CN112807658B - 一种多定位技术融合的智能移动定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多定位技术融合的智能移动定位系统，通过计算不同蓝牙基站接收到的蓝牙信号的相位差得到对应蓝牙标签的位置信息从而对运动员进行定位。根据蓝牙的定位信息即可在摄像机拍摄的图像中定位对应的运动员，不需要对图像进行识别即可实现初步定位，相对于摄像机的视频定位计算量极少。对摄像机拍摄的图像的人体轮廓进行识别得到平面人形轮廓图，根据该平面人形轮廓图在三维人形数据库中匹配到对应的三维人形轮廓图，从而在不对图像信息进行深度分析的前提下还原运动员肢体动作，计算速度快，鲁棒性高。

Description

一种多定位技术融合的智能移动定位系统
技术领域
本发明涉及蓝牙室内定位技术领域，尤其是涉及一种多定位技术融合的智能移动定位系统。
背景技术
近年来，位置服务(Location Based Services，LBS)产业发展迅猛，高精度位置信息是提供高质量位置服务的基础。传统卫星定位系统，如全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)、北斗定位系统，在室外空旷环境拥有较高的定位精度，但是，受制于信号强度，卫星定位信号很容易受到遮挡或干扰，导致卫星定位系统在城市峡谷及室内环境定位不准甚至无法定位。
为了解决室内环境下的定位问题，近年来出现了很多室内定位技术，基站定位、Wi-Fi定位、无线射频标签(Radio Frequency ldentification，RFID)定位、蓝牙(Bluetooth)定位、超宽带无线电(Ultra-Wideband，UWB)定位、基于移动通信网络的辅助GPS、ZigBee定位、地磁定位、地面数字通信及广播信号定位、伪卫星定位、计算机视觉定位、可见光定位等。随着2019年蓝牙5.1版本的正式发布，基于蓝牙信号到达角(Angle ofArrival，AOA)的定位技术越来越受到人们的关注。
在实际运用如足球、篮球等训练或比赛中，将蓝牙标签固定在运动员身体上，在运动场上选择合理位置设置若干蓝牙基站，通过计算不同蓝牙基站接收到同一蓝牙标签发射信号的相位差得到对应蓝牙标签的位置信息。通过监测蓝牙标签的运动从而可得知对应运动员的运动轨迹。但是获得的蓝牙标签位置信息并不反映运动员具体的动作，因此不能为比赛提供精确的训练数据或裁判参考数据。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种不仅可定位运动员位置还可呈现运动员在训练或比赛过程中的肢体动作的多定位技术融合的智能移动定位系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多定位技术融合的智能移动定位系统，包括若干蓝牙基站、若干蓝牙标签和若干摄像机，若干所述蓝牙基站和若干所述摄像机分布于运动场地，若干所述蓝牙标签固定于一一对应的运动员身上；
所述智能移动定位系统还包括三维人形数据库，所述三维人形数据库存储有若干三维模型，三维模型与运动员一一对应，所述三维模型存储有运动员不同动作时的三维人形轮廓图；
所述智能移动定位系统还包括标签定位模块、人物定位模块、三维人形获取模块和运动复原模块；
所述标签定位模块，不同的所述蓝牙基站接收到同一蓝牙标签发送的蓝牙信号，通过计算不同蓝牙基站接收到的所述蓝牙信号的相位差得到对应蓝牙标签的位置信息；
所述人物定位模块，获得所述摄像机拍摄的图像作为人物运动图像，根据所述标签定位模块的蓝牙标签的位置信息定位对应运动员在所述人物运动图像中的位置并通过识别对应运动员的人体轮廓获得对应运动员的平面人体轮廓图和对应的视角作为目标平面轮廓图和目标视角；
所述三维人形获取模块，根据所述人物定位模块的运动员的身份信息确定所述三维人形数据库中对应的三维模型作为目标模型，根据该运动员的目标平面轮廓图和目标视角在所述三维模型中确定对应动作的三维人形轮廓图作为目标轮廓图；
