CN113804179A

CN113804179A - 一种基于视觉交互的异步导航方法

Info

Publication number: CN113804179A
Application number: CN202010539121.9A
Authority: CN
Inventors: 易群峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-14
Filing date: 2020-06-14
Publication date: 2021-12-17

Abstract

本发明首先描述了如何通过简化的固定空间参考系、视觉信息、空间指令信息，不仅将空间指令信息转换为固定空间参考系中的绝对空间信息，转换后的空间信息至少包含位置、方向，还可以得到视觉信息中的任意像素的绝对位置信息；其次描述了如何将算法改进，使其适用于一般情况；最后描述了利用该算法可以得到任意像素的绝对空间信息的特性，如何获取更多的空间信息，如范围。

Description

一种基于视觉交互的异步导航方法

技术领域

本发明涉及导航领域,特别是一种基于视觉交互的异步导航方法。

背景技术

现有的视觉导航方法,只使用了视觉信息中的位置和/或某些特征，其视觉信息一般也只包含位置和/或某些指定特征,而不包含位置、方向、距离、视野覆盖范围等空间信息，而无法实现通过已有的视觉信息，得到该视觉信息中的特定区域的相对角度、相对高度处的绝对空间信息。

发明内容

本发明的目的在于通过已有的视觉信息，直接得到该视觉信息中的特定区域的相对角度、相对高度处的绝对空间信息。

本发明的目的是这样实现的；

一个固定空间参考系，用于描述绝对空间信息；

一种视觉信息，至少包含位置、方向、视野覆盖范围等空间信息；

一种空间指令信息，至少包含视觉信息中指定区域的相对角度和与视觉信息的联系；

一种空间转换算法，通过该算法可以将空间指令信息转换为固定空间参考系中的绝对空间信息，转换后的空间信息至少包含位置、方向。

本发明还可以作以下进一步改进。

视觉信息中增加距离和/或高度信息。

空间指令信息增加指定区域的相对高度、范围信息。

空间转换算法增加高度、视野覆盖范围等空间信息的转换。

附图说明

图1描述了本发明所诉的一种视觉信息和其包含的空间信息的示例。

图2描述了本发明如何得到视觉信息中任何一个像素在固定空间参考系中的坐标和方向,即绝对空间信息。

图3描述了本发明所诉的一种空间指令信息。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

为了便于理解和描述，视觉信息先做四点简化，1：视觉信息为一张一般图片；二：图片记录的是一个平面对象，即高度都为零；3：视觉范围都在固定空间参考系的正值范围内；4：镜头高度固定；之后以此为基础，描述更一般的情况如何转化成简化情况。

参见图一所示，由X、Y、Z轴组成的是一个固定空间参考系；由点A、B、C、D组成的矩形是一种视觉信息，此处为一张图片；点S是镜头中心，即拍摄此照片时，镜头的位置；点S’是视觉中心，即∠ASS’=∠CSS’，∠BSS’=∠CSS’；点S、S’组成的向量是镜头方向，即拍摄该照片时，镜头的角度；∠ASB=∠DSC和∠ASD=∠BSC是图片的视野覆盖范围；由于∠ASS、∠CSS’、∠BSS’、∠CSS’、∠ASB、∠DSC、∠ASD、∠BSC，向量SA、SB、SC、SD、SS’是镜头的属性，点S是镜头所在的位置，边AB、AD与X、Y轴的角度，是与镜头的角度一致的，所以它们的值和相对关系，在拍照的瞬间须作为视觉信息的一部分，同时记录在视觉信息中。

参见图二所示，描述了如何获取视觉中心S’在固定空间参考系中的坐标，即绝对坐标具体如下：

假设点S的坐标为S(a,b,c)，通过点S作一平面平行于X、Y轴形成的平面，交Z轴于点a’，则a’=c，在S’Sa’形成的平面上作a’b’∥SS’，交X、Y轴形成的平面于b’，作b’c’⊥oc’,并交Y轴于c’，作b’d’⊥od’,并交X轴于d’,则od’b’c’是一个矩形；

∴∠oa’c’是向量a’b’与X、Z轴形成的平面的夹角，∠oa’d’=∠c’a’b’是向量a’b’与Y、Z轴形成的平面的夹角，向量Sa'=S’b’=-(a,b)

∴∠oa’d’、∠oa’c’在固定空间参考系中的值包含在视觉中，即已知

∴c’=a’*tan(∠oa’c’)，d’=a’*tan(∠oa’d’)

∴点b’在固定空间参考系中的坐标已求得,即b'(d',c',0)

∵点b'按向量a'S平移，就是点S’

∴点S’在固定空间参考系中的坐标可得,即S'(d' -a,c'-b,0)

