[发明专利]基于全局视觉的定位方法

说明书

本发明提供基于全局视觉的定位方法，(1)获得摄像头的精确位置；(2)获得摄像头的姿态；(3)对目标成像：整个系统投入运营，对目标成像；(4)在图像中检测目标；5)计算目标射线；(6)计算目标位置；7)计算目标姿态：根据目标在图像坐标里的姿态，以及摄像头的姿态，采取视觉和IMU、OD、Geomagnetic的信息融合组合导航可以确定目标的姿态。本发明的有益效果是已经知道摄像头的位置、朝向，以及所面向地理环境的模型，就可以很容易地计算出视野范围内每个目标的位置；将视觉与GPS、IMU、OD及地磁等定位装置配合，可得到高精度的导航定位。

技术领域

本发明属于定位技术领域，尤其是涉及一种基于全局视觉的定位方法。

背景技术

定位是导航的前提条件，在工业、养老、医疗、会展、自动化等领域有广泛的应用。但是目前的定位技术在应用中都有短板，例如GPS容易受遮挡，在室内无法使用，在山区、树林中精度低；Wi-Fi精度低，不能穿墙；蓝牙稳定性稍差，受噪声信号干扰大；ZigBee需要密集布置信源；RFID作用距离短，一般最长为几十米，不便于整合到移动设备之中。IMU、OD可以高频测量加速度、速度和姿态角，但是受噪声影响大，长时间会有累积误差。

但是作为智能城市项目的监控摄像头，已经密集地分布在各个关键位置。如果已经知道摄像头的位置、朝向，以及所面向的地理环境，就可以很容易地计算出视野范围内的每个目标的位置。如果与GPS、IMU、OD及地磁等定位装置配合，就可以提高定位精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于全局视觉的定位方法，其解决了平常定位方法中存在的定位不准确、易受干扰、安装成本高等不足，提高了定位精度，适合用在工业、自动化、医疗、会展、养老及酒店等领域的定位导航中。

本发明的技术方案是：一种基于全局视觉的定位方法，包括如下步骤：

设已知摄像头的精确位置(经度O，纬度A，高度H)和姿态(αc，βc，γc)，并且已知场地的几何模型，那么从摄像头的图像中找到目标后，就能根据目标在图像中的位置确定目标与摄像头连线的方位角(αO，βO，γO)，并根据此方位角和场地的几何模型计算出目标的位置和姿态。

(1)获得摄像头的精确位置：如果在野外，采用高精度的差分GPS装置；如果在室内，用高精度的差分GPS装置定位整个建筑物，再根据建筑物内部结构的尺寸推算摄像头的精确位置。将世界坐标系原点设置在摄像头焦距处，一个方向指向经度O方向(东方)，另一个方向指向纬度A方向(北方)，第三个方向指向高度H方向；

(2)获得摄像头的姿态：采用带水平仪和罗盘的标定模板标定相机；水平放置的标定板一个方向指向经度O方向(东方)，一个方向指向纬度A方向(北方)，与摄像头处的世界坐标系一致；设标定后，摄像头坐标系与世界坐标系的变换为R1|T，从旋转矩阵R1可以按如下公式确定出摄像头的三个姿态角(αc，βc，γc)，

(3)对目标成像：整个系统投入运营，对目标成像；

(4)在图像中检测目标：可以用目标检测的方法，也可以在目标上带预设标签的方法，确定目标在图像中的位置，目标大小为λ，相对于图像中心的偏移(r,c)，目标在图像坐标里的姿态θ；

(5)计算目标射线：因为是单目视角，无法确定目标的高度和远近；但是对于具体应用而言，目标往往在地面上，并且目标往往是某种确定的类型，例如人、车、AGV等，因此大小、高度固定。在图像中找到目标后，根据目标相对图像中心的偏移(r,c)，在修正相机变形后，可以确定目标与摄像头光轴的偏转角

并计算出目标相对于相机坐标的旋转矩阵R2，因此，可确定目标射线在世界坐标系里的角度(αO，βO，γO)；