室内移动目标定位系统及其定位并识别移动目标的方法

摘要

本发明公开了室内移动目标定位系统及其定位并识别移动目标的方法，其中室内移动目标定位系统，包括定位条码、无线信号接收器、被测目标、摄像头、无线信号发送器和PC机或服务器；所述定位条码设置在被测目标的表面；所述无线信号接收器安装在被测目标上；所述被测目标和摄像头均设置至少一个；所述摄像头和无线信号发送器均与PC机或服务器电连接；所述无线信号发送器与无线信号接收器无线通信联接。本发明的摄像头拍摄被测目标上的定位条码，通过图像识别的方法，能够快速、精确地识别不同的被测目标并判断目标的位置，从而实现对室内移动合作目标的快速识别和精确定位。

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内移动目标定位系统及其定位并识别移动目标的方法。

背景技术

室内移动目标的定位是比较难的问题，现有的方法这样几种：

第一种方法是利用固定点发出WIFI信号，通过目标点通过信号强度，判别位置。用WIFI信号的方法，只是在理论上可以说得通，实际上由于信号在室内的反射差异，精度非常低

第二种方法是在目标上放置特别的反光点，然后再利用多个摄像头拍摄，从不同摄像头得到的反光点位置的差异，判断目标的位置。用反光点的方法，只能识别出反光点的位置，但难以对多目标进行区分、识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种室内移动目标定位系统及其定位并识别移动目标的方法，实现室内移动合作目标的快速识别和精确定位。

实现本发明目的的技术方案是：室内移动目标定位系统，包括定位条码、无线信号接收器、被测目标、摄像头、无线信号发送器和PC机或服务器；所述定位条码设置在被测目标的表面；所述无线信号接收器安装在被测目标上；所述被测目标和摄像头均设置至少一个；所述摄像头和无线信号发送器均与PC机或服务器电连接；所述无线信号发送器与无线信号接收器无线通信联接；所述定位条码包括由内而外依次同心设置的起始圆环、信息圆环和结束圆环；所述起始圆环包括一个起始窄环和一个起始宽环；所述起始窄环的宽度小于起始宽环的宽度；所述信息圆环包括至少一个信息窄环和至少一个信息宽环；所述结束圆环设置一个；所述起始窄环的宽度＝信息窄环的宽度；所述起始宽环的宽度＝信息宽环的宽度＜结束圆环的宽度；所述起始圆环的最内圈圆环围绕的区域中填充有不出现在背景颜色中的识别色；所述起始窄环和起始宽环之间的间距与信息圆环中各圆环的间距相同。

所述定位条码的起始圆环的起始窄环位于起始宽环内部；所述识别色填充在起始窄环围绕的区域中。

上述室内移动目标定位系统的定位并识别移动目标的方法，包括以下步骤：

①、摄像头高速拍摄，并将图像信号传送给PC机或服务器；

②、PC机或服务器在拍摄的图像中找到被测目标上的定位条码的中心点坐标，根据定位条码的中心点在图像中的位置，判断出被测目标的实际位置；

③、PC机或服务器通过定位条码的信息圆环完成对被测目标的识别；

④、PC机或服务器完成定位和识别后，将位置信息以无线通信的方式发送给被测目标，使被测目标知道自己的位置。

所述步骤②中找到被测目标上的定位条码的中心点坐标的具体方法为：

首先，在图像中找到定位条码的识别色的区块，选择其中一点作为基点a，从a点向不同方向作至少五条射线与起始圆环的内环相交，得到至少五个点(若超过五个点，则通过最小二乘法)确定椭圆的方程，以下推导过程，假定有n(n≥5)个点，其推导如下：

假定该椭圆的方程f(x,y)＝0为：x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅＝0，

由于上述各个交点均位于椭圆上，于是有：

x_i²+a₁y_i²+a₂x_iy_i+a₃x_i+a₄y_i+a₅＝0，

令

求得到：

求得到：

求得到：

求得到：

求得到：

由(一)式得到：

由(二)式得到：

由(三)式得到：

由(四)式得到：

由(五)式得到：

解此线性方程组，可以得到a₁、a₂、a₃、a₄、a₅；

通过旋转坐标系，将方程f(x,y)＝0中的交叉乘积项消掉，令坐标轴顺时针旋转θ角，坐标轴变为x’和y’，有：

$\left(\begin{array}{c}x=x^{\prime }cos\theta -y^{\prime }sin\theta \\ y=x^{\prime }sin\theta +y^{\prime }\cos \theta \end{array}\right),$

