申请/专利权人：武汉大学

申请日：2019-05-27

公开（公告）日：2023-01-24

公开（公告）号：CN110222132B

主分类号：G06F16/29

分类号：G06F16/29;G06F16/51;G06F16/22

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.01.24#授权;2019.10.08#实质审查的生效;2019.09.10#公开

摘要：本发明实施例公开了一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法及装置，该方法包括：获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件，以供实现相对行人导航。本发明通过将每一相对语义矩阵作为图像通道,将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件中，从而保持了相对语义数据原有的特点，使得结构简单、索引方便快速，且减小了相对导航中数据的存储开销。

主权项：1.一种基于相对语义的相对行人导航方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；所述按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵，包括：对于任意两个地理实体，将每一地理实体的多个对象排序后的序号作为相对语义矩阵的索引序号，将所述两个地理实体对象之间的相对语义作为相对语义矩阵的元素；S20、将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件，以供实现相对行人导航；所述将每一相对语义矩阵作为图像通道，包括：将所述相对语义矩阵的索引序号作为像素的索引序号，将矩阵中的数值作为通道对应索引序号像素的颜色值，生成与相对语义矩阵大小一致的图像通道；所述将所有图层共同存储至图像文件之后，还包括：根据相对语义数据的图层号、通道号以及地理要素对象的序号，获取相对语义数据；相应地，所述以供实现相对行人导航，具体为：根据获取到的相对语义数据，进行相对行人导航。

