一种图像定位方法、装置及手机与流程

本发明涉及定位导航领域，具体涉及一种图像定位方法、系统及手机。

背景技术：

现有的基于图像的室内定位技术多集中于机器人的室内导航领域，而集成于移动终端(如手机、平板电脑)的室内定位技术则相对较少，室内环境下的gps功能受限以及移动终端的硬件条件限制造成了该技术的发展较为缓慢，但随着移动终端的普及率不断上升，人们对于移动终端的各种功能需求也在逐渐提高，室内定位技术正是人们关注的焦点技术之一。

目前，现有的室内定位成果包括：广域室内定位技术和局域室内定位技术。

广域室内定位技术通常需要改造基站及手机芯片等设备模块，成本巨大、研发周期较长。局域室内定位技术成本较低、周期短，但对移动终端的硬件配置要求较高，导致定位稳定性较差。

故如何开发一种定位速度快、精度高、成本较低的室内定位技术成为了本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明为解决现有的室内定位技术速度较慢、精度较低、且成本较高的问题，提供了一种图像定位方法、装置及手机。

第一方面，本发明提出一种图像定位方法，包括：

获取图像信息；

将所述图像信息与预设图像信息进行匹配；

根据匹配结果获取所述图像信息对应的实际地理位置；

生成由所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

进一步地，所述将所述图像信息与预设图像信息进行匹配，包括：

获取所述图像信息的特征点，并将所述图像信息的特征点转换为数字信号；

获取所述预设图像信息的全部特征点，并将所述预设图像信息的全部所述特征点分别转换为数字信号；

依次获取所述图像信息的特征点相对于所述预设图像信息的每个特征点的汉明距离；

选取全部汉明距离中的最小值和次小值；

判断所述汉明距离的最小值和次小值的比值是否小于比例阈值；若所述比值小于或等于比例阈值，则所述图像信息的特征点匹配成功；若所述比值大于比例阈值，则所述图像信息的特征点匹配失败。

所述获取图像信息中的特征点，包括：

将所述图像信息转换成灰度图；

获取所述灰度图中的特征点；

所述灰度图的特征点对应的像素点的灰度值与其相邻像素点的灰度值的差值大于或等于灰度阈值。

具体地，所述数字信号为256位二进制数字信号。

进一步地，所述图像信息的特征点匹配成功后，通过ransac算法消除匹配结果中的无效数据。

进一步地，所述图像信息的特征点匹配成功后，获取所述图像信息对应的实际地理位置；所述图像信息对应的实际地理位置包括所述图像信息在地图坐标系中的坐标值。

进一步地，获取所述图像信息对应的实际地理位置后，根据所述地图信息生成由所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

进一步地，所述目标地理位置为用户手动输入或在所述地图信息中获取的预设图像信息对应的实际地理位置。

进一步地，生成所述路线规划信息后，播放视频信息和/或音频信息。

具体地，所述地图信息包括离线地图和/或在线地图。

第二方面：本发明提出一种图像定位装置。

所述装置包括图像采集单元、数据匹配单元、定位单元以及路线规划单元；

所述图像采集单元用于获取图像信息，并将所述图像信息传输至所述数据匹配单元；

所述数据匹配单元用于将所述图像信息与预设图像信息进行匹配，并将匹配结果传输至所述定位单元；

所述定位单元用于根据匹配结果获取所述图像信息对应的实际地理位置，并将所述图像信息对应的实际地理位置传输至所述路线规划单元；

所述路线规划单元用于息生成所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

进一步地，所述数据匹配单元包括数据提取子单元、数据转换子单元、判断子单元；

所述数据提取子单元用于获取所述图像信息的特征点和所述预设图像信息的全部特征点，还用于获取所述图像信息的特征点相对于所述预设图像信息的每个特征点的汉明距离，还用于获取全部汉明距离中的最小值和次小值；

所述数据转换字单元用于将所述图像信息的特征点以及所述预设图像信息的全部特征点转换为二进制数字信号；

所述判断子单元用于判断所述汉明距离的最小值和次小值的比值是否小于比例阈值；若所述比值小于或等于比例阈值，则所述图像信息的特征点匹配成功；若所述比值大于比例阈值，则所述图像信息的特征点匹配失败。

进一步地，所述装置还包括数据优化单元，用于在所述图像信息的特征点匹配成功后，通过ransac算法消除匹配结果中的无效数据。

进一步地，所述装置还包括播放单元，用于在生成所述路线规划信息后，播放视频信息和/或音频信息。

进一步地，所述装置还包括存储单元，用于存储地图信息、所述预设图像信息以及目标地理位置。

进一步地，所述装置还包括网络信号传输单元，用于访问离线地图和/或在线地图。

第三方面，本发明提出一种手机。

所述手机包括本发明第二方面记载的一种图像定位装置。

本发明通过将当前拍摄的图像信息与预存的图像信息进行数据匹配，匹配成功后即可快速生成由用户当前所在位置至预设目标位置的路线信息，并伴随有图像及语音提示。在复杂的地形环境下，尤其是室内环境，通过移动终端自带的拍照模块拍摄现场的标示图片即可获取自身所在的当前室内位置，有效提高了室内定位速度与精度，且对移动设备硬件要求较低，易于实现。

