X_w、s、M₁和s＝M₁M₂X_w，得到M₂，也即确定图像采集模块的外部参数。

步骤S34，根据所述外部参数、所述内部参数以及所述对应关系确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系。

外部参数确定后，即可根据外部参数、内部参数以及对应关系确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系，也即得到图像采集模块在当前采集角度下的X_w与s之间的关系。

在本实施例提供的技术方案中，定位模块对可转动的图像采集模块进行外部参数的实时确定，从而确定与图像采集模块当前采集角度所对应的像素坐标与空间坐标之间的目标对应关系，使得定位装置能够准确的定位目标对象的空间位置。

参照图4，图4为本发明基于空间模型的定位方法的第三实施例，基于第二实施例，所述步骤S20之后，还包括：

步骤S50，判断所述图像采集模块当前的采集角度与预设角度是否一致；

步骤S60，在所述图像采集模块当前的采集角度与预设角度一致时，将像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的预设对应关系确定为目标对应关系；

步骤S35，在所述图像采集模块当前的采集角度与预设角度不一致时，执行所述在所述图像中确定标定点，并获取所述标定点在所述图像中的第二像素坐标以及所述标定点在所述空间模型中的空间坐标的步骤。

在本实施例中，定位装置中设有预设角度下像素坐标与空间坐标之间的对应关系，该对应关系即为预设对应关系。预设角度可以为图像采集模块安装时的采集角度。

定位装置在接收到图像采集模块采集的图像后，可以根据图像确定图像采集模块的当前采集角度。具体的，图像采集模块相对一个墙面设置，定位装置可以对图像采集模块不同采集角度下采集的图像中的墙面的面积进行学习，从而学习得到图像中墙面的面积与采集角度之间的映射关系。定位装置在接收到图像采集模块采集的图像后，估算图像中墙面的面积，根据该面积以及映射关系即可确定图像采集模块的采集角度。当然，图像采集模块在采集图像时，可确定自身的采集角度，从而将采集角度以及采集的图像一同发送至定位装置。

定位装置在确定图像采集模块当前的采集角度后，判断当前的采集角度与预设角度是否一致。若是一致，则将预设对应关系作为目标对应关系。若不一致，定位装置则需确定图像采集模块当前的外部参数，也即需要实时确定像素坐标与空间坐标的目标对应关系，此时，定位装置执行步骤S31-步骤S34。

在本实施例提供的技术方案中，定位装置确定图像采集模块的当前采集角度与预设角度是否一致，从而根据判断结果准确的确定像素坐标与空间坐标之间的目标对应关系，使得定位装置准确的确定目标对象的空间位置。

参照图5，图5为本发明基于空间模型的定位方法的第四实施例，基于第一实施例，所述步骤S30包括：

步骤S36，获取所述图像采集模块的采集角度；

步骤S37，确定所述采集角度对应的像素坐标、高度与空间模型中空间坐标之间的对应关系，以作为目标对应关系。

在本实施例中，可预先求解不同采集角度下的图像采集模块的外部参数，从而建立像素坐标以及空间坐标的对应关系和图像采集模块的采集角度之间的映射关系，并将映射关系存储于定位装置。

定位装置在接收到图像采集模块发送的图像后，获取图像采集模块的采集角度，采集角度的确定可参照上述说明，在此不再进行赘述。定位装置再根据存储的映射关系即可确定采集角度对应的像素坐标、高度与空间模型中空间坐标之间的对应关系，确定的对应关系即可作为目标对应关系。

在本实施例提供的技术方案中，定位装置确定图像采集模块的采集角度，从而确定采集角度对应的像素坐标、高度与空间模型中空间坐标之间的对应关系以作为目标对应关系，定位装置无需实时确定图像采集模块的外部参数，缩短了定位装置的定位时长。

参照图6，图6为本发明基于空间模型的定位方法的第五实施例，基于第一至第五中任一实施例，所述步骤S10包括：

步骤S11，获取图像采集模块采集的建筑物内的图像；

步骤S12，对所述图像中的物体进行识别；

步骤S13，在识别的物体包括目标对象时，确定所述图像中目标对象上的目标位置对应的第一像素坐标。

在本实施例中，可定位装置上设置目标对象，目标对象可为人或者其他物体，其他物体可以为宠物。当然目标对象还可为特定的人群，例如，小孩或者老人。定位装置在获取到图像采集模块采集的图像后，即可对图像进行识别，若是识别出的物体包括目标对象，则确定图像中目标对象上的目标位置的第一像素坐标，以对目标对象进行定位。当然，若识别出的物体不包括目标对象，则无需进行定位。可以理解的是，定位装置可学习目标对象的图像，从而使得定位装置在完成学习后，即可准确的对图像中的目标对象进行识别。

在本实施例提供的技术方案中，定位装置在获取图像后，对图像中的物体进行识别，若识别出的物体为目标对象，则对目标对象进行定位，避免定位装置对不需要定位的物体进行定位，节省定位装置的计算资源。

本发明还提供一种定位装置，所述定位装置中设有建筑物的空间模型，所述定位装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的定位程序，所述定位程序被所述处理器执行时实现如上实施例所述的基于空间模型的定位方法的各个步骤。

本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有定位程序，所述定位程序被处理器执行时实现如上所述的基于空间模型的定位方法的各个步骤。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于空间模型的定位方法，其特征在于，所述基于空间模型的定位方法包括以下步骤：

获取所述图像采集模块对应的高度，并确定像素坐标、所述高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系；当所述目标位置为所述目标对象与地板的接触点时，所述图像采集模块对应的高度为所述图像采集模块所在楼层相对地面的高度；当所述目标位置不是所述目标对象与地板的接触点时，所述图像采集模块对应的高度为所述目标位置相对所述图像采集模块所对应的地板的高度；

2.如权利要求1所述的基于空间模型的定位方法，其特征在于，所述确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系的步骤包括：

3.如权利要求2所述的基于空间模型的定位方法，其特征在于，所述在所述图像中确定标定点的步骤之前，还包括：

4.如权利要求2所述的基于空间模型的定位方法，其特征在于，所述获取所述标定点在所述空间模型中的空间坐标的步骤包括：

5.如权利要求1所述的基于空间模型的定位方法，其特征在于，所述确定像素坐标、高度与建筑物对应的空间模型中空间坐标之间的目标对应关系的步骤包括：

获取所述图像采集模块的采集角度；

6.如权利要求1所述的基于空间模型的定位方法，其特征在于，所述获取图像采集模块采集的图像的步骤之后，还包括：

对所述图像中的物体进行识别；

7.如权利要求1-6任一项所述的基于空间模型的定位方法，其特征在于，所述目标位置包括所述目标对象与所述目标对象所在地面的接触点。

8.一种定位装置，其特征在于，所述定位装置中设有建筑物的空间模型，所述定位装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的定位程序，所述定位程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于空间模型的定位方法的各个步骤。

9.如权利要求8所述的定位装置，其特征在于，所述定位装置还包括图像采集模块，所述图像采集模块与所述处理器连接。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质存储有定位程序，所述定位程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于空间模型的定位方法的各个步骤。