CN111581424A - 基于图像识别的地图坐标定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及坐标定位的技术领域，公开了基于图像识别的地图坐标定位方法，包括机器，机器带有识别装置，其中有以下步骤：1)、预定义工作空间，机器置于工作空间内，机器预设至少一个目标点；2)、通过定位点将工作空间划分成若干个坐标单元，定位点上或周边设有信息表达图像，识别装置识别信息表达图像，来获取机器在当前工作空间的定位信息；通过设定目标点，机器根据定位点上的信息表达图像进行判断且移动，经过一个或多个定位点后，最终抵达目标点，利用信息表达图像以及定位点，机器识别信息表达图像的信息，进一步得到当前的定位信息，从而确认机器的移动方式以及移动距离，从而确定移动路径，这个过程十分方便，而且非常精确。

Description

基于图像识别的地图坐标定位方法

技术领域

本发明专利涉及坐标定位的技术领域，具体而言，涉及基于图像识别的地图 坐标定位方法。

背景技术

目前的定位技术主要包括GPS定位，移动基站定位，WIFI定位。GPS定位 系统仅适合于开阔区域，在高楼或树木较为密集的条件下，GPS定位系统会失效； 移动基站定位通过到达时间(TOA)、增强测量时间差(E-OTD)和GPS辅助(A-GPS) 实现，但是基站定位误差为100米到上千米，具体误差受到移动基站数量，多径 传播等影响；WIFI定位的原理与移动基站定位原理类似，但WiFi定位无法适用 于准确定位。

目前，室内定位主要通过蓝牙或激光测距进行位置确定。

现有技术中，缺少一种更精确且更实用的地图坐标定位方法。

发明内容

本发明的目的在于提供基于图像识别的地图坐标定位方法，旨在提供一种更 精确的地图坐标定位方法。

本发明是这样实现的，基于图像识别的地图坐标定位方法，包括带有识别装 置的机器，其中有以下步骤：

1)、预定义工作空间，所述机器置于所述工作空间内，所述机器预设至少 一个目标点；

2)、通过定位点将所述工作空间划分成若干个坐标单元，所述定位点上或 周边设有信息表达图像，所述识别装置识别所述信息表达图像以及所述定位点， 来获取所述机器在当前工作空间的定位信息；

3)、所述机器根据所述识别装置的识别结果判断当前坐标，且计算获取下 一个目标点的坐标；

4)、所述机器基于所述坐标单元计算获取当前位置以及下一个目标点之间 的路程差值，且根据所述信息表达图像获取移动方向，所述机器糅合所述移动方 向以及所述路程差值得到所述机器的移动路径；

5)、所述机器移动过程中随时识别所述定位点以及所述信息表达图像，对 所述移动路径进行校准，直至所述机器抵达目标点。

进一步地，步骤(1)中的目标点为多个时，所述机器自动计算得到复合路 径，所有所述目标点位于所述复合路径的途径区域上，所述机器沿着所述复合路 径进行移动。

进一步地，所述复合路径由多条移动路径组成。

进一步地，所述机器在移动至所述目标点的过程中执行预设任务。

进一步地，所述定位点位于所述工作空间的水平面上。

进一步地，步骤(2)中所述识别装置包括摄像头，所述摄像头垂直拍摄所 述工作空间的水平面，得到摄像图。

进一步地，所述摄像图的中心为所述机器的当前位置点，所述识别装置在所 述摄像图的中心往外扩散识别离所述当前位置点最近的定位点数量。

进一步地，所述机器根据定位点数量进行判断，当所述定位点数量为4且经 过有效判断为有效后，所述机器开始进行角度校准以及水平校准。

进一步地，取所述四个定位点中的两个上侧定位点，构成角度校准基准点a 以及b，所述点a以及所述点b位于所述摄像图中，测算所述点a以及所述点b 与所述摄像图的上侧边的距离，得到a1以及b1，将所述距离a1以及距离b1调 至一致。

