基于計算機視覺及動態指紋的定位系統及相應方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及定位技術，具體設及計算機視覺及動態指紋的定位系統及相應方法。
【背景技術】
[0002] 目前基于計算機視覺技術的室內定位系統利用攝像頭對物體或人進行拍照，從照 片中成像的位置計算其相對于攝像頭的相對位置。基于計算機視覺的室內定位算法主要有 單目和雙目兩類。計算機視覺定位的優點是定位精度高及穩定度高。但計算機視覺定位技 術要求在視距化ine of Si曲t)無遮擋的條件，在室內復雜的非視距(Non Line of Si曲t) 的條件下，該定位算法將不能使用。
[0003] 當前的物聯網普遍采用無線技術對各種設備進行互聯，包括Zigbee，WIFI，藍牙和 ibeacon等技術。現有的室內無線定位技術可W利用現成的無線網絡來進行定位計算。無線 定位技術可分為測距和非測距技術兩種，如基于到達時間或者時間差的測距技術因為需要 精確的時間同步，系統復雜成本較高，而且在非視距條件下準確度影響較大的。基于指紋 (Fingerprint)算法的非測距技術利用無線信號可W繞過障礙物的特點，可W避免非視距 條件下測距技術定位精度下降的問題。通過標定特征點的無線信號強度，指紋 (Fingerprint)算法選取區域內的相關特征點標定收到各無線設備的信號強度，并將運些 數據存入數據庫中；在定位階段進行定位計算時，將測得的無線設備的信號強度和數據庫 中存儲的特征點的數據進行匹配計算得到的位置坐標。運種基于指紋匹配的算法的關鍵是 要保證指紋數據本身的準確性，否則系統的定位精確度必然不能保證。
[0004][0005] 因此，綜上所述，現有的用于室內定位的各種定位方式均存在其缺陷，不能夠提供 長期穩定的定位。
【發明內容】
[0006] 針對現有定位技術中存在的上述問題，尤其是采用指紋算法的無線定位技術中存 在的指紋數據標定復雜、困難，標定數據容易出現信號漂移等問題，本發明提供一種能實現 動態指紋數據更新，進而消除上述誤差因素，提高定位精度的定位系統及相應定位方法。
[0007] 具體而言，本發明提供一種基于計算機視覺及動態指紋的定位系統，其特征在于， 所述定位系統包括:圖像采集裝置、無線接入設備、服務器、無線信標，所述無線信標安裝在 定位物上，
[0008] 所述圖像采集裝置用于W預定時間間隔或持續地采集定位物的圖像，并將所采集 的圖像發送至所述服務器；
[0009] 所述無線信標用于W預定時間間隔或持續地接收所述無線接入設備的信號，確定 所接收到的每個無線信號的信號強度，并將相應信號強度信息發送至所述服務器；
[0010] 所述服務器基于所述圖像計算所述定位物的位置信息并生成位置信息流，基于所 述信號強度信息生成信號強度數據流，并對所述位置信息流和所述信號強度數據流進行匹 配生成位置及信號強度數據流，存入指紋數據庫；
[0011] 所述服務器還基于所述圖像判斷所述定位物是否在圖像中可見，如果可見，則所 述服務器直接基于所述圖像確定所述定位物的位置，否則，所述服務器基于所述無線信標 獲得的當前信號強度信息W及所述位置及信號強度數據流利用基于動態指紋數的時間加 權K最臨近定位算法(T-WKNN)進行位置計算。
[0012] 進一步地，所述服務器定期對所述指紋數據庫進行更新，清除與相鄰數據的時間 間隔小于預定闊值的數據或距離當前時間超過預定闊值的數據。
[0013] 進一步地，在所述時間加權K最臨近定位算法中，在對K個最匹配的指紋點加權求 和時，采用指紋數據的時間距離作為權重因子，該權重因子為：時間間隔乘W距離的倒數， 其中時間間隔為該指紋數據采集的時間到當前時間的間隔。
[0014] 進一步地，所采用的加權求和方法為：