所述运动复原模块，建立三维坐标模型，根据所述标签定位模块的位置信息和所述三维人形获取模块的目标轮廓图确定对应时刻对应运动员在所述三维坐标模型中的对应坐标和位于该坐标上的三维人形轮廓图，获取不同时刻不同运动员的所述位置信息和所述目标轮廓图在所述三维坐标模型中还原不同运动员的运动轨迹。
作为优选，所述智能移动定位系统还包括目标修正模块；
所述目标修正模块，若所述人物定位模块中根据蓝牙标签的位置信息在所述人物运动图像中定位到多个运动员作为疑似定位对象，则获得多个疑似定位对象的平面人体轮廓图和对应的视角作为疑似平面轮廓图；
获得所述人物定位模块中该蓝牙标签对应的运动员前一时刻或/和后一时刻的平面轮廓图作为基准平面轮廓图，分别计算基准平面轮廓图与多个所述疑似平面轮廓图的相似度，将与所述基准平面轮廓图相似度最高的所述疑似平面轮廓图确定为目标平面轮廓图。
作为优选，所述目标修正模块中采用欧式算法计算基准平面轮廓图与多个所述疑似平面轮廓图的相似度。
作为优选，所述智能移动定位系统还包括定位修正模块；
获得所述目标修正模块中的目标平面轮廓图，根据所述目标平面轮廓图确定目标定位信息，根据所述目标定位信息修正所述标签定位模块中的对应蓝牙标签的位置信息。
作为优选，所述运动复原模块中的位置信息包括定位点，同一运动员的不同时刻的定位点的颜色相同。
作为优选，所述运动复原模块中的同一运动员不同时刻的三维人形轮廓图的颜色相同。
作为优选，所述运动复原模块中的三维人形轮廓图包括面部信息，所述面部信息反映运动员面部朝向。
作为优选，所述智能移动定位系统还包括三维人形调整模块；
所述三维人形调整模块，获得不同位置设置的所述摄像机拍摄的同一时刻同一运动员不同角度的图像作为人形轮廓素材，根据所述人形轮廓素材合成三维人形轮廓图作为实际三维轮廓图；
根据运动员的身份信息从所述三维人形数据库中获得对应的三维模型作为素材模型，计算实际三维轮廓图与素材模型中的多个三维人形轮廓图的相似度，所述实际三维轮廓图替换所述素材模型中与实际三维轮廓图相似度最高的三维人形轮廓图。
作为优选，所述三维人形调整模块中采用欧式算法计算实际三维轮廓图与素材模型中的多个三维人形轮廓图的相似度。
作为优选，所述蓝牙基站和所述摄像机均可移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过计算不同蓝牙基站接收到的所述蓝牙信号的相位差得到对应蓝牙标签的位置信息从而对运动员进行定位。根据蓝牙的定位信息即可在摄像机拍摄的图像中定位对应的运动员，不需要对图像进行识别即可实现初步定位，相对于摄像机的视频定位计算量极少。对摄像机拍摄的图像的人体轮廓进行识别得到平面人形轮廓图，根据该平面人形轮廓图在三维人形数据库中匹配到对应的三维人形轮廓图，从而在不对图像信息进行深度分析的前提下还原运动员肢体动作，计算速度快，鲁棒性高。
附图说明
图1为多定位技术融合的智能移动定位系统的原理图。
附图标记说明如下：011、标签定位模块；012、人物定位模块；013、三维人形获取模块；014、运动复原模块；015、目标修正模块；016、定位修正模块；017、三维人形数据库；018、三维人形调整模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种多定位技术融合的智能移动定位系统，包括若干蓝牙基站、若干蓝牙标签和若干摄像机，若干所述蓝牙基站和若干所述摄像机分布于运动场地，若干所述蓝牙标签固定于一一对应的运动员身上；
所述智能移动定位系统还包括三维人形数据库017，所述三维人形数据库017存储有若干三维模型，三维模型与运动员一一对应，所述三维模型存储有运动员不同动作时的三维人形轮廓图；
所述智能移动定位系统还包括标签定位模块011、人物定位模块012、三维人形获取模块013和运动复原模块014；
所述标签定位模块011，不同的所述蓝牙基站接收到同一蓝牙标签发送的蓝牙信号，通过计算不同蓝牙基站接收到的所述蓝牙信号的相位差得到对应蓝牙标签的位置信息；
所述人物定位模块012，获得所述摄像机拍摄的图像作为人物运动图像，根据所述标签定位模块011的蓝牙标签的位置信息定位对应运动员在所述人物运动图像中的位置并通过识别对应运动员的人体轮廓获得对应运动员的平面人体轮廓图和对应的视角作为目标平面轮廓图和目标视角；
