一种智能移动设备的室内定位方法及系统与流程

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种智能移动设备的室内定位方法及系统。

背景技术：

当前，智能移动设备(比如室内机器人)越来越普及，而室内定位作为室内机器人导航的基础，是室内机器人领域的研究热点。现有的室内定位技术包括视觉定位和信标定位，其中，视觉定位技术包括双目视觉定位与单目视觉定位，均通过预先测量信息绘制室内地图以提供先验知识，从而实现快速定位；信标定位技术又分为设置人工标识点(例如：在墙面或天花板放置特殊图形、二维码)的信标定位与利用室内现有物体作为标识点的信标定位，通过识别标识点自主定位。

然而，发明人在实施本发明的过程中发现现有技术存在以下问题：(1)现有的视觉定位技术的分析计算性能要求高，且容易受到环境变化的干扰，导致识别率降低；(2)设置人工标识点的信标定位技术的使用操作繁杂；而现有的利用室内现有物体作为标识点的信标定位技术同样会受到环境变化的干扰，导致识别率降低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种智能移动设备的室内定位方法，无需设置人工标识点，简化了智能移动设备的使用操作，抗干扰能力强，实现了室内智能移动设备高效率、高准确率地自动定位。

本发明的一个实施例提供一种智能移动设备的室内定位方法，包括：

采集智能移动设备的当前位置对应的第一环境图片，其中，所述第一环境图片的成像信息中至少包括天花板和墙面；

将所述第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行特征点匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点；其中，一个或多个所述信标图片与一个已知空间相关联；

统计每一所述已知空间对应的所有所述相同的特征点，并计算每一所述已知空间对应的匹配度；

判断各所述匹配度中是否存在一个或多个超过一预设的匹配阈值；

当存在至少一个所述匹配度超过所述匹配阈值时，确定最高匹配度对应的已知空间为所述智能移动设备所处的空间。

在本实施例中，通过将智能移动设备的当前位置对应的包括天花板和墙面的第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点；然后，根据每一所述信标图片与已知空间的关联关系，统计每一所述已知空间所对应的所有所述相同的特征点，并计算每一所述已知空间对应的匹配度；最后，将匹配度超过预设的匹配阈值且最高匹配度所对应的已知空间确定为所述智能移动设备所处的空间。采用本发明实施例，无需设置人工标识点，简化了智能移动设备的使用操作，抗干扰能力强，实现了室内智能移动设备高效率、高准确率地自动定位。

优选的，当各所述匹配度均不超过所述匹配阈值时，根据所述智能移动设备的空间位置信息，控制所述智能移动设备在所处空间内转动或移动，并采集所述智能移动设备的当前位置对应的第二环境图片；

将所述第一环境图片添加到缓存环境图片集中；

当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片存在不同的特征点时，将所述第二环境图片确定为所述第一环境图片，并重新将所述第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行特征点匹配；否则，确定所述智能移动设备所处的空间为未知空间。

在本优选实施例中，当匹配不成功时，重新采集所述智能移动设备的当前位置附近对应的第二环境图片，将所述第一环境图片添加到缓存环境图片集中；且当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片存在不同的特征点时，将所述第二环境图片确定为所述第一环境图片，并重新进行图片的特征点匹配、匹配度计算及判断；否则，当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片不存在不同的特征点时，确定所述智能移动设备所处的空间为未知空间。通过重复多次操作，保证所述智能移动设备定位的低失误率和高准确率。

优选的，当确定所述智能移动设备所处的空间为已知空间时，提取所述缓存环境图片集中的各图片上的特征点，并将所述缓存环境图片集中的每一图片及对应的特征点关联保存到所述已知空间的信标图片库中。

本优选实施例中，通过在定位过程中不断完善环境数据库中储存的已知空间的信标图片库，提高下一次定位的效率和准确率。

优选的，通过设于所述智能移动设备顶部的摄像头采集所述智能移动设备的当前位置对应的第一环境图片；

所述智能移动设备的室内定位方法还包括：

实时监测所述摄像头的采集方向。

优选的，每一所述信标图片与所提取的该信标图片上的信标特征点及对应的所述摄像头的采集方向进行关联保存；

所述将所述第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行特征点匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点，具体包括：