代入x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅＝0中，并令x’y’的交叉乘积项为0，有：

-2sinθcosθ+2a₁sinθcosθ+a₂(cos²θ-sin²θ)＝0

(a₁-1)sin2θ＝a₂cos2θ

$2\theta ={\tan }^{-1}\frac{a_2}{a_1-1}$

由此可以得到θ角：

(x'cosθ-y'sinθ)²+a₁(x'sinθ+y'cosθ)²+a₂(x'cosθ-ysinθ)(x'sinθ+y'cosθ)

+a₃(x'cosθ-y'sinθ)+a₄(x'sinθ+y'cosθ)+a₅＝0

由于已经使x’y’交叉乘积项为0，则有：

x'²cos²θ+y'²sin²θ+a₁x'²sin²θ+a₁y'²cos²θ+a₂(x'²sinθcosθ-y'²sinθcosθ)

+a₃(x'cosθ-y'sinθ)+a₄(x'sinθ+y'cosθ)+a₅＝0

令：

c₁＝cos²θ+a₁sin²θ+a₂sinθcosθ

c₂＝a₃cosθ+a₄sinθ

c₃＝sin²θ+a₁cos²θ-a₂sinθcosθ

c₄＝a₄cosθ-a₃sinθ

于是有：

c₁x'²+c₂x'+c₃y'²+c₄y'+a₅＝0

$c_1(x^{\prime 2}+\frac{c_2}{c_1}{x}^{\prime }+\frac{{c_2}^2}{4{c_1}^2})+c_3(y^{\prime 2}+\frac{c_4}{c_3}{y}^{\prime }+\frac{{c_4}^2}{4{c_3}^2})+a_5-\frac{{c_2}^2}{4c_1}-\frac{{c_4}^2}{4c_3}=0$

$\frac{{(x^{\prime }+\frac{c_2}{2c_1})}^2}{\frac{{c_2}^2}{4{c_1}^2}+\frac{{c_4}^2}{4c_1{c}_3}-\frac{a_5}{c_1}}+\frac{{(y^{\prime }+\frac{c_4}{2c_3})}^2}{\frac{{c_2}^2}{4c_1{c}_3}+\frac{{c_4}^2}{{c_3}^2}-\frac{a_5}{c_3}}=1$

椭圆圆心位于新坐标系的点，对应于原坐标系的

这样就找到了被测目标上的定位条码的中心点坐标。

所述步骤③中通过定位条码的信息圆环对被测目标进行识别的具体方法为：从定位条码的中心点出发，沿任意一个方向依次检测定位条码；首先检测的是两圈起始圆环，通过对其宽度、间距的检测，获知信息圆环的间距和两种宽度；然后逐一检测各信息圆环的信息，根据不同宽度，信息窄环代表0或1，信息宽环代表1或0，得到对应的二进制数据信息即是被测目标的身份数据；最后检测到宽度最大的结束圆环，识别的工作结束。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：本发明的摄像头拍摄被测目标上的定位条码，通过图像识别的方法，能够快速、精确地识别不同的被测目标并判断目标的位置，从而实现对室内移动合作目标的快速识别和精确定位。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的定位条码的结构示意图。

附图中的标号为：

定位条码1、起始圆环11、起始窄环111、起始宽环112、识别色113、信息圆环12、信息窄环121、信息宽环122、结束圆环13、无线信号接收器2、被测目标3、摄像头4、无线信号发送器5、PC机或服务器6。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的室内移动目标定位系统，包括定位条码1、无线信号接收器2、被测目标3、摄像头4、无线信号发送器5和PC机或服务器6。

定位条码1设置在被测目标3的表面。无线信号接收器2安装在被测目标3上。被测目标3和摄像头4均设置至少一个。摄像头4和无线信号发送器5均与PC机或服务器6电连接。无线信号发送器5与无线信号接收器2无线通信联接。

见图2，定位条码1包括由内而外依次同心设置的起始圆环11、信息圆环12和结束圆环13。起始圆环11包括一个起始窄环111和一个起始宽环112。起始窄环111的宽度小于起始宽环112的宽度。信息圆环12包括至少一个信息窄环121和至少一个信息宽环122。结束圆环13设置一个。起始窄环111的宽度＝信息窄环121的宽度。起始宽环112的宽度＝信息宽环122的宽度＜结束圆环13的宽度。起始圆环11的最内圈圆环围绕的区域中填充有不出现在背景颜色中的识别色113。起始窄环111和起始宽环112之间的间距与信息圆环12中各圆环的间距相同。