同理可得图一中四个图片定点A、B、C、D在固定空间参考系中的坐标。亦可得到图片中任何一个像素在固定空间参考系中的坐标。

参见图三所示，由点A、B、C、D组成的矩形是图一所示的图片经过平移，旋转后的视觉形态，且旋转的角度与图一中边AB、AD与X、Y轴的角度一致；点T是在图片上的指定点，即空间指令信息中的指定区域；点T、T’组成的向量是用于表述指令信息中的相对角度，且该角度是以图片为参考系；所以依据点T在图片中的像素位置，即可得到在固定空间参考系中的坐标，点T、T’组成的向量按图一到图三的反方向旋转，就转换成在固定空间参考系中的向量，所以其方向可得，得到点T、T’组成的向量在固定空间参考系中的角度，又知点T在固定空间参考系的坐标，因为镜头高度固定，所以T’在固定空间参考系的坐标中Z轴坐标为c，参照求图一中S’的坐标，可得点T’在固定空间参考系的坐标。

通过对图一、图二、图三的处理，我们完成了将空间指令信息转换为绝对空间信息,即得到了目标位置的绝对坐标和方向。

对视觉信息为一张一般图片的假设，实际中可能是视频、示意图等，镜头可能有移轴、俯仰、旋转而造成图片像素与实际的空间有更复杂的转换关系，但这些都是生成该视觉信息时的设备信息，对此有以下两个处理方案，方案1：只要将该信息作为视觉信息的一部分，用于后期处理；方案2：其中部分或全部使用前修正；通过该处理，就可以按简化后的视觉信息处理了。

对视觉范围都在固定空间参考系的正值范围内的假设，我们只要将视觉信息移动一个足够的量，就可以使在固定空间参考系中的任何位置平移到固定空间参考系的正值范围内，就可以按视觉范围都在固定空间参考系的正值范围内处理，处理完后再反向移回即可。

对图片记录的是一个平面对象，即高度都为零的假设，此假设实际只影响一点，“求图片中任何一个像素在固定空间参考系中的坐标”，为了解决高度造成的问题，解决方案是，1：视觉信息中增加一定的高度和/或距离信息，如将视觉范围分成6x8=48个区域，每个区域都有一个高度和/或距离值，并将该值作为该区域高度和/或距离，求该区域中任何一个像素在固定空间参考系中的坐标时，使用的高度不是镜头高度，而是镜头高度减去该区域的高度,如果只有距离,则转化为,在直角三角形中,我们知道角度和斜边边长,求直角边长,我们就可以得到高度；其它的就可以按简化后的视觉信息处理了。

对镜头高度固定的假设，只要视觉信息和空间指令信息中增加高度信息，并将上面用到的固定高度c替换为信息中指定的高度即可。

参照将空间指令信息转换为绝对空间信息过程,我们只要选取视野覆盖范围边缘的几个点,就可以得到镜头的视野覆盖范围,即完成了视野覆盖范围的转换。

Claims

1.一种基于视觉信息的异步导航方法，包括固定空间参考系、视觉信息、空间指令信息、空间转换算法。

2.根据权利要求1所述固定空间参考系,用于描述绝对空间信息,即现实中的空间信息,以区别逻辑空间信息。

3.根据权利要求1所述视觉信息，至少包含位置、方向、视野覆盖范围等空间信息,且位置、方向空间信息的描述，是基于固定空间参考系。

4.根据权利要求1所述视觉信息，可以是现有的，亦可以是实时的,从而具有异步性。

5.根据权利要求1所述空间指令信息，至少包含视觉信息中指定区域和相对角度,与视觉信息的联系。

6.根据权利要求1所述空间指令信息，其参考系既可以是固定空间参考系，亦可用是其它参考系，但该参考系与固定空间参考系的关系必须已知或通过本发明所述算法可得。

7.根据权利要求1所述空间指令信息，通过与视觉信息的联系,可得视觉信息对应的固定空间参考系。

8.根据权利要求1所述空间指令信息，是通过与视觉信息交互得到的。

9.根据权利要求1所述空间转换算法，通过视觉信息包含的位置、方向、视野覆盖范围等空间信息,通过空间转换函数,固定空间参考系,可得视觉信息中任意像素在固定空间参考系中的绝对空间信息，也可将空间指令信息转换为固定空间参考系中的绝对空间信息，转换后的空间信息至少包含位置、方向。

10.根据权利要求1所述空间转换算法，通过视角计算绝对空间信息，消除视觉信息中不同区域比例不一致问题。

11.根据权利要求1所述视觉信息、空间指令信息中含有高度信息时，所述空间转换算法通过将信息中的高度代替固定高度，就可完成转换。

12.根据权利要求1所述空间指令信息中含有覆盖范围信息时，所述空间转换算法通过将覆盖范围转换为角度，就可完成转换。