所述三维人形获取模块013，根据所述人物定位模块012的运动员的身份信息确定所述三维人形数据库017中对应的三维模型作为目标模型，根据该运动员的目标平面轮廓图和目标视角在所述三维模型中确定对应动作的三维人形轮廓图作为目标轮廓图；
所述运动复原模块014，建立三维坐标模型，根据所述标签定位模块011的位置信息和所述三维人形获取模块013的目标轮廓图确定对应时刻对应运动员在所述三维坐标模型中的对应坐标和位于该坐标上的三维人形轮廓图，获取不同时刻不同运动员的所述位置信息和所述目标轮廓图在所述三维坐标模型中还原不同运动员的运动轨迹。
通过计算不同蓝牙基站接收到的所述蓝牙信号的相位差得到对应蓝牙标签的位置信息从而对运动员进行定位。根据蓝牙的定位信息即可在摄像机拍摄的图像中定位对应的运动员，不需要对图像进行识别即可实现初步定位，相对于摄像机的视频定位计算量极少。对摄像机拍摄的图像的人体轮廓进行识别得到平面人形轮廓图，根据该平面人形轮廓图在三维人形数据库017中匹配到对应的三维人形轮廓图，从而在不对图像信息进行深度分析的前提下还原运动员肢体动作，计算速度快，鲁棒性高。
所述智能移动定位系统还包括目标修正模块015；
所述目标修正模块015，若所述人物定位模块012中根据蓝牙标签的位置信息在所述人物运动图像中定位到多个运动员作为疑似定位对象，则获得多个疑似定位对象的平面人体轮廓图和对应的视角作为疑似平面轮廓图；
获得所述人物定位模块012中该蓝牙标签对应的运动员前一时刻或/和后一时刻的平面轮廓图作为基准平面轮廓图，分别计算基准平面轮廓图与多个所述疑似平面轮廓图的相似度，将与所述基准平面轮廓图相似度最高的所述疑似平面轮廓图确定为目标平面轮廓图。人运动是有连贯性的，不可能脱离运动极限骤变，根据运动员前一时刻或/和后一时刻的运动情况来确定此刻的运动情况，在蓝牙标签的精度范围内进一步定位运动员的位置，提高定位精度。初始平面轮廓图可通过手动圈定。
所述目标修正模块015中采用欧式算法计算基准平面轮廓图与多个所述疑似平面轮廓图的相似度。
所述智能移动定位系统还包括定位修正模块016；
获得所述目标修正模块015中的目标平面轮廓图，根据所述目标平面轮廓图确定目标定位信息，根据所述目标定位信息修正所述标签定位模块011中的对应蓝牙标签的位置信息。
所述运动复原模块014中的位置信息包括定位点，同一运动员的不同时刻的定位点的颜色相同。
所述运动复原模块014中的同一运动员不同时刻的三维人形轮廓图的颜色相同。
所述运动复原模块014中的三维人形轮廓图包括面部信息，所述面部信息反映运动员面部朝向。
所述智能移动定位系统还包括三维人形调整模块018；
所述三维人形调整模块018，获得不同位置设置的所述摄像机拍摄的同一时刻同一运动员不同角度的图像作为人形轮廓素材，根据所述人形轮廓素材合成三维人形轮廓图作为实际三维轮廓图；
根据运动员的身份信息从所述三维人形数据库017中获得对应的三维模型作为素材模型，计算实际三维轮廓图与素材模型中的多个三维人形轮廓图的相似度，所述实际三维轮廓图替换所述素材模型中与实际三维轮廓图相似度最高的三维人形轮廓图。
所述三维人形调整模块018中采用欧式算法计算实际三维轮廓图与素材模型中的多个三维人形轮廓图的相似度。
所述蓝牙基站和所述摄像机均可移动。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于包括若干蓝牙基站、若干蓝牙标签和若干摄像机，若干所述蓝牙基站和若干所述摄像机分布于运动场地，若干所述蓝牙标签固定于一一对应的运动员身上；
所述智能移动定位系统还包括三维人形数据库(017)，所述三维人形数据库(017)存储有若干三维模型，三维模型与运动员一一对应，所述三维模型存储有运动员不同动作时的三维人形轮廓图；
所述智能移动定位系统还包括标签定位模块(011)、人物定位模块(012)、三维人形获取模块(013)和运动复原模块(014)；
所述标签定位模块(011)，不同的所述蓝牙基站接收到同一蓝牙标签发送的蓝牙信号，通过计算不同蓝牙基站接收到的所述蓝牙信号的相位差得到对应蓝牙标签的位置信息；
