聊聊曠廠黑科技 | 室內(nèi)視覺定位導(dǎo)航，補(bǔ)齊導(dǎo)航的最后一塊拼圖

“路線規(guī)劃成功，開始導(dǎo)航”，“前方十字路口請(qǐng)沿最右側(cè)道路行駛”......這些導(dǎo)航語音已經(jīng)成為了很多人依賴的信息播報(bào)。面對(duì)每天層出不窮的城市新坐標(biāo)，手機(jī)地圖導(dǎo)航拯救了迷茫的路癡，成為了車主、行人的“導(dǎo)航眼”。

但是，距離完全拯救路癡，還有“最后一塊拼圖”要加速補(bǔ)齊。在停車場(chǎng)尋找商場(chǎng)出入口、電梯間；在大型商場(chǎng)里找到咖啡館、餐廳；甚至在辦公樓里，找會(huì)議室...這些復(fù)雜的室內(nèi)場(chǎng)景催生了對(duì)“室內(nèi)導(dǎo)航”的需求，但受限于空間和信號(hào)的限制，室內(nèi)導(dǎo)航的技術(shù)發(fā)展還沒有完全成熟。

以AI 算法見長(zhǎng)的曠視也一直在尋求和探索低成本、全離線、簡(jiǎn)單易用的室內(nèi)視覺定位方式。

2019年的10月，在曠視內(nèi)部的一次Hackathon 大賽中，曠視的算法研究員受到自家機(jī)器人產(chǎn)品上的視覺重定位技術(shù)啟發(fā)，想出了在手機(jī)上使用攝像頭進(jìn)行視覺定位尋找會(huì)議室的創(chuàng)意。經(jīng)過近兩年的持續(xù)打磨和升級(jí)，目前該技術(shù)已在現(xiàn)實(shí)中得到落地，有望加速視覺定位系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用。

在7月舉辦的曠視技術(shù)開放日上，研究員也向參觀者實(shí)地演示了室內(nèi)視覺定位導(dǎo)航系統(tǒng)：打開指定手機(jī) App，只需用攝像頭對(duì)準(zhǔn)周圍特征明顯的環(huán)境，選取要前往的目的地，App 就可以直接獲取當(dāng)前位置的定位信息，和前往目的地的路徑導(dǎo)航，在 AR 實(shí)景疊加的路線、路標(biāo)、箭頭指引下，幫助用戶輕松找到目的地。

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室內(nèi)定位與導(dǎo)航的作用，是在室內(nèi)場(chǎng)景下利用手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)定位并引導(dǎo)用戶抵達(dá)目的地。相較臻于成熟的室外定位系統(tǒng)，室內(nèi)定位由于對(duì)精度要求更高、施工部署更難、定位平臺(tái)不統(tǒng)一等原因，發(fā)展相對(duì)滯后。

具體來說，由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜多變，房間、物品之間的距離更近，參與定位的設(shè)備又多，室內(nèi)導(dǎo)航對(duì)定位精度的要求遠(yuǎn)高于室外，尤其是部分涉及到高速移動(dòng)設(shè)備定位的行業(yè)，對(duì)精度的要求可能是厘米級(jí)，同時(shí)對(duì)定位時(shí)延要求也非?？量?。此外，形成室外定位網(wǎng)絡(luò)需要發(fā)射衛(wèi)星，對(duì)接的管理部門線條清晰，但室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)需要在每個(gè)樓宇單獨(dú)部署站點(diǎn)，需要大量的物業(yè)協(xié)調(diào)溝通，同時(shí)室內(nèi)空間私密性更強(qiáng)，進(jìn)一步增加了布網(wǎng)的工作量。碎片化的應(yīng)用場(chǎng)景也增加了更新維護(hù)室內(nèi)地圖的成本。

來源：中國移動(dòng)牽頭發(fā)布的《室內(nèi)定位白皮書（2020年）》

目前，市面常見的室內(nèi)導(dǎo)航，主要依靠藍(lán)牙、WiFi 等技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，這也不可避免地容易產(chǎn)生成本較高、精度較低、場(chǎng)景使用受限等問題。尤其在舉辦大型演唱會(huì)或球賽等相對(duì)封閉的場(chǎng)館，即使有移動(dòng)或者 WiFi 信號(hào)，但現(xiàn)場(chǎng)萬人扎堆，手機(jī)信號(hào)差，幾乎不可能完成導(dǎo)航。隨著應(yīng)用場(chǎng)景多樣化、復(fù)雜化，以及用戶體驗(yàn)需求不斷提升，現(xiàn)階段的室內(nèi)導(dǎo)航亟需新的技術(shù)加以升級(jí)改善。