进一步地，取所述四个定位点中的剩余点中的任一点，构成水平校准基准点 c，所述点a、所述点b、所述点c分别位于所述摄像图中；所述点a以及所述点 b分别位于所述摄像图的中心的左右两侧，所述点a与所述摄像图的左侧的距离 设为a2，所述点b与所述摄像图的右侧的距离设为b2，所述点c与所述摄像图 的下侧的距离设为c1，将所述距离a2以及距离b2调至一致，将所述距离c1与 所述距离a1或所述距离b1调至一致。

与现有技术相比，本发明提供的基于图像识别的地图坐标定位方法，通过设 定目标点，机器根据定位点上的信息表达图像进行判断且移动，经过一个或多个 定位点后，最终抵达目标点，利用信息表达图像以及定位点，机器识别信息表达 图像的信息，进一步得到当前的定位信息，从而确认机器的移动方式以及移动距 离，从而确定移动路径，这个过程十分方便，而且非常精确。

附图说明

图1是本发明提供的基于图像识别的地图坐标定位方法的步骤示意图；

图2是本发明提供的信息表达图像与定位点之间的排列示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明进行进一步详细说明。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。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描 述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位 构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对 本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术 语的具体含义。

参照图1-2所示，为本发明提供的较佳实施例。

本实施例提供的基于图像识别的地图坐标定位方法，可以在室内使用，也可 以在室外使用。

基于图像识别的地图坐标定位方法，包括机器，机器带有识别装置，其中有 以下步骤：

1)、预定义工作空间，机器置于工作空间内，机器预设至少一个目标点；

2)、通过定位点16将工作空间划分成若干个坐标单元，定位点16上或周 边设有信息表达图像11，识别装置识别信息表达图像11以及定位点16，来获取 机器在当前工作空间的定位信息；

3)、机器根据识别装置的识别结果判断当前坐标，且计算获取下一个目标 点16的坐标；

4)、机器基于所述坐标单元计算获取当前位置以及下一个目标点16之间的 路程差值，且根据信息表达图像11获取移动方向，机器糅合移动方向以及路程 差值得到机器的移动路径；

5)、机器移动过程中随时识别定位点16以及信息表达图像11，对移动路径 进行校准，直至抵达目标点。

通过设定目标点，机器根据定位点16上的信息表达图像11进行判断且移动， 经过一个或多个定位点16后，最终抵达目标点，利用信息表达图像11以及定位 点16，机器识别信息表达图像11的信息，进一步得到当前的定位信息，从而确 认机器的移动方式以及移动距离，从而确定移动路径，这个过程十分方便，而且 非常精确。

其中，步骤(1)中的目标点为多个时，机器自动计算得到复合路径，所有 目标点位于复合路径的途径区域上，机器沿着复合路径进行移动，这样机器可以 在复合路径移动，先后抵达各个目标点，十分方便。

其中复合路径由多条移动路径组成，当目标点有多个时，机器要经过的定位 点16至少有两个，即来回移动，则复合路径为两条移动路径组成，为往返路线； 而如果机器是需要先后抵达三个目标点时，则复合路径为至少三条移动路径组成。

具体地，目标点位于四个构成正方形的定位点的区域内，可选为正方形的正 中央。

其中，机器在移动至目标点的过程中执行预设任务，这样机器在移动路径或 复合路径上移动时，可以拾起或放下东西，十分方便。

具体地，定位点16位于工作空间的水平面上，识别装置可以往工作空间的 上侧面或下侧边进行识别，不限定任何一面。

其中步骤(2)中识别装置包括摄像头，摄像头垂直拍摄工作空间的水平面， 得到摄像图；其中为了让摄像头能够垂直拍摄水平面，需要用到垂直校准，包括 但不限于使用陀螺仪校准、激光测距校准。

具体地，机器上设有陀螺仪，机器在启动第一时间会恢复及校准陀螺仪，使 陀螺仪的水平角、俯仰角与水平面平行，垂直角与水平面垂直；在识别装置获取 图像前会判断这三个角度是否接近0°。

而且机器上还设有数码变焦检测器，其中激光测距与数码变焦协调；当摄像 头距地图过近时，所获取的图像不能包含一个完个整坐标单元的四个定位点16， 需要通过判断激光测距传感器测距值是否大于最小取景距离，而且当摄像头距地 图越远，获取图像所含的位置单元越多，需要使用数码变焦调缩放画面大小。数 码变焦倍数＝测距距离/变焦系数；而多点激光测距协助陀螺仪判断摄像头垂直程 度，包括但不限于，利用激光测距使得摄像头离水平面的两侧垂直点的距离一致， 且机器位于两侧垂直点连线的中线上。