全文数据：一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法及装置技术领域本发明属于导航领域，具体涉及一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法及装置。背景技术目前，行人导航方法大都使用基于距离、道路名与方向的转向信息来引导行人寻路，但是很难保证行人准确的遵照距离等绝对空间信息进行导航。研究表明，行人对地标相对语义如相对方位、相对距离、相对通视等的理解更容易，对地标名称的记忆也比道路名称更轻松，相对导航能在减轻行人的困惑和认知负担的同时，充分利用行人的相对空间认知和寻路能力。然而目前的导航模型是基于绝对空间建模，不能很好地组织导航中的地标之间或其它地理实体之间的相对语义。因此，亟需一种能够很好的组织相对语义数据的相对行人导航方法。发明内容本发明的目的在于提供一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法及装置，以解决目前导航模型不能很好地组织导航中的地标之间或其它地理实体之间相对语义的问题。第一方面，本发明提供一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，包括：S10、获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；S20、将每一相对语义矩阵作为图像通道,将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件,以供实现相对行人导航。第二方面，本发明提供一种基于相对语义的相对行人导航装置，包括：获取模块，用于获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；处理模块，用于将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件，以供实现相对行人导航。第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的一种基于相对语义的相对行人导航方法的步骤。本发明具有以下有益效果：本发明实施例的用于相对行人导航的相对语义影像生成方法及装置，通过将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件中，从而保持了相对语义数据原有的特点，使得数据结构简单、索引方便快速，且减小了相对导航中数据的存储开销。附图说明下面将结合附图及实施方式对本发明作进一步说明，附图中：图1为本发明实施例提供的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法流程图；图2为本发明实施例提供的相对语义影像结构示意图；图3为本发明实施例提供的相对语义对应关系示意图；图4为本发明另一实施例提供的相对语义影像结构示意图；图5为本发明另一实施例提供的相对语义影像存储容量关系图；图6为本发明另一实施例提供的相对语义影像数据访问效率示意图；图7为本发明实施例提供的一种基于相对语义的相对行人导航装置结构图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构，或是对绝对空间的量度，我们通过它与物体的相对位置感知它，它一般被当作不可移动空间，如地表以下、大气中或天空中的空间，都是以其与地球的相互关系确定的。在相对空间框架下，相对语义是指被观测对象与参考对象在空间、视觉、语义三个方面的相对关系。观测对象通常是指行人，是可移动的，而参考对象是指相对固定的地标。在导航任务中，行人通过理解和描述地标的位置来寻路，用到的相对语义通常包括相对方位、相对距离、相对通视等。现有的地理数据库不能直接保存矩阵结构，因为其难以处理列过大的表。要存储矩阵，通常采用行优先或列优先的形式。如图1所示，本发明实施例提供一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，包括：S10、获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；在S10中，每一个地理实体有多个对象，获取对象与对象间的相对语义数据，包括但不限于，利用现有导航数据获得相对语义数据或通过相对测量方式获得相对语义数据，按照导航地理实体的多个对象的编号，构建地理实体对象之间的相对语义矩阵。例如，将观察对象和参考对象按一定的顺序排列，作为矩阵的行和列，则矩阵中的元素表示对象之间的相对语义。这种数据组织方式便于行人导航过程中的相对语义查询，在精度要求不太高的情况下，可以直接读取相对语义，不需要进行冗余计算；S20、将每一相对语义矩阵作为图像通道,将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件,以供实现相对行人导航；在S20中，将相对语义矩阵的行和列作为图像通道的像素坐标，矩阵中的值作为像素的值，从而将相对语义矩阵与图像通道中的像素值排列对应起来。类似RGB图像由3个通道分别为红绿蓝构成，本发明实施例中将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层。相对语义矩阵对应的多个图层共同存储到一个图像文件中，存储的图像作为相对行人导航获取数据的依据。本发明实施例基于相对语义的相对行人导航方法，通过将每一相对语义矩阵作为图像通道,将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件中，从而保持了相对语义数据原有的特点，使得数据结构简单、索引方便快速，且减小了相对导航中数据的存储开销。在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，S20中，将所有图层共同存储至图像文件之后，还包括：根据相对语义数据的图层号、通道号以及地理要素对象的序号,获取相对语义数据。相应地，所述以供实现相对行人导航，具体为：根据获取到的相对语义数据，进行相对行人导航。将所有图层共同存储至图像文件之后，得到相对语义影像。在相对行人导航时，根据要索引的相对语义所在的图层号、通道号以及两个对象的序号，直接读取相对语义影像中的对应通道中的数据。将读取出的比特流根据编码时选取的数据类型进行解码，即可得到要索引的相对语义。