相較于其他室內(nèi)定位技術(shù)，室內(nèi)視覺定位技術(shù)具有高精度、易部署的特點(diǎn)，無需對(duì)室內(nèi)建筑環(huán)境二次裝修改造，僅使用激光視覺地圖采集設(shè)備對(duì)現(xiàn)有環(huán)境采集，就可以實(shí)現(xiàn)定位功能，并且將傳統(tǒng)GPS定位的5米精度，WiFi、藍(lán)牙定位的1-3米精度提升至亞米級(jí)精度。

以曠視研發(fā)的室內(nèi)視覺定位導(dǎo)航系統(tǒng)為例，它無需借助過多設(shè)備，除手機(jī)外無需額外增加傳感器，室內(nèi)環(huán)境也無需加裝輔助定位設(shè)備，因而具有成本優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，根據(jù)不同場(chǎng)景的需求，系統(tǒng)支持手機(jī)離線使用，無需依賴網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，即可完成定位+導(dǎo)航。對(duì)于商場(chǎng)、停車場(chǎng)、醫(yī)院、體育場(chǎng)館等有著尋找目的地需求的場(chǎng)景，室內(nèi)視覺定位導(dǎo)航可以極低的初裝及維護(hù)成本靈活接入。

室內(nèi)視覺定位導(dǎo)航系統(tǒng)，主要由激光視覺聯(lián)合建圖、純視覺定位和 AR 導(dǎo)航三個(gè)核心技術(shù)所支撐。曠視憑借在圖像識(shí)別和 SLAM 技術(shù)（即時(shí)定位與地圖重建）等方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，早在幾年前就已經(jīng)開始研發(fā)建圖和視覺定位算法，并將領(lǐng)先的算法應(yīng)用到了產(chǎn)品中。曠視2020年上市的S800V AGV，就已經(jīng)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(yīng)算法勇奪兩項(xiàng)冠軍。

建圖

和成語“按圖索驥”一樣，作為實(shí)現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航的第一步，建圖至關(guān)重要。在建圖階段，曠視使用自研建圖背包設(shè)備采集數(shù)據(jù)，再使用激光與視覺聯(lián)合的建圖技術(shù)進(jìn)行建圖，保障了視覺特征點(diǎn)的精度達(dá)到厘米級(jí)。

激光視覺聯(lián)合視覺特征點(diǎn)建圖

定位

視覺SLAM作為一項(xiàng)日趨成熟的技術(shù)，已經(jīng)逐漸應(yīng)用在AGV、自動(dòng)駕駛等行業(yè)。在手機(jī)上做視覺SLAM，則是曠視將積累的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)算法用在新業(yè)務(wù)、新場(chǎng)景的嘗試。相比于如使用AGV的工廠場(chǎng)景等，室內(nèi)定位的場(chǎng)景更加復(fù)雜多變，會(huì)更多地出現(xiàn)如白墻長(zhǎng)走廊、室內(nèi)結(jié)構(gòu)重復(fù)等不利于傳統(tǒng)視覺SLAM的情況。對(duì)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(chǎng)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(lǐng)先的圖像識(shí)別技術(shù)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(gè)比較小的范圍后再視覺定位，解決了重復(fù)場(chǎng)景定位失敗的問題。

 AR

AR (Augmented Reality，即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù))是一種創(chuàng)新的交互方式，可實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像位置和角度，并加上相對(duì)應(yīng)圖像、視頻、3D 模型的技術(shù)，最終目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界置放到現(xiàn)實(shí)世界中，進(jìn)行交互。曠視基于手機(jī) AR 技術(shù)，結(jié)合路徑規(guī)劃算法與 VIO 技術(shù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的實(shí)時(shí) AR 導(dǎo)航，進(jìn)一步增強(qiáng)了導(dǎo)航系統(tǒng)的操作易用性。相比于傳統(tǒng)的二維地圖導(dǎo)航，也提升了用戶體驗(yàn)和交互。

在室外定位導(dǎo)航日趨完善的今天，室內(nèi)精細(xì)定位導(dǎo)航終將補(bǔ)齊導(dǎo)航服務(wù)的“最后一塊拼圖”。從2019年的小試牛刀，到如今落地應(yīng)用在國家大型場(chǎng)館等，曠視室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)如同一粒種子，一直拔節(jié)生長(zhǎng)到今天，持續(xù)打磨和升級(jí)，為當(dāng)下應(yīng)用，也為未來前瞻。