还有摄像图的中心为机器的当前位置点，识别装置在摄像图的中心往外扩散 识别离当前位置点最近的定位点16数量。

此外机器根据定位点16数量进行判断，当定位点16数量为4且经过有效判 断为有效后，机器开始进行角度校准以及水平校准。

当检测到的定位点16数量为2时，识别装置继续在摄像图的中心的基础上， 往外扩散识别：

当识别装置在摄像图上往摄像图的中心向外扩散一个坐标单元的长度的

倍的距离，且识别到至少两个的新的定位点16时，机器往移动路径往回移动， 且重新确认定位信息；

或

当识别装置在摄像图上往摄像图的中心向外扩散一个坐标单元的长度的

倍的距离，且识别到一个或零个的新的定位点16时，机器原地待机且警报通知 人员处理。

当检测到的定位点16数量为3时，三个定位点16之间相互连线，构成三角 形，判断三角形是否为等腰三角形：

当三角形为等腰直角三角形时，机器判断工作空间出现定位点16缺失状况， 警报通知人员处理，机器待机或绕行至前一地图单元，且往垂直于当前移动路径 的移动方向的另一方向进行重新计算后移动；

或

当三角形不为等腰直角三角形时，机器待机且警报通知工作人员进行处理。

通过任意顺序定义三个定位点16为点1、点2、点3，将摄像图的左下角设 置为坐标轴基点，通过计算摄像图的像素值，得到点1、点2、点3的坐标分别 为[x1.y1]，[x2，y2]，[x3，y3]，利用点1、点2、点3的坐标开始计算。

设三角形的三边分别为边a、边b、边c。

参考判定方法：

计算方法：a边长度为：

b边长度为：

c边长度为：

开始计算且对比边a、b、c三边的长度值，看是否有两个边的长度相等，如 果存在两边相等，则将较小值的边平方后求和与较大值的平方做对比判断，若存 在任意两边的平方和等于第三边的平方，则该三角形可被视作等腰直角三角形。

而后，以等腰直角三角形的两短边分别为构成X轴和Y轴，判断当前机器 当前位置是否在X轴和Y轴交叉后的右上侧区域，如机器当前的摄像图的中心 已经不在X轴和Y轴交叉后的右上侧区域，机器可能己移动到地图以外的区域， 发送报警信号并停止当前工作任务，进入待机状态。

判断当前机器当前位置是否入于X轴和Y轴区域方法：

假设点1即为X轴以及Y轴交叉的基点，则将点2以及点3进行连线形成 有对称线s，而后将点1根据对称线s进行镜像，得到点4，判断当前摄像图的中 心点，即当前机器的所在点是否在点1、点2、点3、点4联合形成的四方形区域 中。

其中，判断垂直投影点是否落于1/2/3/4点构成的正方形区域中参考方法：

将构成正方形的四条边定义为

边A：kx-y+a＝0

边C：kx-y+c＝0

边B：-x/k-y+b＝0

边D：-x/k-y+d＝0

而将摄像图的中心设置为垂直投影点：

如果问垂直投影点坐标满足以上任一方程答式，回则此点在正方形边上；

如果垂直投影点坐标代入以上四个方程：

当(a>c时kx-y+a>0>kx-y+c)且(当b>d时x/k-y+b>0>-x/k-y+d)

说明垂直投影点在正方形内部否则在正方形外部。

当垂直投影点正好处于X轴或Y轴时，沿移动路径后移一定距离后再次获 取当前图形并进行判断。

当检测到的定位点16数量为4时，四个定位点16被划分为A、B、C、D点， 且A、B、C、D点一一连接，构成四边形，判断四边形是否为正方形：

当四边形为正方形时，机器计算得到定位信息；

或

当四边形不为正方形时，识别装置取其中A、B、C点进行识别，若A、B、 C点构成等腰直角三角形，则判断A与D的连线是否垂直于B与C的连线：

若A与D的连线不垂直于B与C的连线，机器待机且警报通知人员处理， 若A与D的连线垂直于B与C的连线，机器绕行至前一地图单元，且往垂直于 当前移动路径的移动方向的另一方向进行重新计算后移动。

