基于计算机视觉及动态指纹的定位系统及相应方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及定位技术，具体设及计算机视觉及动态指纹的定位系统及相应方法。
【背景技术】
[0002] 目前基于计算机视觉技术的室内定位系统利用摄像头对物体或人进行拍照，从照 片中成像的位置计算其相对于摄像头的相对位置。基于计算机视觉的室内定位算法主要有 单目和双目两类。计算机视觉定位的优点是定位精度高及稳定度高。但计算机视觉定位技 术要求在视距化ine of Si曲t)无遮挡的条件，在室内复杂的非视距(Non Line of Si曲t) 的条件下，该定位算法将不能使用。
[0003] 当前的物联网普遍采用无线技术对各种设备进行互联，包括Zigbee，WIFI，蓝牙和 ibeacon等技术。现有的室内无线定位技术可W利用现成的无线网络来进行定位计算。无线 定位技术可分为测距和非测距技术两种，如基于到达时间或者时间差的测距技术因为需要 精确的时间同步，系统复杂成本较高，而且在非视距条件下准确度影响较大的。基于指纹 (Fingerprint)算法的非测距技术利用无线信号可W绕过障碍物的特点，可W避免非视距 条件下测距技术定位精度下降的问题。通过标定特征点的无线信号强度，指纹 (Fingerprint)算法选取区域内的相关特征点标定收到各无线设备的信号强度，并将运些 数据存入数据库中；在定位阶段进行定位计算时，将测得的无线设备的信号强度和数据库 中存储的特征点的数据进行匹配计算得到的位置坐标。运种基于指纹匹配的算法的关键是 要保证指纹数据本身的准确性，否则系统的定位精确度必然不能保证。
[0004][0005] 因此，综上所述，现有的用于室内定位的各种定位方式均存在其缺陷，不能够提供 长期稳定的定位。
【发明内容】
[0006] 针对现有定位技术中存在的上述问题，尤其是采用指纹算法的无线定位技术中存 在的指纹数据标定复杂、困难，标定数据容易出现信号漂移等问题，本发明提供一种能实现 动态指纹数据更新，进而消除上述误差因素，提高定位精度的定位系统及相应定位方法。
[0007] 具体而言，本发明提供一种基于计算机视觉及动态指纹的定位系统，其特征在于， 所述定位系统包括:图像采集装置、无线接入设备、服务器、无线信标，所述无线信标安装在 定位物上，
[0008] 所述图像采集装置用于W预定时间间隔或持续地采集定位物的图像，并将所采集 的图像发送至所述服务器；
[0009] 所述无线信标用于W预定时间间隔或持续地接收所述无线接入设备的信号，确定 所接收到的每个无线信号的信号强度，并将相应信号强度信息发送至所述服务器；
[0010] 所述服务器基于所述图像计算所述定位物的位置信息并生成位置信息流，基于所 述信号强度信息生成信号强度数据流，并对所述位置信息流和所述信号强度数据流进行匹 配生成位置及信号强度数据流，存入指纹数据库；
[0011] 所述服务器还基于所述图像判断所述定位物是否在图像中可见，如果可见，则所 述服务器直接基于所述图像确定所述定位物的位置，否则，所述服务器基于所述无线信标 获得的当前信号强度信息W及所述位置及信号强度数据流利用基于动态指纹数的时间加 权K最临近定位算法(T-WKNN)进行位置计算。
[0012] 进一步地，所述服务器定期对所述指纹数据库进行更新，清除与相邻数据的时间 间隔小于预定阔值的数据或距离当前时间超过预定阔值的数据。
[0013] 进一步地，在所述时间加权K最临近定位算法中，在对K个最匹配的指纹点加权求 和时，采用指纹数据的时间距离作为权重因子，该权重因子为：时间间隔乘W距离的倒数， 其中时间间隔为该指纹数据采集的时间到当前时间的间隔。
[0014] 进一步地，所采用的加权求和方法为：