提取所述第一环境图片上的实时特征点；

基于所述第一环境图片对应的所述摄像头的采集方向及每一所述信标图片对应的所述摄像头的采集方向，将所述实时特征点与每一所述信标图片所关联保存的信标特征点进行匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

在上述优选实施例中，结合所述摄像头的采集方向，将所提取的所述第一环境图片上的实时特征点与环境数据库中存储的每一信标图片所关联保存的信标特征点进行匹配，可更快速、准确地匹配出所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

本发明的一个实施例还提供一种智能移动设备的室内定位系统，包括：

图片采集模块，用于采集智能移动设备的当前位置对应的第一环境图片，其中，所述第一环境图片的成像信息中至少包括天花板和墙面；

特征点匹配模块，用于将所述第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行特征点匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点；其中，一个或多个所述信标图片与一个已知空间相关联；

匹配度计算模块，用于统计每一所述已知空间对应的所有所述相同的特征点，并计算每一所述已知空间对应的匹配度；

判断模块，用于判断各所述匹配度中是否存在一个或多个超过一预设的匹配阈值；

空间定位模块，用于当存在至少一个所述匹配度超过所述匹配阈值时，确定最高匹配度对应的已知空间为所述智能移动设备所处的空间。

优选的，所述室内定位系统还包括：

移动控制模块，用于当各所述匹配度均不超过所述匹配阈值时，根据所述智能移动设备的空间位置信息，控制所述智能移动设备在所处空间内转动或移动，并启动所述图片采集模块；

所述图片采集模块，还用于采集所述智能移动设备的当前位置对应的第二环境图片；

图片缓存模块，用于将所述第一环境图片添加到缓存环境图片集中；

重新确定模块，用于当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片存在不同的特征点时，将所述第二环境图片确定为所述第一环境图片，并启动所述特征点匹配模块；

所述重新确定模块，还用于当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片不存在不同的特征点时，确定所述智能移动设备所处的空间为未知空间。

优选的，所述室内定位系统还包括：

图片保存模块，用于当确定所述智能移动设备所处的空间为已知空间时，提取所述缓存环境图片集中的各图片上的特征点，并将所述缓存环境图片集中的每一图片及对应的特征点关联保存到所述已知空间的信标图片库中。

优选的，所述图片采集模块为摄像头，所述摄像头设于所述智能移动设备顶部；

所述智能移动设备的室内定位系统还包括：

监测模块，用于实时监测所述摄像头的采集方向。

优选的，每一所述信标图片与所提取的该信标图片上的信标特征点及对应的所述摄像头的采集方向进行关联保存；

所述特征点匹配模块具体包括：

特征点提取单元，用于提取所述第一环境图片上的实时特征点；

匹配单元，用于基于所述第一环境图片对应的所述摄像头的采集方向及每一所述信标图片对应的所述摄像头的采集方向，将所述实时特征点与每一所述信标图片所关联保存的信标特征点进行匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的智能移动设备的室内定位方法的一个实施例的流程示意图。

图2是本发明提供的智能移动设备的室内定位系统的一个实施例的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的图片匹配模块的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，是本发明提供的智能移动设备的室内定位方法的一个实施例的流程示意图。

本发明实施例提供一种智能移动设备的室内定位方法，包括步骤s11～s15，具体如下：

s11，采集智能移动设备的当前位置对应的第一环境图片。

其中，所述第一环境图片的成像信息中至少包括天花板和墙面。

在具体实施时，优选的，通过设于所述智能移动设备顶部的摄像头采集所述智能移动设备的当前位置对应的第一环境图片；所述摄像头为可90度旋转的广角摄像头，通常设置所述摄像头为垂直指向天花板，采集所述智能移动设备上方的包括天花板和室内墙面的第一环境图片。当然，所述摄像头还可设置成一定的倾斜角度，以及所述摄像头还可设于所述智能移动设备的其他部位，只要所采集的第一环境图片中的成像信息中至少包括天花板和墙面即可，本发明不做具体限制。

s12，将所述第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行特征点匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