附图说明

图1为本发明的一种图像定位方法的步骤流程示意图；

图2为图1中图像信息匹配的具体步骤流程示意图；

图3为图像信息与预设图像信息的特征点比对示意图；

图4为图像信息与预设图像信息的特征点比对的错误匹配示意图；

图5为本发明一种实施例的图像定位方法步骤流程示意图；

图6为本发明一种实施例的图像定位方法步骤流程示意图；

图7为本发明一种实施例的图像定位方法步骤流程示意图；

图8为本发明的一种图像定位装置的模块连接示意图；

图9为本发明的一种手机的内部模块连接示意图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。

具体实施方式

如图1所示，一种图像定位方法，具体包括如下步骤：

实施例1

s101：获取图像信息；

通过图像采集设备(如带有摄像头的手机、相机等)获取静态图像信息，所述静态图像信息包括常见格式的静态图片，如jpeg、tiff、raw、bmp等。

s102：将所述图像信息与预设图像信息进行匹配；

所述图像信息即是指s101步骤中获取到的静态图像信息，为保证数据匹配的成功率，所述静态图像信息中应涵盖所述预设图像信息的全部内容；

具体匹配过程包括如下步骤，如图2所示：

s1021：通过orb算法(orientedfastandrotatedbrief)提取所述图像信息的特征点以及所述预设图像信息的特征点，具体为：

将所述图像信息转换成灰度图，所述灰度图即为没有颜色数据的像素图；

获取所述灰度图的特征点；

所述灰度图的特征点对应的像素点的灰度值与其相邻像素点的灰度值的差值大于或等于灰度阈值。相邻像素点是指与特征点所在的像素点边界相接触的像素点。

具体地，需要提取的特征点应为所述图像信息的全部特征点，以及所述预设图像信息的全部特征点，考虑到图像处理的特点，最终提取到的特征点数量可能会大于所述图像信息的全部特征点数量(即无效数据)。

s1022：通过rbrief(rotatedbinaryrobustindependentelementaryfeature)算法将所述图像信息的全部特征点和所述预设图像信息的全部特征点分别转换为二进制数字信号；

具体地，所述二进制数字信号为256位数字信号。

生成数字信号的方法为tao准则，如公式1所述：

即比较特征点周围的256个像素点对，形成256的0或1的二进制符号。

s1023：采用暴力贪婪的方式计算所述图像信息的特征点与预设图像信息中的二进制数字信号之间的汉明距离；暴力贪婪是图像匹配领域的专用名词，是指获取图像信息中所有的特征点，具体为：

获取所述图像信息中的第一个特征点，简称为特征点i；

获取所述特征点i相对于预设图像信息中每一个特征点的汉明距离，假设预设图像信息中有10个特征点，那么就会获取10个汉明距离；

在所有获取到的汉明距离中，提取出汉明距离的最小值和次小值；

通过使所述汉明距离的最小值除以次小值，得到一个比值，判断该比值是否小于或等于比例阈值；

比例阈值一般为图像最大匹配距离的0.6倍，图像匹配距离是指所述图像信息的特征点相对于所述预设图像信息的特征点的汉明距离的最大值。

若所述比值小于或等于所述比例阈值，则表明所述特征点i匹配成功，否则匹配失败。

同理，对所述图像信息中的其余特征点也执行上述匹配步骤，完成所述图像信息中全部特征点的匹配，如图3所示，图3为所述图像信息与预设图像信息的特征点比对示意图。

s1024：在完成所述图像信息中全部特征点的匹配后，通过ransac(randomsampleconsensus)算法消除s203步骤中可能存在的错误匹配对；如图4所示，图4即为特征点匹配过程中的错误匹配点示意图；

由于特征点的提取是基于灰度图中像素点的亮度数据作为选取依据，故特征点的选取会受拍摄图片的质量影响，故采用ransac算法可以消除这种情况下产生的无效数据，具体过程是为：

通过特征点匹配结果计算所述图像信息与预设图像信息的基础矩阵f，当特征点满足xfy＝0时，则认为是当前比对的特征点是准确的；其中，x为所述图像信息/预设图像信息中的特征点，y为对应的所述预设图像信息/图像信息中的特征点。当xfy≠0时，则认为当前比对的特征点是不准确的，属于错误匹配，即一幅图像中的特征点在另一幅图像中没有找到对应的特征点匹配。

