RFID定位及追踪方法、系统及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及rfid定位技术领域，尤其涉及一种rfid定位及追踪方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术：

rfid(radiofrequencyidentification，射频识别)技术是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术，它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。rfid技术被广泛应用与物流仓储、资产管理、人员管理等各个领域，传统的无障碍通道由立于通道两侧的rfid天线、rfid读写模块组成，携带有rfid标签的人员或物品在进入无障碍通道的读写区域后，rfid标签被激活，rfid读写模块读取rfid标签内的id号和数据信息，从而判断出进出通道的人员或物品的合法性，并通过声光指示的方式进行提醒。但是单个的rfid天线无精确的指向性，无法对rfid标签进行定位；单个的rfid天线的增益和辐射范围小且一致性差，能够读取rfid标签的有效范围小。再者，单独使用rfid天线进行rfid标签定位，只能确定rfid标签所处的可能区间，当同一区域中存在多个rfid标签可能的携带者，则无法准确确定rfid标签携带者，也无法实现对rfid标签携带者的追踪。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种rfid定位及追踪方法、系统及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中单独使用rfid天线无法实现定位，也无法准确地确定rfid标签携带，并对其进行追踪的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种rfid定位及追踪方法包括以下步骤：

基于rfid相控阵天线获取目标rfid标签及其第一位置信息；

基于tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像及其第二位置信息；

基于tof传感器从所述潜在对象的三维影像中识别出目标对象，并从所述潜在对象的第二位置信息中获取所述目标对象的第二位置信息；

对所述第一位置信息和所述目标对象的第二位置信息进行融合处理，识别出携带有所述目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹。

可选地，所述基于rfid相控阵天线获取目标rfid标签及其第一位置信息的步骤包括：

控制所述rfid相控阵天线中的各天线单元的相位，使主波瓣在特定角度内连续扫描并接收各个角度下所述目标rfid标签的应答信号；

获取各个角度下所述目标rfid标签的应答信号的信号强度，并根据rfid相控阵天线对应位置接收到所述信号强度，综合处理得到目标rfid标签的第一位置信息。

可选地，所述基于tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像及其第二位置信息的步骤包括：

基于tof传感器获取拍摄范围内潜在对象的三维影像，并确定所述潜在对象与所述tof传感器之间的距离，得到所述潜在对象的三维坐标信息；

对所述潜在对象的三维坐标信息进行转换，获取所述潜在对象的第二位置信息。

可选地，所述基于tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像及其第二位置信息的步骤包括：

对潜在对象发射红外光线或者激光，接收从潜在对象返回的红外光线或者激光；

通过计算红外光线或者激光的往返时间确定第二位置信息，并将返回的红外光线或者激光转换后的光电信号进行成像，得到潜在对象的三维影像。

可选地，所述基于tof传感器从所述潜在对象的三维影像中识别出目标对象的步骤包括：

基于tof传感器所述对潜在对象的三维影像进行图像算法处理，识别出目标对象。

可选地，所述对所述第一位置信息和所述目标对象的第二位置信息进行融合处理，识别出携带有所述目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹的步骤包括：

将所述第一位置信息和所述目标对象的第二位置信息相关联，得到携带所述目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹。

可选地，将所述第一位置信息和所述目标对象的第二位置信息相关联，得到携带所述目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹的步骤包括：

初始化携带所述目标rfid标签的目标对象，得到所述目标对象的初始三维影像和初始位置信息；

根据所述目标对象的位置信息的更新，更新所述目标对象的初始三维影像和初始位置信息；

基于更新后的三维影像和位置信息，得到所述目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹。

可选地，对所述第一位置信息和所述目标对象的第二位置信息进行融合处理，识别出携带有所述目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹的步骤之后，还包括：

将识别出的所述目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹传输至注册终端和/或输出告警提示。

本发明还提供一种rfid定位及追踪方法系统，所述rfid定位及追踪方法系统包括：rfid相控阵天线、tof传感器、存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的rfid定位及追踪程序，所述rfid定位及追踪程序被所述处理器执行时实现上述的rfid定位及追踪方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有rfid定位及追踪程序，所述rfid定位及追踪程序被处理器执行时实现上述的rfid定位及追踪方法的步骤。

本发明提供的一种rfid定位及追踪方法，基于rfid相控阵天线获取目标rfid标签及其第一位置信息；基于tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像及其第二位置信息；基于tof传感器从潜在对象的三维影像中识别出目标对象，并从潜在对象的第二位置信息中获取目标对象的第二位置信息；根据预设融合算法对第一位置信息和第二位置信息进行融合处理，识别出携带有所述目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹。通过rfid相控阵天线对rfid标签进行定位得到第一位置信息，并根据tof传感器获取潜在对象的三维影像及其第二位置信息，然后从潜在对象的三维影像中识别出目标对象，并从潜在对象的第二位置信息中获取所述目标对象的第二位置信息，最后将获取的第一位置信息与第二位置信息进行融合，从而获取目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹，进而实现对rfid标签的准确定位及追踪。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图；