其中，一个或多个所述信标图片与一个已知空间相关联。

优选的，所述信标特征点可以为大面积的色彩、形状、线条、物件及物件的部分。

在本发明一个实施例中，所述室内定位方法还包括：

s11＇，实时监测所述摄像头的采集方向。

在具体实施时，可通过一方向传感器实时监测所述摄像头的采集方向。优选的，所述方向传感器的监测方向设置为与所述摄像头的采集方向一致。

优选的，每一所述信标图片与所提取的该信标图片上的信标特征点及对应的所述摄像头的采集方向进行关联保存；因此，步骤s12可具体为：

s121，提取所述第一环境图片上的实时特征点。

在具体实施时，可根据所述摄像头的拍摄角度和所述第一环境图片中所成像的天花板与墙面的分界所处位置，计算得出所述第一环境图片中高于地板一预设的高度阈值的空间对应的部分区域图片；提取所述部分区域图片上的实时特征点。通过截取所述第一环境图片中高于地板一预设的高度阈值的空间对应的部分区域图片，从而匹配所述智能移动设备所处的空间内较高位置的特征点。由于空间内较高位置的特征点变动率低，因而定位准确率高，且计算量降低。

s122，基于所述第一环境图片对应的所述摄像头的采集方向及每一所述信标图片对应的所述摄像头的采集方向，将所述实时特征点与每一所述信标图片所关联保存的信标特征点进行匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

通过结合所述摄像头的采集方向，将所提取的所述第一环境图片上的实时特征点与环境数据库中存储的每一信标图片所关联保存的信标特征点进行匹配，可更快速、准确地匹配出所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

需要说明的是，在所述第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行特征点匹配时，还可通过分别提取所述第一环境图片上的实时特征点及每一所述信标图片上的信标特征点来匹配相同的特征点，采用实时提取特征点来减轻所述环境数据库的存储量，这些均在本发明的保护范围之内，在此不做具体限制。

s13，统计每一所述已知空间对应的所有所述相同的特征点，并计算每一所述已知空间对应的匹配度。

在具体实施时，根据每一所述信标图片与已知空间的关联关系，统计每一所述已知空间对应的所有所述相同的特征点；然后，为每一所述已知空间对应的所有所述相同的特征点分配不同的权重，优选为对空间位置越高的信标特征点，则分配的权重越大，比如，天花板中的大面积色彩或吊灯所对应的权重最大，其次为室内墙面上靠近天花板位置的挂表等；最后，计算得出每一所述已知空间对应的匹配度。

s14，判断各所述匹配度中是否存在一个或多个超过一预设的匹配阈值。

s15，当存在至少一个所述匹配度超过所述匹配阈值时，确定最高匹配度对应的已知空间为所述智能移动设备所处的空间。

在本发明的另一个实施例中，所述智能移动设备的室内定位方法还包括：

s15＇，当各所述匹配度均不超过所述匹配阈值时，根据所述智能移动设备的空间位置信息，控制所述智能移动设备在所处空间内转动或移动，并采集所述智能移动设备的当前位置对应的第二环境图片。

优选的，所述空间位置信息至少包括所述智能移动设备与室内各墙面之间的距离和所述摄像头的采集方向，其中，所述智能移动设备与室内各墙面之间的距离可通过设置距离传感器实时监测得到。

s16＇，将所述第一环境图片添加到缓存环境图片集中；

s17＇当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片存在不同的特征点时，将所述第二环境图片确定为所述第一环境图片。

在具体实施时，在步骤s17＇之后返回执行步骤s12，重新进行图片的特征点匹配、匹配度计算及判断，通过重复多次操作，保证所述智能移动设备定位的低失误率和高准确率。

优选的，当确定所述智能移动设备所处的空间为已知空间时，提取所述缓存环境图片集中的各图片上的特征点，并将所述缓存环境图片集中的每一图片及对应的特征点关联保存到所述已知空间的信标图片库中。通过在定位过程中不断完善所述环境数据库中储存的已知空间的信标图片库，提高下一次定位的效率和准确率。