所述人物定位模块(012)，获得所述摄像机拍摄的图像作为人物运动图像，根据所述标签定位模块(011)的蓝牙标签的位置信息定位对应运动员在所述人物运动图像中的位置并通过识别对应运动员的人体轮廓获得对应运动员的平面人体轮廓图和对应的视角作为目标平面轮廓图和目标视角；
所述三维人形获取模块(013)，根据所述人物定位模块(012)的运动员的身份信息确定所述三维人形数据库(017)中对应的三维模型作为目标模型，根据该运动员的目标平面轮廓图和目标视角在所述三维模型中确定对应动 作的三维人形轮廓图作为目标轮廓图；
所述运动复原模块(014)，建立三维坐标模型，根据所述标签定位模块(011)的位置信息和所述三维人形获取模块(013)的目标轮廓图确定对应时刻对应运动员在所述三维坐标模型中的对应坐标和位于该坐标上的三维人形轮廓图，获取不同时刻不同运动员的所述位置信息和所述目标轮廓图在所述三维坐标模型中还原不同运动员的运动轨迹；
所述智能移动定位系统还包括目标修正模块(015)；所述目标修正模块(015)，若所述人物定位模块(012)中根据蓝牙标签的位置信息在所述人物运动图像中定位到多个运动员作为疑似定位对象，则获得多个疑似定位对象的平面人体轮廓图和对应的视角作为疑似平面轮廓图；
获得所述人物定位模块(012)中该蓝牙标签对应的运动员前一时刻或/和后一时刻的平面轮廓图作为基准平面轮廓图，分别计算基准平面轮廓图与多个所述疑似平面轮廓图的相似度，将与所述基准平面轮廓图相似度最高的所述疑似平面轮廓图确定为目标修正模块(015)中的目标平面轮廓图；
所述智能移动定位系统还包括三维人形调整模块(018)；
所述三维人形调整模块(018)，获得不同位置设置的所述摄像机拍摄的同一时刻同一运动员不同角度的图像作为人形轮廓素材，根据所述人形轮廓素材合成三维人形轮廓图作为实际三维轮廓图；
根据运动员的身份信息从所述三维人形数据库(017)中获得对应的三维模型作为素材模型，计算实际三维轮廓图与素材模型中的多个三维人形轮廓图的相似度，所述实际三维轮廓图替换所述素材模型中与实际三维轮廓图相似度最高的三维人形轮廓图。
2.根据权利要求1所述的一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于，所述目标修正模块(015)中采用欧式算法计算基准平面轮廓图与多个所述疑似平面轮廓图的相似度。
3.根据权利要求1所述的一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于，所述智能移动定位系统还包括定位修正模块(016)；
获得所述目标修正模块(015)中的目标平面轮廓图，根据目标修正模块(015)中的目标平面轮廓图确定目标定位信息，根据所述目标定位信息修正所述标签定位模块(011)中的对应蓝牙标签的位置信息。
4.根据权利要求1所述的一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于，所述运动复原模块(014)中的位置信息包括定位点，同一运动员的不同时刻的定位点的颜色相同。
5.根据权利要求1所述的一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于，所述运动复原模块(014)中的同一运动员不同时刻的三维人形轮廓图的颜色相同。
6.根据权利要求1所述的一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于，所述运动复原模块(014)中的三维人形轮廓图包括面部信息，所述面部信息反映运动员面部朝向。
7.根据权利要求1所述的一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于，所述三维人形调整模块(018)中采用欧式算法计算实际三维轮廓图与素材模型中的多个三维人形轮廓图的相似度。
8.根据权利要求1所述的一种多定位技术融合的智能移动定位系统，其特征在于，所述蓝牙基站和所述摄像机均可移动。
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