图2为本发明rfid定位及追踪方法一实施例的流程示意图。

图3为本发明rfid定位及追踪方法另一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。

本发明实施例rfid定位及追踪系统可以包括pc，也可以包括智能手机、平板电脑、电子书阅读器、mp3(movingpictureexpertsgroupaudiolayeriii，动态影像专家压缩标准音频层面3)播放器、mp4(movingpictureexpertsgroupaudiolayeriv，动态影像专家压缩标准音频层面3)播放器、便携计算机等具有显示功能的可移动式终端设备。

如图1所示，该rfid定位及追踪系统可以包括：rfid相控阵天线、tof传感器、处理器1001，例如cpu，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wifi接口)。存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是非易失存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

可选地，rfid定位及追踪系统还可以包括云端服务器、rf(radiofrequency，射频)电路，传感器、音频电路、wifi模块等等。其中，传感器比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示屏的亮度，接近传感器可在移动终端移动到耳边时，关闭显示屏和/或背光。作为运动传感器的一种，重力加速度传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别移动终端姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；当然，还可配置陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的rfid定位及追踪系统结构并不构成对rfid定位及追踪系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及rfid定位及追踪程序。

在图1所示的rfid定位及追踪系统中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的rfid定位及追踪程序，实现本发明实施例的rfid定位及追踪方法的步骤。

基于上述rfid定位及追踪系统硬件结构以及通信网络系统，提出本发明rfid定位及追踪方法各个实施例。

本发明提供一种rfid定位及追踪方法，在rfid定位及追踪方法的一实施例中，参照附图2，该方法包括：

步骤s10，基于rfid相控阵天线获取目标rfid标签及其第一位置信息；

电扫描天线是用电子控制的方式，使阵列天线可以在空间平面内完成扫描或者转动的天线，其又被称为电扫描阵列天线。电扫描天线按事先天线波束扫描的方法分为相位扫描天线和频率扫描天线，两者均可归入相控阵天线的概念。相控阵天线由于受波长、单元个数的影响，其体积较大，而rfid系统中要求天线不能占用太大的体积，因此在rf领域中很少用到，但是随着rfid系统的工作频率越来越高，相对应的相控阵天线尺寸越来越小，其也能适用于rfid系统中。相控阵天线的种类很多，根据实际需求可以采用不同的相控阵天线，虽然不同的相控阵天线各具特性，但是基本原理是相同的。本发明中主要使用的是并行馈电方式的相控阵天线，当然也可以是串行馈电方式的相控阵天线或者混合馈电方式的相控阵天线。

本发明中的应用与rfid系统中的相控阵天线，即文中的rfid相控阵天线，可以设置于应用场所，如商场、图书馆等场所的出入口通道的上方，如房顶或者通道的墙壁等地方，可以不用在出入口通道处设置将通道分割的立式rfid天线，可以简化出入口通道的设置，美化出入口通道环境。

rfid标签，由耦合元件及芯片组成，每个rfid标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。rfid标签进入磁场后，接收rfid相控阵天线发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的信息；或者主动发送某一频率的信号，rfid相控阵天线接收到信号，读取信息。目标rfid标签即需要进行获取或者定位的标签，如商场中未付款出场的商品中附着的rfid标签，或者图书馆中未执行借阅操作的图书或者根据rfid标签编码需要进行定位的rfid标签。

通过预设的rfid相控阵天线接收到目标rfid标签，并且根据预设的rfid相控阵天线定位算法计算得到目标rfid标签的第一位置信息。其中，预设的rfid相控阵天线定位算法可以是通过信号到达时间定位、信号到达时间差定位、信号到达角度定位、信号强度值定位，或者是其中两者及以上结合的混合算法。

步骤s20，基于tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像及其第二位置信息；

tof即timeofflight，不同于二维图像来推算三维信息，而是通过红外光或激光在空气中的飞行时间，计算出目标点之间的距离。3dtof技术通过使用低成本cmos像素面阵列和主动调制光源技术来提供三维场景的距离景深信息。不同于单点逐点扫描方式，而是每个像素都能测量对应目标体的亮度和反射回来的调制光的到达时间，从而计算出该点对应的距离景深。3dtof提供了视角范围内场景的整个分辨率的距离景深数据。

潜在对象，由于tof传感器同时采集到是该采集范围内所有的对象的三维影像，携带有目标rfid标签的目标对象处于该范围内的对象中，那么该范围内任何一个对象均可能是目标对象，那么该范围内的所有对象即定义为潜在对象。

