聊聊旷厂黑科技 | 室内视觉定位导航,补齐导航的最后一块拼图
“路線規劃成功,開始導航”,“前方十字路口請沿最右側道路行駛”......這些導航語音已經成為了很多人依賴的信息播報。面對每天層出不窮的城市新坐標,手機地圖導航拯救了迷茫的路癡,成為了車主、行人的“導航眼”。
但是,距離完全拯救路癡,還有“最后一塊拼圖”要加速補齊。在停車場尋找商場出入口、電梯間;在大型商場里找到咖啡館、餐廳;甚至在辦公樓里,找會議室...這些復雜的室內場景催生了對“室內導航”的需求,但受限于空間和信號的限制,室內導航的技術發展還沒有完全成熟。
以AI 算法見長的曠視也一直在尋求和探索低成本、全離線、簡單易用的室內視覺定位方式。
2019年的10月,在曠視內部的一次Hackathon 大賽中,曠視的算法研究員受到自家機器人產品上的視覺重定位技術啟發,想出了在手機上使用攝像頭進行視覺定位尋找會議室的創意。經過近兩年的持續打磨和升級,目前該技術已在現實中得到落地,有望加速視覺定位系統行業應用。
在7月舉辦的曠視技術開放日上,研究員也向參觀者實地演示了室內視覺定位導航系統:打開指定手機 App,只需用攝像頭對準周圍特征明顯的環境,選取要前往的目的地,App 就可以直接獲取當前位置的定位信息,和前往目的地的路徑導航,在 AR 實景疊加的路線、路標、箭頭指引下,幫助用戶輕松找到目的地。
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室內導航技術仍需提升
室內定位與導航的作用,是在室內場景下利用手機或其他移動設備,實現定位并引導用戶抵達目的地。相較臻于成熟的室外定位系統,室內定位由于對精度要求更高、施工部署更難、定位平臺不統一等原因,發展相對滯后。
具體來說,由于室內環境復雜多變,房間、物品之間的距離更近,參與定位的設備又多,室內導航對定位精度的要求遠高于室外,尤其是部分涉及到高速移動設備定位的行業,對精度的要求可能是厘米級,同時對定位時延要求也非常苛刻。此外,形成室外定位網絡需要發射衛星,對接的管理部門線條清晰,但室內定位網絡需要在每個樓宇單獨部署站點,需要大量的物業協調溝通,同時室內空間私密性更強,進一步增加了布網的工作量。碎片化的應用場景也增加了更新維護室內地圖的成本。
來源:中國移動牽頭發布的《室內定位白皮書(2020年)》
目前,市面常見的室內導航,主要依靠藍牙、WiFi 等技術進行識別,這也不可避免地容易產生成本較高、精度較低、場景使用受限等問題。尤其在舉辦大型演唱會或球賽等相對封閉的場館,即使有移動或者 WiFi 信號,但現場萬人扎堆,手機信號差,幾乎不可能完成導航。隨著應用場景多樣化、復雜化,以及用戶體驗需求不斷提升,現階段的室內導航亟需新的技術加以升級改善。
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室內視覺定位技術的優勢
相較于其他室內定位技術,室內視覺定位技術具有高精度、易部署的特點,無需對室內建筑環境二次裝修改造,僅使用激光視覺地圖采集設備對現有環境采集,就可以實現定位功能,并且將傳統GPS定位的5米精度,WiFi、藍牙定位的1-3米精度提升至亞米級精度。
以曠視研發的室內視覺定位導航系統為例,它無需借助過多設備,除手機外無需額外增加傳感器,室內環境也無需加裝輔助定位設備,因而具有成本優勢。同時,根據不同場景的需求,系統支持手機離線使用,無需依賴網絡信號,即可完成定位+導航。對于商場、停車場、醫院、體育場館等有著尋找目的地需求的場景,室內視覺定位導航可以極低的初裝及維護成本靈活接入。
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室內視覺定位技術三部曲
室內視覺定位導航系統,主要由激光視覺聯合建圖、純視覺定位和 AR 導航三個核心技術所支撐。曠視憑借在圖像識別和 SLAM 技術(即時定位與地圖重建)等方面的傳統優勢,早在幾年前就已經開始研發建圖和視覺定位算法,并將領先的算法應用到了產品中。曠視2020年上市的S800V AGV,就已經使用這套算法。而在今年CVPR 2021 Image Matching比賽上,曠視更是憑借相應算法勇奪兩項冠軍。
建圖
和成語“按圖索驥”一樣,作為實現室內導航的第一步,建圖至關重要。在建圖階段,曠視使用自研建圖背包設備采集數據,再使用激光與視覺聯合的建圖技術進行建圖,保障了視覺特征點的精度達到厘米級。
激光視覺聯合視覺特征點建圖
定位
視覺SLAM作為一項日趨成熟的技術,已經逐漸應用在AGV、自動駕駛等行業。在手機上做視覺SLAM,則是曠視將積累的傳統優勢算法用在新業務、新場景的嘗試。相比于如使用AGV的工廠場景等,室內定位的場景更加復雜多變,會更多地出現如白墻長走廊、室內結構重復等不利于傳統視覺SLAM的情況。對此,曠視一方面積極提升定位算法效果, 如CVPR 2021奪冠算法就可以在更多場景完成匹配定位;另一方面在視覺SLAM精確定位前,基于曠視領先的圖像識別技術加入了更多的輔助定位策略,可以在先將用戶位置確定在一個比較小的范圍后再視覺定位,解決了重復場景定位失敗的問題。
?AR
AR (Augmented Reality,即增強現實技術)是一種創新的交互方式,可實時地計算攝影機影像位置和角度,并加上相對應圖像、視頻、3D 模型的技術,最終目標是在屏幕上把虛擬世界置放到現實世界中,進行交互。曠視基于手機 AR 技術,結合路徑規劃算法與 VIO 技術實現室內的實時 AR 導航,進一步增強了導航系統的操作易用性。相比于傳統的二維地圖導航,也提升了用戶體驗和交互。
在室外定位導航日趨完善的今天,室內精細定位導航終將補齊導航服務的“最后一塊拼圖”。從2019年的小試牛刀,到如今落地應用在國家大型場館等,曠視室內導航技術如同一粒種子,一直拔節生長到今天,持續打磨和升級,為當下應用,也為未來前瞻。
總結
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