对于错误的特征点匹配，由于特征空间的高维性，相似的距离上可能有大量其他的错误匹配。通过降低比例阈值，特征点的匹配数目会相应减少，但匹配的稳定性更高，反之亦然。同时，在特征点匹配之后，用ransac算法消除错误匹配，得到更加精确的特征点匹配结果，保证匹配误差低于1.8％(1delta水平)，定位精度在(e制图+0.5)m以内：e制图表示在制图使用的设备的误差(例如制图误差为0.1m，则项目容许的定位误差为0.1+0.5＝0.6m)。

s103：根据匹配结果获取所述图像信息对应的实际地理位置；

所述图像信息对应的实际地理位置的表示方式为：特征点对应的空间位置，所述空间位置以三维坐标点的形式表现出来，即(x，y，z)，以室内定位为例，该三维坐标点是以楼层中的某一定点为原点，一定方向为坐标轴方向，建立起楼层的空间位置坐标系，测量每个图像信息的四个顶点在此坐标系下的三维坐标(x，y，z)即为该图像信息对应德尔实际地理位置。

在实际应用中，如消防领域，当用户将一张当前消防图像标志拍摄成静态图片，经过与预设的消防标志图像匹配成功后，获取的信息是当前消防标志图像所在的实际地理位置(即拍摄该当前消防图像标志的用户所在的实际地理位置)，以及用户与该当前消防标志图像的距离。

需要明确的是：当用户改变自身位置时，无法实时更新自身所处的当前位置，用户需要重新获取图像信息，通过将新获取到的图像信息与预设图像信息进行匹配，以更新基于图像信息的定位。

s104：获取用户的当前位置后，根据地图信息生成由所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

具体地，该路线规划信息是指由所述图像信息所在的实际地理位置至预设目标位置的路线信息，目标地理位置可以是预先由用户手动输入的位置信息，也可以是用户在地图信息中选择的信息(如安全出口、临近特殊地点的消防标志等)。

进一步说明，地图信息可以是离线地图或在线地图；

离线地图是预存在本地存储器中，当网络环境受限时，可通过本地存储器直接读取，且离线地图中包含了预设图像信息，以便用户选取作为目标地理位置；在线地图是保存在网络服务器中，可通过网络远程访问，在线地图中同样包含了预设图象信息。可以理解的是，当用户处于网络受限环境中时，仅可以使用离线地图。

优选地，地图信息可以通过slam技术(simultaneouslocalizationandmapping，即时定位与地图创建)自动生成。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1相比，区别在于增加了视频播放步骤，具体为：

s201：生成由所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

s202：播放视频信息，所述视频信息包括与所述路线规划信息相对应的视频画面，如行走路线提示、当前位置提示等信息；

视频信息通过播放器展示给用户，用户根据视频信息提示，可准确获取行走路线，从而快速到达预设目标位置。

进一步地，随着用户的位置改变，当获取到新的图像信息且匹配成功后，路线规划信息才会更新，显示给用户的路线规划信息也将同步更新。

采用上述图像定位方法，可保证定位效率不超过1s，即是指接收到用户拍摄的图像信息，并完成定位的总时间不超过1s。

实施例3

如图6所示，本实施例与实施例1相比，区别在于增加了语音播放步骤，具体为：

s301：生成由所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

s302：播放音频信息，所述音频信息包括与所述路线规划信息相对应的语音提示信息。用户根据语音提示，可准确获取行走路线，从而快速到达预设目标位置。

进一步地，随着用户的位置改变，当获取到新的图像信息且匹配成功后，路线规划信息才会更新，播放给用户的语音信息也将同步更新。

实施例4

在另一个实施例中，为解决采用上述图像定位方法存在的图像二义性问题，增加了编码信息的匹配步骤；

图像二义性问题，是指在不同的地理位置，可能会设置统一类型的图像标志，而用户通过其中一个图像标志进行定位时，可能会被识别为是某个其他的同类型的图像标志，导致定位精度较低，这种相同图像标志出现在不同位置的现象定义为图像的二义性。

另外，当现场环境不允许拍照或拍照硬件模块出现故障导致无法拍照时，也可以采用编码信息的匹配步骤，即编码信息的匹配步骤可以与实施例1～实施例3的图像定位方法结合使用，也可以独立使用。

