[发明专利]一种基于粒子滤波的人体室内定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于粒子滤波的人体室内定位系统，其特征在于，该系统固定安装于目标人体的膝部，包括：微型摄像机、惯性传感器、微处理器以及通信模块，所述微型摄像机和所述惯性传感器均与所述微处理器电连接，所述微处理器与所述通信模块电连接；

所述微型摄像机用于获取目标人体在运动过程中的图像数据，所述惯性传感器用于获取目标人体在运动过程中的位姿数据，所述微处理器用于对所述图像数据和所述位姿数据进行融合处理，获得目标人体定位结果，所述通信模块用于将所述目标人体定位结果发送至外部的终端设备进行实时显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的人体室内定位系统，其特征在于，所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，所述加速度计和所述陀螺仪均与所述微处理器电连接；

所述加速度计用于实时采集目标人体在运动过程中的加速度数据，所述陀螺仪用于实时采集目标人体在运动过程中的姿态数据，所述微处理器用于根据所述加速度数据和所述姿态数据对目标人体在运动过程中的位姿状态进行分析。

3.一种基于粒子滤波的人体室内定位方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1或2所述的一种基于粒子滤波的人体室内定位系统，包括：

获取目标人体运动过程中的位姿数据，并根据所述位姿数据计算目标人体的运动距离；

根据预先获得的目标人体的初始位置和初始方位角以及计算得到的所述运动距离，求取运动后目标人体的位置；

获取目标人体运动过程中的图像数据，并根据所述图像数据以及拍摄图像用的微型摄像机的相机内参，对运动过程中微型摄像机的位姿进行估计；

根据估计得到的微型摄像机的位姿，获取运动后微型摄像机的位置，进而得到运动后目标人体的位置；

通过粒子滤波算法对基于位姿数据得到的目标人体位置信息以及基于图像数据得到的目标人体位置信息进行融合处理，得到运动后最终目标人体的位置。

4.根据权利要求3所述的一种基于粒子滤波的人体室内定位方法，其特征在于，获取目标人体运动过程中的位姿数据，并根据所述位姿数据计算目标人体的运动距离的过程，具体包括：

获取陀螺仪输出的姿态数据，并根据所述姿态数据构建陀螺仪传感器坐标系至地面坐标系下的姿态转换矩阵；

获取加速度计输出的加速度数据，并通过所述姿态转换矩阵将所述加速度数据转换为地面坐标系下的加速度；

根据所述地面坐标系下的加速度求取在目标人体行进方向上的加速度；

对所述在目标人体行进方向上的加速度进行数值积分，获得目标人体的运动速度，并对所述运动速度进行数值积分，得到目标人体的运动距离。

5.根据权利要求4所述的一种基于粒子滤波的人体室内定位方法，其特征在于，所述姿态转换矩阵为：

其中，是陀螺仪的偏航角，ρ是陀螺仪的俯仰角，γ是陀螺仪的滚转角。

6.根据权利要求3所述的一种基于粒子滤波的人体室内定位方法，其特征在于，获取目标人体运动过程中的图像数据，并根据所述图像数据以及拍摄图像用的微型摄像机的相机内参，对运动过程中微型摄像机的位姿进行估计的过程，具体包括：

对拍摄图像用的微型摄像机进行标定，获取相机内参；

基于所述相机内参，构建以帧间位姿为自变量的灰度残差函数；

获取目标人体运动过程中的图像数据，根据前一帧图像中所有的像素点构建以帧间位姿为优化变量的最小二乘目标函数；

对所述最小二乘目标函数进行迭代运算，求取最优帧间位姿，得到微型摄像机的位姿。