基于視覺(jué)點(diǎn)線特征和IMU融合的室內(nèi)定位技術(shù)研究

基于視覺(jué)點(diǎn)線特征和IMU融合的室內(nèi)定位技術(shù)研究

摘要：

室內(nèi)定位一直是移動(dòng)智能設(shè)備領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在室內(nèi)環(huán)境中，GPS等全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的信號(hào)受限，不能提供準(zhǔn)確的定位服務(wù)。因此，針對(duì)室內(nèi)定位問(wèn)題，本文提出了一種基于視覺(jué)點(diǎn)線特征和IMU（慣性測(cè)量單元）融合的定位技術(shù)。該技術(shù)利用攝像頭獲取室內(nèi)環(huán)境的點(diǎn)線特征，并通過(guò)IMU獲取移動(dòng)設(shè)備的加速度和角速度信息，通過(guò)融合這兩種信息來(lái)提高室內(nèi)定位的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位；視覺(jué)點(diǎn)線特征；IMU融合；定位準(zhǔn)確性

1.引言

室內(nèi)定位技術(shù)在日常生活中具有廣泛應(yīng)用，例如室內(nèi)導(dǎo)航、智能家居和室內(nèi)監(jiān)控等領(lǐng)域。然而，由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜且信號(hào)傳輸受限，基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的定位精度在室內(nèi)環(huán)境中大大降低。因此，研究開(kāi)發(fā)一種準(zhǔn)確可靠的室內(nèi)定位技術(shù)具有重要的意義。

2.相關(guān)工作

目前，已經(jīng)提出了許多室內(nèi)定位技術(shù)，如無(wú)線信號(hào)定位、慣性導(dǎo)航和視覺(jué)定位等。然而，這些技術(shù)都存在一定的局限性，例如無(wú)線信號(hào)定位容易受到信號(hào)干擾，慣性導(dǎo)航在長(zhǎng)時(shí)間使用后存在積累誤差問(wèn)題。視覺(jué)定位具有許多優(yōu)勢(shì)，如較高的精度和不受環(huán)境限制的特點(diǎn)，因此本文將重點(diǎn)研究基于視覺(jué)點(diǎn)線特征的室內(nèi)定位技術(shù)。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文提出的室內(nèi)定位系統(tǒng)主要包括兩部分：視覺(jué)特征提取和IMU信息融合。

3.1視覺(jué)特征提取

視覺(jué)特征提取是基于攝像頭獲取室內(nèi)環(huán)境的點(diǎn)線特征。通過(guò)在室內(nèi)環(huán)境中設(shè)置一系列固定的標(biāo)志物或者利用室內(nèi)地圖進(jìn)行特征提取。在實(shí)時(shí)定位過(guò)程中，利用攝像頭采集圖像并通過(guò)圖像處理算法提取出環(huán)境中的點(diǎn)線特征。視覺(jué)點(diǎn)線特征可以利用Hough變換、邊緣檢測(cè)和特征匹配等算法進(jìn)行提取和匹配。

3.2IMU信息融合

IMU是一種集成了加速度計(jì)和陀螺儀等傳感器的設(shè)備，可以測(cè)量移動(dòng)設(shè)備的加速度和角速度信息。IMU信息融合是指將IMU測(cè)量的數(shù)據(jù)與視覺(jué)點(diǎn)線特征進(jìn)行融合，以提高室內(nèi)定位的準(zhǔn)確度。IMU測(cè)量的數(shù)據(jù)可以通過(guò)卡爾曼濾波器進(jìn)行融合，使得系統(tǒng)能夠更好地估計(jì)移動(dòng)設(shè)備的位置和姿態(tài)。

4.室內(nèi)定位算法

基于視覺(jué)點(diǎn)線特征和IMU融合的室內(nèi)定位算法主要包括兩個(gè)步驟：特征匹配和定位估計(jì)。

4.1特征匹配

特征匹配是指將實(shí)時(shí)采集到的視覺(jué)特征與預(yù)先提取的點(diǎn)線特征進(jìn)行匹配，以找到相應(yīng)的地理位置信息。在特征匹配過(guò)程中，可以利用特征描述子和相似性度量來(lái)進(jìn)行匹配。

4.2定位估計(jì)

定位估計(jì)是根據(jù)特征匹配結(jié)果，利用IMU的加速度和角速度信息，通過(guò)估計(jì)與濾波算法來(lái)計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的位置和姿態(tài)。通過(guò)不斷迭代計(jì)算和濾波更新，可以得到較準(zhǔn)確的室內(nèi)定位結(jié)果。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證本文提出的基于視覺(jué)點(diǎn)線特征和IMU融合的室內(nèi)定位技術(shù)的有效性，我們進(jìn)行了一系列的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)較高精度的定位，同時(shí)能夠適應(yīng)不同的室內(nèi)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)變化。

6.結(jié)論

本文提出了一種基于視覺(jué)點(diǎn)線特征和IMU融合的室內(nèi)定位技術(shù)。通過(guò)攝像頭獲取室內(nèi)環(huán)境的點(diǎn)線特征，并利用IMU融合的方式進(jìn)行位置估計(jì)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境中的精確定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境中具有較高的定位準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

本研究提出了一種基于視覺(jué)點(diǎn)線特征和IMU融合的室內(nèi)定位技術(shù)，通過(guò)特征匹配和定位估計(jì)兩個(gè)步驟，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)設(shè)備在室內(nèi)環(huán)境中的位置和姿態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境中具有較高的定位精度和適應(yīng)性能，能夠應(yīng)對(duì)不同的室內(nèi)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)變化。該