优选方案：定位条码1的起始圆环11的起始窄环111位于起始宽环112内部，识别色113填充在起始窄环111围绕的区域中。

本实施例的室内移动目标定位系统的定位并识别移动目标的方法，包括以下步骤：

①、摄像头高速拍摄，并将图像信号传送给PC机或服务器6。

②、PC机或服务器6在拍摄的图像中找到被测目标3上的定位条码1的中心点坐标，根据定位条码1的中心点在图像中的位置，判断出被测目标3的实际位置。具体方法为：

首先，在图像中找到定位条码1的识别色113的区块，选择其中一点作为基点a，从a点向不同方向作至少五条射线与起始圆环11的内环相交，得到至少五个点(若超过五个点，则通过最小二乘法)确定椭圆的方程，以下推导过程，假定有n(n≥5)个点，其推导如下：

假定该椭圆的方程f(x,y)＝0为：x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅＝0，

由于上述各个交点均位于椭圆上，于是有：

x_i²+a₁y_i²+a₂x_iy_i+a₃x_i+a₄y_i+a₅＝0，

令

求得到：

求得到：

求得到：

求得到：

求得到：

由(一)式得到：

由(二)式得到：

由(三)式得到：

由(四)式得到：

由(五)式得到：

解此线性方程组，可以得到a₁、a₂、a₃、a₄、a₅；

通过旋转坐标系，将方程f(x,y)＝0中的交叉乘积项消掉，令坐标轴顺时针旋转θ角，坐标轴变为x’和y’，有：

$\left(\begin{array}{c}x=x^{\prime }cos\theta -y^{\prime }sin\theta \\ y=x^{\prime }sin\theta +y^{\prime }\cos \theta \end{array}\right),$

代入x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅＝0中，并令x’y’的交叉乘积项为0，有：

-2sinθcosθ+2a₁sinθcosθ+a₂(cos²θ-sin²θ)＝0

(a₁-1)sin2θ＝a₂cos2θ

$2\theta ={\tan }^{-1}\frac{a_2}{a_1-1}$

由此可以得到θ角：

(x'cosθ-y'sinθ)²+a₁(x'sinθ+y'cosθ)²+a₂(x'cosθ-ysinθ)(x'sinθ+y'cosθ)

+a₃(x'cosθ-y'sinθ)+a₄(x'sinθ+y'cosθ)+a₅＝0

由于已经使x’y’交叉乘积项为0，则有：

x'²cos²θ+y'²sin²θ+a₁x'²sin²θ+a₁y'²cos²θ+a₂(x'²sinθcosθ-y'²sinθcosθ)

+a₃(x'cosθ-y'sinθ)+a₄(x'sinθ+y'cosθ)+a₅＝0

令：

c₁＝cos²θ+a₁sin²θ+a₂sinθcosθ

c₂＝a₃cosθ+a₄sinθ

c₃＝sin²θ+a₁cos²θ-a₂sinθcosθ

c₄＝a₄cosθ-a₃sinθ

于是有：

c₁x'²+c₂x'+c₃y'²+c₄y'+a₅＝0

$c_1(x^{\prime 2}+\frac{c_2}{c_1}{x}^{\prime }+\frac{{c_2}^2}{4{c_1}^2})+c_3(y^{\prime 2}+\frac{c_4}{c_3}{y}^{\prime }+\frac{{c_4}^2}{4{c_3}^2})+a_5-\frac{{c_2}^2}{4c_1}-\frac{{c_4}^2}{4c_3}=0$

$\frac{{(x^{\prime }+\frac{c_2}{2c_1})}^2}{\frac{{c_2}^2}{4{c_1}^2}+\frac{{c_4}^2}{4c_1{c}_3}-\frac{a_5}{c_1}}+\frac{{(y^{\prime }+\frac{c_4}{2c_3})}^2}{\frac{{c_2}^2}{4c_1{c}_3}+\frac{{c_4}^2}{{c_3}^2}-\frac{a_5}{c_3}}=1$

椭圆圆心位于新坐标系的点，对应于原坐标系的

这样就找到了被测目标3上的定位条码1的中心点坐标。

③、PC机或服务器6通过定位条码1的信息圆环12完成对被测目标3的识别。具体方法为：从定位条码1的中心点出发，沿任意一个方向依次检测定位条码1。首先检测的是两圈起始圆环11，通过对其宽度、间距的检测，获知信息圆环12的间距和两种宽度。然后逐一检测各信息圆环12的信息，根据不同宽度，信息窄环121代表0或1，信息宽环122代表1或0，得到对应的二进制数据信息即是被测目标3的身份数据。最后检测到宽度最大的结束圆环13，识别的工作结束。

④、PC机或服务器6完成定位和识别后，将位置信息以无线通信的方式发送给被测目标3，使被测目标3知道自己的位置。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。