如图7所示，编码信息匹配步骤的具体步骤如下：

s401：获取编码信息；

编码信息主要是指类似消防标签中的字符串信息，字符串包括英文字符、数字以及二者的任意组合方式；

编码信息是通过用户手动输入或图像扫描方式输入。

s402：将输入的编码信息与预设编码信息进行比对；

具体地，预设编码信息保存在地图信息中，当用户输入编码信息后，将所述编码信息与预设的编码信息进行逐个字符比对。

s403：判断编码信息与预设的编码信息是否相同。

s404：若所述编码信息与预设的编码信息相同(即字符长度、字符内容均相同)，则编码信息匹配成功。

s405：若所述编码信息与预设的编码信息不相同(即字符长度和/或字符内容不相同)，则编码信息匹配失败。

实施例5

如图8所示，本发明提出一种图像定位装置。

所述装置包括依次连接的图像采集单元、数据匹配单元、定位单元以及路线规划单元。

所述图像采集单元用于获取图像信息，并将所述图像信息传输至所述数据匹配单元。所述图像采集单元具体包括至少一枚摄像头。

所述数据匹配单元用于将所述图像信息与预设图像信息进行匹配，并将匹配结果传输至所述定位单元；

所述数据匹配单元可包括触发开关，用于控制数据匹配功能的启动/停止，所述触发开关可为机械开关或电子开关，通过用户控制。当触发数据匹配单元启动时，所述图像采集单元将获取到的图像信息传输至数据匹配单元，以获取图像信息的特征点；

同时，所述装置还包括存储器，数据匹配单元与存储器电连接，通过获取存储器中的预设图像信息，以获取预设图像信息的特征点。

所述定位单元用于根据匹配结果获取所述图像信息对应的实际地理位置，并将所述图像信息对应的实际地理位置传输至所述路线规划单元。

所述路线规划单元用于根据地图信息生成所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

具体地，所述数据匹配单元包括依次连接的数据提取子单元、数据转换子单元、判断子单元以及数据优化子单元；

所述数据提取子单元用于获取所述图像信息的特征点和所述预设图像信息的全部特征点，还用于获取所述图像信息的特征点相对于所述预设图像信息的每个特征点的汉明距离，还用于获取全部汉明距离中的最小值和次小值；

所述数据转换子单元用于将所述图像信息的特征点以及所述预设图像信息的全部特征点转换为二进制数字信号；

所述判断子单元用于判断所述汉明距离的最小值和次小值的比值是否小于比例阈值；若所述比值小于或等于比例阈值，则所述图像信息的特征点匹配成功；若所述比值大于比例阈值，则所述图像信息的特征点匹配失败。

数据优化子单元用于在所述图像信息的特征点匹配成功后，通过ransac算法消除匹配结果中的无效数据。

进一步地，所述装置还包括播放单元，播放单元包括显示器(led显示器、液晶显示器等)；所述显示器用于在生成所述路线规划信息后，播放与所述路线规划信息相对应的视频信息。

进一步地，播放单元还包括扬声器；在所述语音单元生成所述路线规划信息后，播放与所述路线规划信息相对应的音频信息。

实施例6

如图9所示，一种手机，包括如实施例5所述的图像定位装置。

其中，手机的cpu处理器作为数据处理的核心，可作为图像定位装置中的数据匹配单元；

手机内置的导航模块可作为定位单元以及导航单元，以获取所述图像信息对应的实际地理位置，并根据地图信息生成所述图像信息对应的实际地理位置至目标地理位置的路线规划信息。

手机摄像头(前摄像头和/或后摄像头)可作为图像采集单元，以获取静态图像信息。

手机内置或外置存储卡可作为存储器，以存储离线地图库。

手机的移动网络模块用于访问在线地图。

手机的触摸屏可作为显示器，以播放与所述路线规划信息相对应的视频信息。

手机的扬声器可播放与所述路线规划信息相对应的音频信息。

在一个应用于消防领域的具体实施例中，用户通过手机拍摄当前环境中的消防标志，通过手机cpu处理器扫描含有消防标志的图片，并调用内存中预设地图信息的预设消防标志图片，比对所拍摄的消防标志与预设消防标志的特征点信息，当匹配成功后，手机的核心cpu处理器控制所述导航模块获取用户所在的当前位置，并生成由用户所在的当前位置至目标地理位置的路径规划信息，并通过手机显示屏展示给用户；同时，手机cpu处理器读取预存的音频信息，并通过扬声器播放给用户。

此外，当用户的位置发生变化时，用户可通过手机再次拍摄更新位置后的消防标志图片，以更新用户所在的当前位置至目标地理位置的路径规划信息；

另一方面，若现场环境受限不允许用户进行手机拍摄时，用户可通过触摸屏输入当前位置的消防标志的编码信息，通过手机cpu处理器比对所输入的编码信息与存储器中预存的预设编码信息是否一致，经匹配成功后，手机cpu处理器控制所述导航模块获取用户所在的当前位置，并生成由用户所在的当前位置至目标地理位置的路径规划信息，并通过手机显示屏展示给用户；同时，手机cpu处理器读取预存的音频信息，并通过扬声器播放给用户。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。