通过tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像，并且获取潜在对象的位置信息，即第二位置信息，第二位置信息比第一位置信息精确，第二位置信息中包含目标对象的位置信息和潜在对象中非目标对象的位置信息。其中，第二位置信息包含的目标对象的位置信息比目标对象的第一位置信息精确。

步骤s30，基于tof传感器从所述潜在对象的三维影像中识别出目标对象，并从所述潜在对象的第二位置信息中获取所述目标对象的第二位置信息；

基于tof传感器从潜在对象的三维影像中识别出目标对象，并获取目标对象的三维影像，然后从潜在对象的第二位置信息中获取目标对象的第二位置信息。具体地，基于tof传感器对对潜在对象的三维影像进行图像算法处理，识别出目标对象，即通过图像分析和识别算法，对基于tof传感器获取到的潜在对象的三维影像进行处理，识别出目标对象，并从潜在对象的第二位置信息中获取目标对象的第二位置信息。其中，该图像分析和识别算法包括但不限于图像特征提取、图像检测和图像识别，该图像特征提取是图像分析与图像识别的前提，对基于tof传感器获取到的潜在对象的三维影像提取形状特征以及局部特征点等；图像检测是通过提取得到的图像特征判断潜在对象是否为目标对象，例如人；图像识别用于利用算法保证对目标对象有较高的识别率，可以快速的识别出目标对象。图像识别包括但不限于统计模式识别、结构模式识别、模糊模式识别、神经网络识别。

单独的rfid相控阵天线只能实现对目标rfid标签的初步定位，定位到该目标rfid标签所在的区域，当目标rfid标签所在区域存在多个潜在对象时，无法准确获取携带该目标rfid标签的目标对象的信息，从而无法对目标rfid标签进行准确定位和追踪。而通过图像分析和识别算法处理，能够在多个潜在对象中识别出目标对象，得到目标对象的三维影像，从而得到目标对象的第二位置信息。

步骤s40，对第一位置信息和目标对象的第二位置信息进行融合处理，识别出携带有目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹。

通过确定的目标对象进行目标对象的位置信息的不断更新并追踪目标对象的位置，将循环追踪的结果绘制到每帧图像，进而得到了目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹。具体地，将第一位置信息与第二位置信息相关联，得到携带目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹，即对得到的目标对象进行初始化，即初始化的三维影像和初始位置信息(将目标对象的第一个第二位置信息作为初始位置信息，第一张三维影像作为初始三维影像)，由于获取的目标对象一般处于移动状态，位置信息在不断的更新变化，进而，基于更新的位置信息，得到目标对象不断更新的三维影像；不断更新的位置信息连续绘制即得到目标对象的移动轨迹，也就是移动方向，进而实现了将rfid相控阵天线获取的目标rfid标签的第一位置信息与tof传感器获取的目标对象的第二位置信息和三维影像进行融合，得到携带目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹。

在本实施例中，本发明通过rfid相控阵天线对rfid标签进行定位得到第一位置信息，并根据tof传感器获取潜在对象的三维影像及其第二位置信息，然后从潜在对象的三维影像中识别出目标对象，并从潜在对象的第二位置信息中获取所述目标对象的第二位置信息，最后将获取的第一位置信息与第二位置信息进行融合，从而获取目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹，进而实现对rfid标签的准确定位及追踪。

可选地，在本发明rfid定位及追踪方法的一实施例中，步骤s10中，所述基于rfid相控阵天线获取目标rfid标签及其第一位置信息的步骤包括：

步骤sa1，控制所述rfid相控阵天线中的各天线单元的相位，使主波瓣在特定角度内连续扫描并接收各个角度下所述目标rfid标签的应答信号；

步骤sa2，获取各个角度下所述目标rfid标签的应答信号的信号强度，并根据rfid相控阵天线对应位置接收到所述信号强度，综合处理得到目标rfid标签的第一位置信息。

