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3축 가속도계와 3축 자력계 및 3축 자이로스코프를 포함하는 IMU(Inertia Measurement Unit) 센서들로부터 수신한 센서 신호를 이용하여 보행자의 스텝과 방향각 정보를 계산하며, 상기 스텝과 방향각 정보를 이용하여 제1 위치를 계산하는 제1 실내 측위 장치;카메라에 의해 촬영된 복수의 영상 프레임에서 복수의 특징점을 검출하여 미리 저장된 키프레임의 매칭을 수행하고, 매칭 결과를 이용하여 상기 카메라의 자세 변화 정보를 추정하며, 상기 자세 변화 정보를 기초로 제2 위치를 측위하는 제2 실내 측위 장치; 및상기 제1 실내 측위 장치로부터 계산된 제1 위치와, 상기 제2 실내 측위 장치로부터 계산된 제2 위치를 선형 칼만 필터를 이용하여 결합하여 보행자의 최종 위치를 계산하는 센서 융합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제1항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 3축 가속도계와 상기 3축 자이로스코프의 각 센서 신호를 이용하여 가속도와 각속도의 크기 변화를 분석하여 보행자의 스텝을 검출하고, 상기 검출한 스텝을 이용하여 상기 보행자의 스텝 길이를 추정하며, 상기 3축 자력계와 상기 3축 자이로스코프의 센서 신호를 융합하여 방향각 정보를 계산하며, 상기 계산된 방향각 정보와 상기 스텝 길이를 기초로 상기 보행자의 제1 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제1항에 있어서,상기 제2 실내 측위 장치는 상기 카메라로부터 촬영된 복수의 영상 프레임을 입력받아 프레임 단위로 복수의 특징점을 검출하고, 상기 검출된 복수의 특징점과 키프레임을 매칭하고, 상기 매칭된 각각의 특징점을 상기 키프레임에 누적하여 상기 키프레임을 갱신하고,상기 키프레임과 상기 갱신한 키프레임 간의 특징점 추적을 통해 상기 카메라의 자세 변화 정보를 계산하며, 상기 자세 변화 정보를 기초로 상기 제2 위치를 측위하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제1항에 있어서,상기 센서 융합부는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치를 상기 선형 칼만 필터에 의해 결합하여 위치 보정을 수행한 후, 상기 보행자의 현재 위치를 지도에 정합시켜 상기 지도 상에 보행자의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제1항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 가속도계로부터 3축 가속도 데이터를 수신하고, 상기 수신한 3축 가속도 데이터의 피치 각과 롤 각을 하기의 수학식 1에 의해 계산하고, 상기 자이로스코프로부터 3축 각속도 데이터를 수신하고, 상기 수신한 3축 각속도 데이터의 피치 각과 롤 각을 하기의 수학식 1에 의해 계산하며, 3축 가속도 데이터의 피치 각 및 롤 각과 3축 각속도 데이터의 피치 각 및 롤 각을 제1 칼만 필터를 이용하여 결합하여 융합 피치 각과 융합 롤 각을 계산하는 자세 결정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제5항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 자력계로부터 보행자의 좌표계에 대한 방향 정보를 수신하고, 상기 자세 결정부로부터 상기 융합 피치 각과, 상기 융합 롤 각을 수신하여 절대 방위각을 계산하는 자력계 방위각 계산부; 및상기 자이로스코프로부터 3축 각속도 데이터를 수신하여 보행자가 위치한 방향을 3차원 공간에 표시하기 위하여 피치의 각과 롤의 각을 이용하여 하기의 수학식 2의 오일러의 각도를 계산하는 자이로스코프 방위각 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제6항에 있어서,상기 자이로스코프 방위각 계산부는 상기 계산한 오일러의 각도를 하기의 수학식 3에 의해 사원수의 값을 사용하여 오일러 각도에 의한 사원수(Quaternion)의 업데이트를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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8
제6항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 자력계 방위각 계산부에서 계산된 절대 방위각과, 상기 자이로스코프 방위각 계산부에서 계산된 각속도 정보를 제2 칼만 필터에 의해 결합하여 보행자의 최종 방향 정보(Headinggyro)를 계산하는 방향 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제8항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 절대 방위각과 상기 각속도 정보를 하기의 수학식 4에 의해 결합하여 보행자의 최종 방향 정보(Headinggyro)를 계산하는 방향 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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10
제5항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 가속도 데이터의 피치 각과 각속도 데이터의 피치 각을 결합한 융합 피치 각을 수신하고, 상기 수신한 융합 피치 각을 이용하여 하기의 수학식 5의 선형 회귀 모델을 기초로 스텝 길이(SL)를 추정하는 스텝 길이 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제5항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 자력계로부터 보행자의 좌표계에 대한 방향 정보를 수신하고, 자세 결정부로부터 상기 융합 피치 각과, 상기 융합 롤 각을 수신하여 절대 방위각을 계산하는 자력계 방위각 계산부;상기 자이로스코프로부터 3축 각속도 데이터를 수신하여 보행자가 위치한 방향을 3차원 공간에 표시하는 각속도 정보를 계산하는 자이로스코프 방위각 계산부; 및상기 자력계 방위각 계산부에서 계산된 절대 방위각과, 상기 자이로스코프 방위각 계산부에서 계산된 각속도 정보를 제2 칼만 필터에 의해 결합하여 보행자의 최종 방향 정보(Headinggyro)를 계산하는 방향 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제11항에 있어서,상기 제1 실내 측위 장치는 상기 가속도 데이터의 피치 각과 각속도 데이터의 피치 각을 결합한 융합 피치 각을 수신하고, 상기 수신한 융합 피치 각을 이용하여 스텝 길이(SL)를 추정하는 스텝 길이 추정부; 및상기 방향 필터부로부터 보행자의 최종 방향 정보를 수신하고, 상기 스텝 길이 추정부로부터 추정한 스텝 길이(SL)를 수신하고, 하기의 수학식 6에 의해 상기 보행자의 최종 방향 정보와 상기 스텝 길이, 초기 위치값을 이용하여 보행자의 현재 위치를 계산하는 현재 위치 계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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13
제1항에 있어서,상기 제2 실내 측위 장치는 이전의 키프레임들과 현재의 키프레임을 비교하여 유사도 정도가 소정의 문턱값보다 큰 키프레임이 있는지를 검색한다
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제1항에 있어서,상기 센서 융합부는 센서 융합의 전이 상태 함수인 하기의 수학식 7의 이동 모델과 수학식 8의 관측 모델을 갖는 칼만 필터 알고리즘을 이용하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치를 결합하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제14항에 있어서,상기 칼만 필터 알고리즘은 시간에 앞서 미리 현재 상태를 예측하는 칼만 필터의 예측 단계(Predict)로 순방향으로 현재 상태 추정 결과를 전달하는 것으로 하기의 수학식 9의 선형 추정 방정식과, 하기의 수학식 10의 Prior 추적 에러 공분산 방정식으로 이루어진 예측을 위한 시간 갱신 방정식인 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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제15항에 있어서,상기 칼만 필터 알고리즘은 시간에 실제 측정에 의해 전달된 추정 상태값들을 보정하는 것으로 하기의 수학식 11의 칼만 이득 생성 방정식과 하기의 수학식 12의 갱신된 추정값 생성 방정식 및 하기의 수학식 13의 Posteriori 추적 에러 공분산 방정식으로 이루어진 측정 갱신 방정식인 것을 특징으로 하는 하이브리드 실내 측위 시스템
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