[0017] 其中Xj為K個最匹配指紋點中第j個的X坐標，Yj為K個最匹配指紋點中第j個的Y坐 標，Tj為第j個指紋數據離當前的時間間隔，Dj為定位點數據和第j個指紋點數據的距離，Dj 由定位點收到的各無線接入設備的信號強度和第j個指紋點的無線接入設備的信號強度的 差值的平方和計算得到。
[0018] 另一方面，本發明提供一種基于計算機視覺及動態指紋的定位方法，其特征在于， 所述方法包括：
[0019] W預定時間間隔或持續地采集定位物的圖像；
[0020] 基于所述圖像計算定位物的位置信息并生成位置信息流；
[0021] W預定時間間隔或持續地利用定位物上的無線信標接收無線接入設備的信號并 確定所接收到的每個無線信號的信號強度；
[0022] 基于所述信號強度信息生成信號強度數據流；
[0023] 對所述位置信息流和信號強度數據流進行匹配生成位置及信號強度數據流，存入 指紋數據庫；
[0024] 基于所述圖像判斷所述定位物是否在圖像中可見，如果可見，則直接基于所述圖 像確定所述定位物的位置，否則，基于所述無線信標獲得的當前信號強度信息W及所述位 置及信號強度數據流，利用基于動態指紋數的時間加權K最臨近定位算法(T-WKNN)計算所 述定位物的當前位置，其中，在所述時間加權K最臨近定位算法中。
[0025] 進一步地，所述方法還包括:定期對所述指紋數據庫進行更新，清除與相鄰數據的 時間間隔小于預定闊值的數據或距離當前時間超過預定闊值的數據。
[0026] 進一步地，在所述時間加權K最臨近定位算法中，在對K個最匹配的指紋點加權求 和時，采用指紋數據的時間距離作為權重因子，該權重因子為：時間間隔乘W距離的倒數， 其中時間間隔為該指紋數據采集的時間到當前時間的間隔。
[0027] 進一步地，所采用的加權求和方法為：
[0030] 其中Xj為K個最匹配指紋點中第j個的X坐標，Yj為K個最匹配指紋點中第j個的Y坐 標，Tj為第j個指紋數據離當前的時間間隔，Dj為定位點獲取的信號強度數據和第j個指紋 點獲取的信號強度的數值的距離，Dj為由定位物上的無線信標接收到的各K個無線接入設 備的信號強度和第j個指紋點的無線接入設備的信號強度的差值的平方和計算得到。
[0031] 相比于現有技術，本發明具有如下優勢：
[0032] 1、本發明的基于計算機視覺和無線信號動態指紋算法的定位系統，提供視距及非 視距的各種復雜室內環境定位。
[0033] 2、用視覺定位獲得高精度定位并且動態實時更新無線信號的指紋數據，使得非視 距條件下的定位精度得到提高，不需要人工標定得到指紋數據。此外，由于指紋數據動態更 新，系統可W提供更多，更新的指紋數據，可W消除因時間導致的信號系統漂移，環境及氣 候變化的誤差。
[0034] 3、本發明采用了基于動態指紋的時間加權K最臨近定位算法(T-WK順），加入時間 間隔作為權重因子，減少長時間導致的設備信號漂移，氣候及環境變化帶來的誤差，提高定 位精度。
[0035] 綜上所述，本發明的基于計算機視覺及動態指紋的定位系統及定位方法在視距條 件下采用視覺定位獲得高精度定位并且動態實時更新指紋數據，使得非視距條件下的定位 精度得到提局，確保在各種室內復雜情況下得到局精度、局可靠性的定位服務。
【附圖說明】
[0036] 圖1示出了本發明實施例中的基于計算機視覺及動態指紋的定位系統的硬件架構 示意圖；
[0037] 圖2示出了本發明的定位系統中所執行的定位方法的流程示意圖；
[0038] 圖3示出了存在遮擋時圖1所示實施例中的定位系統進行定位的情況。
[0039] 圖中的附圖標記為：1、定位物，2、無線信標，3、攝像頭，4、無線接入，5、服務器，6、 無線路由器，7、連接線
【具體實施方式】
[0040] 實施例1
[0041 ]下面結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細說明。
[0042] 如圖1所示，本實施例中的定位系統主要包括下述部件:無