一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114998385A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210592205.8G06V10/42(2022.01)(22)申请日2022.05.27G06V10/62(2022.01)(71)申请人中国计量大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号(72)发明人阙建飞郑恩辉吴慧秀(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200专利代理师林超(51)Int.Cl.G06T7/246(2017.01)G06T7/73(2017.01)G06T7/66(2017.01)G06V20/40(2022.01)G06V10/46(2022.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法。使用手机的单个相机实时采集室内空间的视频流，每帧图像实时传输到服务器；提取图像的特征点；根据特征点筛选出关键帧；对筛选的关键帧及其特征点进行位置跟踪；构建稀疏点云位置信息和里程计信息，进而组建字典数据库；实时拍摄采集当前待测图像和字典数据库中的关键帧进行匹配，获得当前待测图像时手机的位置，进而获得手机在室内空间中的路线轨迹。本发明方法能够在仅内置单目相机的手机条件下，有效利用视觉特征，实时计算出手机的运行轨迹，并生成场景的稀疏点云地图进行辅助定位，具有良好的精度和鲁棒效果，有效降低了室内定位系统的建设周期和维护成本。CN114998385ACN114998385A权利要求书1/2页1.一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：使用手机的单个相机实时采集室内空间的视频流，在采集视频流过程中将每一帧图像实时通过局域网传输到服务器；步骤S2：从服务器中对视频流中的每一帧图像提取图像的特征点；步骤S3：根据图像的特征点筛选出关键帧；步骤S4：对筛选的关键帧及其特征点进行位置跟踪；步骤S5：将关键帧、关键帧的特征点加入室内空间的地图形成里程计和稀疏点云位置信息，由所有关键帧及其位置构成里程计信息，所有关键帧的特征点及其位置构成稀疏点云位置信息，由稀疏点云位置信息和里程计信息构建字典数据库；步骤S6：实时拍摄采集到的当前待测图像和字典数据库中的关键帧进行匹配，获得当前待测图像对应获得的手机在室内空间中的位置，进而获得手机拍摄过程在室内空间中的路线轨迹，实现室内空间辅助定位。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法，其特征在于：所述步骤S2，具体为：步骤S21：在一帧图像中，选择自身的亮度值与其周围邻域的像素点的像素值之间的差值均大于亮度阈值的像素点作为关键点；步骤S22：将每一个关键点周围邻域的每个像素点的像素值存储作为该关键点的描述子；步骤S23：一个关键点及其描述子组成一个特征点，使用灰度质心法计算特征点的方向。3.根据权利要求1所述的一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法，其特征在于：所述步骤S3，根据当前帧图像获得的特征点进行以下判断获得关键帧：若当前帧图像和上一关键帧之间的帧数大于第一判定阈值、且当前帧图像和上一关键帧之间的距离大于第二判定阈值、且当前帧图像获得的特征点数量大于第三判定阈值，则将当前帧图像作为关键帧；否则不将当前帧图像作为关键帧；所述的当前帧图像和上一关键帧之间的距离是指当前帧图像在采集时手机处于室内空间中的位置和上一关键帧在采集时手机处于室内空间中的位置之间的距离。4.根据权利要求1所述的一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法，其特征在于：所述步骤S4中，以关键帧在采集时手机处于室内空间中的位置作为关键帧的位置，在服务器上采用纯视觉特征方法实时根据当前关键帧的特征点和上一关键帧的特征点之间的变化关系计算相邻帧间的手机相机位姿变化，进而利用手机相机位姿变化结合上一关键帧的位置获得当前关键帧的位置。5.根据权利要求1所述的一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据相邻关键帧中同一个特征点在各自关键帧图像中的位置关系以及相邻帧间的手机相机位姿变化采用三角测量的方法获取特征点所对应的物体目标在空间中的位置作为关键帧的特征点的位置。6.根据权利要求1所述的一种基于视觉特征的室内空间辅助定位方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：2CN114998385A权利要求书2/2页对当前关键帧的特征点并存放到vector容器中，调用预先加载好的字典数据库，使用三维空间相似变换方法计算当前关键帧与字典数据库中的关键帧之间的相似度，根据相似度计算当前待测图像与字典数据库中的关键帧之间的手机相机位姿变化，进而利用手机相机位姿变化结合字典数据库中的关键帧的位置获得当前待测