其中角度校准的过程为：取四个定位点16中的两个上侧定位点16，构成角 度校准基准点a以及b，点a以及点b位于摄像图中，测算点a以及点b与摄像 图的上侧边的距离，得到a1以及b1，将距离a1以及距离b1调至一致。

而水平校准的过程为：取四个定位点16中的剩余点中的任一点，构成水平 校准基准点c，点a、点b、点c分别位于摄像图中；点a以及点b分别位于摄像 图的中心的左右两侧，点a与摄像图的左侧的距离设为a2，点b与摄像图的右侧 的距离设为b2，点c与摄像图的下侧的距离设为c1，将距离a2以及距离b2调 至一致，将距离c1与距离a1或距离b1调至一致。

其中，信息表达图像11布置在定位点16上，包括但不限于以下的设置方式：

信息表达图像11覆盖定位点16、信息表达图像11环绕定位点16、信息表 达图像11划过定位点16等。

而如图2所示，是本发明提供的一种环绕定位点16布置的信息表达图像11 的排列方式，信息表达图像11包括水平信息图案以及垂直信息图案，颜色为差 异色1的水平信息图案分布在两个水平位置相同的定位点16中间，颜色为差异 色2的垂直信息图案分布在两垂直位置相同的定位点16中间，如图2所示，四 个定位点16限定出四段信息图案的相对位置。

每段信息图案包含以下内容：X/Y轴坐标，边界是/否，[减][模式][指令]， [加][模式][指令]……

举例：

左侧的垂直信息图案15包含以下内容：X轴坐标[x1]，非边界，减时巡航指 示灯红，加时巡航指示灯绿。

右侧的垂直信息图案13包含以下内容：X轴坐标[x2]，非边界，减时巡航指 示灯黄，加时巡航指示灯蓝。

下侧的水平信息图案14包含以下内容：Y轴坐标[y1]，非边界，减时巡航下 降机器位置，加时巡航上升机器位置。

上侧的水平信息图案12包含以下内容：Y轴坐标[y2]，非边界，减时无指令， 加时无指令。

通过x1，x2，y1，y2四个坐标信息定位当前机器位置信息。

将下一个目标点坐标数据减当前机器位置坐标数据，得到X/Y轴坐标差值[x’，y’]。

当[x’]为正数时，对比左侧的垂直信息图案15的X轴坐标[x1]与右侧的垂直 信息图案13的X轴坐标[x2]的大小，往较大值图案方向前进，并执行[加时]的指 令。当[x’]为负数时，往较小值图案方向前进，并执行[减时]的指令。当[x’]为零 时，不需要进行X轴方向的移动。

当[y’]为正数时，对比下侧的垂直信息图案14的y轴坐标[y1]与上侧的垂直 信息图案12的y轴坐标[y2]的大小，往较大值图案方向前进，并执行[加时]的指 令。当[y’]为负数时，往较小值图案方向前进，并执行[减时]的指令。当[y’]为零 时，不需要进行y轴方向的移动。

当图案信息有“边界“信息时，表示不能再向这个方向前进(会超出地图定 义空间)。

而其中信息表达图像11可以是二维码、可以是任意图案、也可以是文字， 只要能表达信息的图像都可以，此处不作限定。

而且定位点16的图案也可以是二维码、可以是任意图案、也可以是文字， 只要能表达信息的图像都可以，此处不作限定。

还有，机器获取了当前的坐标信息[x，y]后，通过对比下一个目标点[x1，y1] 的数据：

x-x1>1，机器可以往左边移动；

x-x1<1，机器可以往右边移动；

x-x1＝0，机器不需要左右移动；

y-y1>1，机器可以往上移动；

y-y1<1，机器可以往下移动；

y-y1＝0，机器不需要上下移动。

对比完之后可以获得机器下一步的移动方向，如往上移动，则执行上侧的水 平信息图案12所包含的地图指令，往下移动则执行下侧的水平信息图案14所包 含的地图指令，往左右移动分别执行左侧垂直信息图案15或右侧垂直信息图案 13表达的图像信息。