[0017] 其中Xj为K个最匹配指纹点中第j个的X坐标，Yj为K个最匹配指纹点中第j个的Y坐 标，Tj为第j个指纹数据离当前的时间间隔，Dj为定位点数据和第j个指纹点数据的距离，Dj 由定位点收到的各无线接入设备的信号强度和第j个指纹点的无线接入设备的信号强度的 差值的平方和计算得到。
[0018] 另一方面，本发明提供一种基于计算机视觉及动态指纹的定位方法，其特征在于， 所述方法包括：
[0019] W预定时间间隔或持续地采集定位物的图像；
[0020] 基于所述图像计算定位物的位置信息并生成位置信息流；
[0021] W预定时间间隔或持续地利用定位物上的无线信标接收无线接入设备的信号并 确定所接收到的每个无线信号的信号强度；
[0022] 基于所述信号强度信息生成信号强度数据流；
[0023] 对所述位置信息流和信号强度数据流进行匹配生成位置及信号强度数据流，存入 指纹数据库；
[0024] 基于所述图像判断所述定位物是否在图像中可见，如果可见，则直接基于所述图 像确定所述定位物的位置，否则，基于所述无线信标获得的当前信号强度信息W及所述位 置及信号强度数据流，利用基于动态指纹数的时间加权K最临近定位算法(T-WKNN)计算所 述定位物的当前位置，其中，在所述时间加权K最临近定位算法中。
[0025] 进一步地，所述方法还包括:定期对所述指纹数据库进行更新，清除与相邻数据的 时间间隔小于预定阔值的数据或距离当前时间超过预定阔值的数据。
[0026] 进一步地，在所述时间加权K最临近定位算法中，在对K个最匹配的指纹点加权求 和时，采用指纹数据的时间距离作为权重因子，该权重因子为：时间间隔乘W距离的倒数， 其中时间间隔为该指纹数据采集的时间到当前时间的间隔。
[0027] 进一步地，所采用的加权求和方法为：
[0030] 其中Xj为K个最匹配指纹点中第j个的X坐标，Yj为K个最匹配指纹点中第j个的Y坐 标，Tj为第j个指纹数据离当前的时间间隔，Dj为定位点获取的信号强度数据和第j个指纹 点获取的信号强度的数值的距离，Dj为由定位物上的无线信标接收到的各K个无线接入设 备的信号强度和第j个指纹点的无线接入设备的信号强度的差值的平方和计算得到。
[0031] 相比于现有技术，本发明具有如下优势：
[0032] 1、本发明的基于计算机视觉和无线信号动态指纹算法的定位系统，提供视距及非 视距的各种复杂室内环境定位。
[0033] 2、用视觉定位获得高精度定位并且动态实时更新无线信号的指纹数据，使得非视 距条件下的定位精度得到提高，不需要人工标定得到指纹数据。此外，由于指纹数据动态更 新，系统可W提供更多，更新的指纹数据，可W消除因时间导致的信号系统漂移，环境及气 候变化的误差。
[0034] 3、本发明采用了基于动态指纹的时间加权K最临近定位算法(T-WK順），加入时间 间隔作为权重因子，减少长时间导致的设备信号漂移，气候及环境变化带来的误差，提高定 位精度。
[0035] 综上所述，本发明的基于计算机视觉及动态指纹的定位系统及定位方法在视距条 件下采用视觉定位获得高精度定位并且动态实时更新指纹数据，使得非视距条件下的定位 精度得到提局，确保在各种室内复杂情况下得到局精度、局可靠性的定位服务。
【附图说明】
[0036] 图1示出了本发明实施例中的基于计算机视觉及动态指纹的定位系统的硬件架构 示意图；
[0037] 图2示出了本发明的定位系统中所执行的定位方法的流程示意图；
[0038] 图3示出了存在遮挡时图1所示实施例中的定位系统进行定位的情况。
[0039] 图中的附图标记为：1、定位物，2、无线信标，3、摄像头，4、无线接入，5、服务器，6、 无线路由器，7、连接线
【具体实施方式】
[0040] 实施例1
[0041 ]下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
[0042] 如图1所示，本实施例中的定位系统主要包括下述部件:无