基于信号强度值进行定位，通过得到信号传播中的衰减来估算目标rfid标签和rfid相控阵天线之间的距离，具体为控制rfid相控阵天线中的各天线单元的相位，使主波瓣在特定角度内连续扫描并接收各个角度下目标rfid标签的应答信号，获取各个角度下目标rfid标签的应答信号的信号强度，并根据rfid相控阵天线对应位置接收到所述信号强度，综合处理得到目标rfid标签的第一位置信息。基于信号强度值定位的rfid定位法一般分为两种：经验模型和传播模型定位法。具体地，基于信号强度值定位经验模型的rfid定位法，评估出处于rfid相控阵天线覆盖范围内的数量恰当的关键位置，将其设为参考点，这些参考点为确定位置所用，并将其放在移动终端上，rfid相控阵天线接收移动终端信号强度，同时将接收到的信号强度和移动终端位置信息同一时间发送后台数据库，因而对于物体定位的精确度基本依靠参考点的数目和位置的选取，数据收集需要大量的学习积累经验。处理器对数据库中数据基于同一时间发送信号强度等进行处理，进而估算出物体的位置。定位过程中对经验数据越依赖就会引入越多的不精确因素，而信号传播模型的rfid定位法可以减少此种依赖，因而本发明中主要通过信号传播模型的rfid定位法来对目标rfid标签进行定位。信号传播模型有多种：瑞利衰减模型、莱斯分布模型或者结合具体的应用环境自行构建一种新型的信号传播模型。具体实施中，还可以通过多信号到达时间差对目标rfid标签进行定位，即当信号从目标rfid标签发出后，信号到达空间位置中不同的接收rfid相控阵天线中接收节点的时延会有细微差别。首先采用多种时间延迟估算技术，尽量实现精确测量rfid相控阵天线中不同接收节点接收信号的到达时间差，再根据传播速度，便可以转换成距离，然后计算得出目标rfid标签的第一位置信息。

在本实施例中，通过利用rfid相控阵天线通过不同的定位方法，实现对目标rfid标签的定位，根据rfid相控阵天线的性能采用不同的定位方式，扩大rfid相控阵天线的使用范围。

可选地，在本发明rfid定位及追踪方法的一实施例中，步骤s20所述基于tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像及其第二位置信息的步骤包括：

步骤b1，基于tof传感器获取拍摄范围内潜在对象的三维影像，并确定潜在对象与tof传感器之间的距离，得到潜在对象的三维坐标信息；

步骤b2，对所述潜在对象的三维坐标信息进行转换，获取潜在对象的第二位置信息。

tof3d传感器采用主动光探测方式，利用入射光信号与反射光信号的变化来进行距离测量。与普通摄像机类似，tof3d传感器芯片前端需要一个搜集光线的镜头，需要加一个带通滤光片来保证只有与照明光源波长相同的光才能进入。作为tof摄像机的核心，tof芯片每一个像元对入射光往返相机与物体之间的相位分别进行纪录。比如，照射光与tof传感器之间同步信号发生10ps的偏移，就相当于1.5mm的位移。运算单元主要是完成数据校正和计算工作，通过计算入射光与反射光相对相移关系，即可求取距离信息，进而得到潜在对象的坐标信息；计算处理得到潜在对象的第二位置信息。

再者，步骤s20所述基于tof传感器获取对应rfid相控阵天线扫描范围内潜在对象的三维影像及其第二位置信息的步骤包括：

步骤b3，对潜在对象发射红外光线或者激光，接收从潜在对象返回的红外光线或者激光；

步骤b4，通过计算红外光线或者激光的往返时间确定第二位置信息，并将返回的红外光线或者激光转换后的光电信号进行成像，得到潜在对象的三维影像。

基于红外光线和激光的特性，对潜在对象发射红外光线或者激光，通过计算红外光线或者激光往返时间差，根据往返时间差和红外光线或者激光的传播速度计算，确定潜在对象的第二位置信息。再者，根据返回的红外光线或者激光，将其转换为光电信号进行成像处理，从而得到潜在对象的三维影像。

在本实施例中，通过不同的tof传感器实现对潜在对象的定位以及形成潜在对象的三维影像，进而可以根据实际应用场景需求选择不同的tof传感器对潜在对象的位置信息及三维影像进行获取。

可选地，在本发明rfid定位及追踪方法的一实施例中，如图3所示，步骤s40之后，还包括：

步骤s50，将识别出的携带有所述目标rfid标签的目标对象的三维影像、第三位置信息、移动方向和移动轨迹传输至注册终端和/或输出告警提示。

对于在商场、图书馆等应用场所，对于未付款或者未完成借阅操作的物品，处于rfid相控阵天线和tof传感器检测范围时，检测到所述物品所处的位置信息，携带该物品的对象的三维影像，以及该物品的移动方向，进而，将得到的上述信息传送到注册终端，如商场管理处或者图书馆管理处的电脑，显示终端等，也可以通过声光等形式发出警告，实现了对附着有rfid标签的商品的管理。

本发明还提供一种rfid定位及追踪系统，所述rfid定位及追踪方法系统包括：rfid相控阵天线、tof传感器、存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的rfid定位及追踪程序，所述rfid定位及追踪程序被所述处理器执行时实现上述的rfid定位及追踪方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有rfid定位及追踪程序，所述rfid定位及追踪程序被处理器执行时实现上述的rfid定位及追踪方法的步骤。

在本发明rfid定位及追踪系统和计算机可读存储介质的实施例中，包含了上述rfid定位及追踪方法各实施例的全部技术特征，说明书拓展和解释内容与上述rfid定位及追踪方法各实施例基本相同，在此不做赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。