由于根据相对语义数据的图层号、通道号以及地理要素对象的序号,获取相对语义数据，而数据结构保持了相对语义数据原有的特点，从而检索方便快速。在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵，包括：对于任意两个地理实体，将每一地理实体的多个对象排序后的序号作为相对语义矩阵的索引序号，将所述两个地理实体对象之间的相对语义作为相对语义矩阵的元素。在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，将每一相对语义矩阵作为图像通道，包括：将所述相对语义矩阵的索引序号作为像素的索引序号，将矩阵中的数值作为通道对应索引序号像素的颜色值，生成与相对语义矩阵大小一致的图像通道。在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，将所有图层共同存储至图像文件，包括：将所有图层共同存储到一个TIFF格式的图像文件中。不同的相对语义具有不同的数据类型和不同的数据块大小，为了最大限度地利用存储空间，使数据能够存储和管理在一个文件中，本发明实施例中使用TIFF图像格式作为相对语义影像的载体。TIFF标签图像文件格式是一种灵活的位图格式，支持多种数据类型和多个图层。所有相对语义数据可以存储在一个TIFF文件中，而不是将它们存储在一系列文件中。TIFF文件有一系列有损、无损或无压缩选项可供选择，这取决于数据的精度要求。通过将所有图层共同存储到一个TIFF格式的图像文件中，能够有效利用存储空间，方便数据的管理。在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，将所有图层共同存储至图像文件之后，还包括：采用LZW无损压缩算法压缩所述图像文件，得到压缩后的图像文件。为了进一步减小存储空间的暂用，同时为了保证数据的准确性，对图像文件进行LZW无损压缩。在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，上述方法还包括：将每一地理实体的实体属性表作为一个图层，相应地，所述将所有图层共同存储至所述图像文件，具体为：将所述实体属性表对应的图层和相对语义矩阵对应的图层共同存储至所述图像文件。本发明实施例中，同时将每种类型的实体作为一个单独的图层，和相对语义对应的图层，共同构成图像文件，从而增强数据的多样性，提高导航的准确性。首先，对导航地理实体进行排序，将实体属性表的每一个行从1开始编号并依次增加1，这个序号将作为相对语义的索引序号。每种类型的实体存储在一个单独的层中。其次，将每个相关的语义信息构造成一个稀疏矩阵，每个像素表示一个相对语义，行号和列号分别对应不同实体的序号。对应位置的像素表示实体之间的相对语义，像素的颜色值表示相对语义的数值。与多光谱图像相似，每个稀疏矩阵被认为是一个颜色通道。多个颜色通道形成一个图像，构成图像文件，将该图像文件称作相对语义影像。在上述实施例的基础上，作为一种可选实施例，所述地理实体之间的相对语义数据包括：地标与地标之间、全景影像与地标之间以及路段与地标之间的相对语义数据，相应地,所述相对语义包括：相对方位、相对距离、相对通视、地标视觉显著度、地标语义显著度、地标结构显著度以及地标全局性。需要说明的是，上述相对语义仅是部分的示例，具体实施过程中，根据具体需要，相对语义可以选取上述任一一种或任意组合。在本发明实施例中，以相对语义影像由9层16个通道组成为例进行说明。每个通道存储一种相对语义,可根据实际需要调整层数和通道数。图2为本发明实施例提供的相对语义影像结构示意图，存储在相对语义影像中的数据项的层次关系如图2所示。第二部分和第三部分表示每一图层和图层层对应的通道。一个图层可以被看作是具有不同数量通道的单个图像，而通道则是相对语义存储的直接载体。图3为本发明实施例提供的相对语义对应关系示意图，如图3所示，具体反映了每个通道中这些像素之间的对应关系。为了最大限度地利用存储空间，将具有不同精度要求和不同数据范围的数据存储在最合适的数据类型中。以上数据项主要涉及的数据类型包括uint8、uint32和double。地标和可行走路段的name属性属于字符串数据，可通过GB-2312编码存储。为了保证数据的准确性，可对图像进行上述实施例所述的LZW无损压缩。数据访问是直接根据相对语义所在的图层号、通道号以及两个对象的序号，直接读取相对语义影像中的对应通道中的数据；将读取出的比特流根据编码时选取的数据类型进行解码，即可得到要索引的相对语义。基于上各实施例的内容，在本发明的另一实施例中，以某大学校园区域的导航地理数据为例，收集了600个可行走路段、940个路段结点、7336张全景图和1880个地标。它们之间的相对语义包括相对距离、相对方位、通视性、全局性、视觉显著性、语义显著性、结构显著性。将这些数据组织好后存储在TIFF文件中。作为对比，将相同的数据存储在geodatabase一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的数据模型中，其中相对语义采用对象1，对象2，相对语义的三元组格式存储。对存储了相同数据的相对语义影像和geodatabase的文件大小、数据访问时间和访问效率进行比较。实验结果如下所示：相对语义影像构建：将实验区域导航地理实体的属性表和相对语义数据组织成的系数矩阵按顺序排列并写入TIFF文件中，得到实验区域的相对语义影像。图4为本发明另一实施例提供的相对语义影像结构示意图，如图4所示，展示了每个元素在相对语义影像中的分布。文件大小比较:某大学校园区域的导航地理数据在相对语义影像中存储的文件大小为73.3MB，在geodatabase中存储的文件大小为314.4MB。另取5组不同大小区域的数据进行实验，以相对语义影像的总像素数为x轴，以文件大小为y轴，得到图5，图5为本发明另一实施例提供的相对语义影像存储容量关系图。表1为不同实验区域文件大小比较，实验结果参见表1。表1由图5斜率可知，地理数据库的文件大小约是相对语义影像的5倍。至于文件可以存储多大的区域，这与区域内道路网络和地标的密度有关。数据访问效率比较：在一次导航任务中需要用到包含在全景影像中的所有信息。因此在本实验中，在一个全景图中读取一种相对语义，即相对语义影像中的一行数据。相应地，读取地理数据库中的相同数据。记录每个实验的时间和内存使用情况，每个数据结构都做了10次数据访问的实验。表2为数据访问性能对比，列出了每个实验的时间和内存使用记录数据，参见表2。