此外，在机器移动过程中，机器上的指示灯会改变颜色，上升下降等，机器 的动作由信息表达图像11进行限制。

此外，根据机器的移动速度、移动角度、移动时间，计算机器的移动轨迹， 具体地，在移动过程中，移动角度设为θ，移动速度设为s，移动时间设为t，通 过计算对应时间内的定位点移动轨迹[x+cosθ*s*t，y+sinθ*s*t]做为参考校调机 器在移动中的位置，从而进一步调整机器在移动时的位置。

机器需要缩短移动距离，机器倾斜移动，例如以10度、20度角的移动角度 进行移动，从而更快抵达目标点，十分方便。

而识别装置使用的图像识别技术是如OpenCV，内置ORC技术，可以识别 图像内的文字；也可以通过训练，可定义特定的图形进行识别，并获得特定图形 位于图像中的像素坐标。

具体地，机器优先根据信息表达图像执行水平或垂直移动，沿着移动路径实 行折线移动；当机器移动路径出现偏差，允许机器以一定的角度余量进行移动。

还有一种实施例，机器计算目标点与当前位置之间的相对距离与相对距离， 机器从当前位置直接移动到目标点，为直线移动，过程中仅参照定位点进行位置 确认，而后对当前移动路径进行修正以及确认。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。

Claims (10)

1.基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，包括带有识别装置的机器，其中有以下步骤：

1)、预定义工作空间，所述机器置于所述工作空间内，所述机器预设至少一个目标点；

2)、通过定位点将所述工作空间划分成若干个坐标单元，所述定位点上或周边设有信息表达图像，所述识别装置识别所述信息表达图像以及所述定位点，来获取所述机器在当前工作空间的定位信息；

3)、所述机器根据所述识别装置的识别结果判断当前坐标，且计算获取下一个目标点的坐标；

4)、所述机器基于所述坐标单元计算获取当前位置以及下一个目标点之间的路程差值，且根据所述信息表达图像获取移动方向，所述机器糅合所述移动方向以及所述路程差值得到所述机器的移动路径；

5)、所述机器移动过程中随时识别所述定位点以及所述信息表达图像，对所述移动路径进行校准，直至所述机器抵达目标点。

2.如权利要求1所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，步骤(1)中的目标点为多个时，所述机器自动计算得到复合路径，所有所述目标点位于所述复合路径的途径区域上，所述机器沿着所述复合路径进行移动。

3.如权利要求2所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，所述复合路径由多条移动路径组成。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，所述机器在移动至所述目标点的过程中执行预设任务。

5.如权利要求1所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，所述定位点位于所述工作空间的水平面上。

6.如权利要求5所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，步骤(2)中所述识别装置包括摄像头，所述摄像头垂直拍摄所述工作空间的水平面，得到摄像图。

7.如权利要求5所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，所述摄像图的中心为所述机器的当前位置点，所述识别装置在所述摄像图的中心往外扩散识别离所述当前位置点最近的定位点数量。

8.如权利要求6所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，所述机器根据定位点数量进行判断，当所述定位点数量为4且经过有效判断为有效后，所述机器开始进行角度校准以及水平校准。

9.如权利要求8所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，取所述四个定位点中的两个上侧定位点，构成角度校准基准点a以及b，所述点a以及所述点b位于所述摄像图中，测算所述点a以及所述点b与所述摄像图的上侧边的距离，得到a1以及b1，将所述距离a1以及距离b1调至一致。

10.如权利要求9所述的基于图像识别的地图坐标定位方法，其特征在于，取所述四个定位点中的剩余点中的任一点，构成水平校准基准点c，所述点a、所述点b、所述点c分别位于所述摄像图中；所述点a以及所述点b分别位于所述摄像图的中心的左右两侧，所述点a与所述摄像图的左侧的距离设为a2，所述点b与所述摄像图的右侧的距离设为b2，所述点c与所述摄像图的下侧的距离设为c1，将所述距离a2以及距离b2调至一致，将所述距离c1与所述距离a1或所述距离b1调至一致。

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