优选的，所述智能移动设备的室内定位方法还包括：

s17＂，当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片不存在不同的特征点时，确定所述智能移动设备所处的空间为未知空间。

综上所述，本发明实施例提供的智能移动设备的室内定位方法，具有如下有益效果：通过将智能移动设备的当前位置对应的包括天花板和墙面的第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点；然后，根据每一所述信标图片与已知空间的关联关系，统计每一所述已知空间所对应的所有所述相同的特征点，并计算每一所述已知空间对应的匹配度；最后，将匹配度超过预设的匹配阈值且最高匹配度所对应的已知空间确定为所述智能移动设备所处的空间。采用本发明实施例，无需设置人工标识点，简化了智能移动设备的使用操作，抗干扰能力强，实现了室内智能移动设备高效率、高准确率地自动定位。

相应地，本发明还提供一种智能移动设备的室内定位系统。

请参阅图2，是本发明提供的智能移动设备的室内定位系统的一个实施例的结构示意图。

本发明实施例提供一种智能移动设备的室内定位系统20，包括：图片采集模块21、特征点匹配模块22、匹配度计算模块23、判断模块24和空间定位模块25，具体如下：

所述图片采集模块21，用于采集智能移动设备的当前位置对应的第一环境图片。

其中，所述第一环境图片的成像信息中至少包括天花板和墙面。

所述特征点匹配模块22，用于将所述第一环境图片与环境数据库中存储的所有信标图片进行特征点匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

其中，一个或多个所述信标图片与一个已知空间相关联。

优选的，所述图片采集模块21为摄像头，所述摄像头设于所述智能移动设备顶部。

在本发明的一个实施例中，所述室内定位系统20还包括：

监测模块21＇，用于实时监测所述摄像头的采集方向。

优选的，每一所述信标图片与所提取的该信标图片上的信标特征点及对应的所述摄像头的采集方向进行关联保存。

请一并参阅图3，所述特征点匹配模块22具体包括：

特征点提取单元221，用于提取所述第一环境图片上的实时特征点。

匹配单元222，用于基于所述第一环境图片对应的所述摄像头的采集方向及每一所述信标图片对应的所述摄像头的采集方向，将所述实时特征点与每一所述信标图片所关联保存的信标特征点进行匹配，获得所述第一环境图片与每一所述信标图片之间的相同的特征点。

所述匹配度计算模块23，用于统计每一所述已知空间对应的所有所述相同的特征点，并计算每一所述已知空间对应的匹配度。

所述判断模块24，用于判断各所述匹配度中是否存在一个或多个超过一预设的匹配阈值。

所述空间定位模块25，用于当存在至少一个所述匹配度超过所述匹配阈值时，确定最高匹配度对应的已知空间为所述智能移动设备所处的空间。

在本发明的另一个实施例中，所述室内定位系统还包括：

移动控制模块26，用于当各所述匹配度均不超过所述匹配阈值时，根据所述智能移动设备的空间位置信息，控制所述智能移动设备在所处空间内转动或移动，并启动所述图片采集模块21；

所述图片采集模块21，还用于采集所述智能移动设备的当前位置对应的第二环境图片；

图片缓存模块27，用于将所述第一环境图片添加到缓存环境图片集中；

重新确定模块28，用于当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片存在不同的特征点时，将所述第二环境图片确定为所述第一环境图片，并启动所述特征点匹配模块22；

所述重新确定模块28，还用于当所述第二环境图片相比于所述缓存环境图片集中的图片不存在不同的特征点时，确定所述智能移动设备所处的空间为未知空间。

优选的，所述室内定位系统还包括：

图片保存模块29，用于当确定所述智能移动设备所处的空间为已知空间时，提取所述缓存环境图片集中的各图片上的特征点，并将所述缓存环境图片集中的每一图片及对应的特征点关联保存到所述已知空间的信标图片库中。

可以理解的是，本发明实施例中的智能移动设备的室内定位系统20的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。