表2图6为本发明另一实施例提供的相对语义影像数据访问效率示意图，从图6中可以看出，每次实验的时间占用和内存变化特征是相似的，微小的差异是由于每次运行时计算机性能的差异造成的。在这些实验中，相对语义影像所花费的时间、最大内存占用和内存变化幅度平均为16.9533ms、14.1817MB和1.6922MB，而地理数据库平均为5568.3665ms、66.3367MB和6.7449MB。以上对比实验表明，相对语义影像在数据访问效率上具有优势，能够及时满足相对行人导航应用的数据需求。基于上述方法实施例相同的发明构思，本发明实施例提供一种基于相对语义的相对行人导航装置。图7为本发明实施例提供的一种基于相对语义的相对行人导航装置结构图，如图7所示，该装置包括获取模块701以及处理模块702。其中，获取模块701用于获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；处理模块702用于将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件，以供实现相对行人导航。本发明装置实施例的具体内容请参加上述各方法实施例，此处不在赘述。本发明实施例的基于相对语义的相对行人导航装置，通过将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件中，从而保持了相对语义数据原有的特点，使得数据结构简单、索引方便快速，且减小了相对导航中数据的存储开销。本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中一种基于相对语义的相对行人导航方法，例如包括：获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；将每一相对语义矩阵作为图像通道,将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件,以供实现相对行人导航。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。当使用软件实现时，可以将上述功能存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外。任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定影中。如本发明所使用的，盘Disk和碟disc包括压缩光碟CD、激光碟、光碟、数字通用光碟DVD、软盘和蓝光光碟，其中盘通常磁性的复制数据，而碟则用激光来光学的复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。以上所述仅为本发明技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；S20、将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件，以供实现相对行人导航。2.根据权利要求1所述的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，S20中,所述将所有图层共同存储至图像文件之后，还包括：根据相对语义数据的图层号、通道号以及地理要素对象的序号，获取相对语义数据；相应地，所述以供实现相对行人导航，具体为：根据获取到的相对语义数据，进行相对行人导航。3.根据权利要求1所述的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，S10中，所述按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵，包括：对于任意两个地理实体，将每一地理实体的多个对象排序后的序号作为相对语义矩阵的索引序号，将所述两个地理实体对象之间的相对语义作为相对语义矩阵的元素。4.根据权利要求1所述的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，S20中，所述将每一相对语义矩阵作为图像通道，包括：将所述相对语义矩阵的索引序号作为像素的索引序号，将矩阵中的数值作为通道对应索引序号像素的颜色值，生成与相对语义矩阵大小一致的图像通道。5.根据权利要求1所述的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，所述将所有图层共同存储至图像文件，包括：将所有图层共同存储到一个TIFF格式的图像文件中。6.根据权利要求1所述的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，所述将所有图层共同存储至图像文件之后，还包括：采用LZW无损压缩算法压缩所述图像文件，得到压缩后的图像文件。7.根据权利要求1所述的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，所述方法还包括：将每一地理实体的实体属性表作为一个图层；相应地，所述将所有图层共同存储至所述图像文件，具体为：将所述实体属性表对应的图层和相对语义矩阵对应的图层共同存储至所述图像文件。8.根据权利要求1所述的一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法，其特征在于，所述地理实体之间的相对语义数据包括：地标与地标之间、全景影像与地标之间以及路段与地标之间的相对语义数据，相应地,所述相对语义包括：相对方位、相对距离、相对通视、地标视觉显著度、地标语义显著度、地标结构显著度以及地标全局性。9.一种用于相对行人导航的相对语义影像生成装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取地理实体之间的相对语义数据，并按照地理实体的对象编号构建相对语义矩阵；处理模块，用于将每一相对语义矩阵作为图像通道，将数据类型和大小相同的多个图像通道作为一个图层，将所有图层共同存储至图像文件，以供实现相对行人导航。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述一种基于相对语义的相对行人导航方法的步骤。

百度查询： 武汉大学 一种用于相对行人导航的相对语义影像生成方法及装置

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