[發(fā)明專利]基于單個(gè)圖像傳感器的室內(nèi)可見光定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710048414.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN106886008B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧洪斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 百色學(xué)院
• 主分類號(hào): G01S5/16
• 分類號(hào): G01S5/16
• 代理公司: 11340 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 但玉梅

本發(fā)明涉及一種可見光定位方法及系統(tǒng)，屬于可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單個(gè)圖像傳感器的室內(nèi)可見光定位方法及系統(tǒng)。本發(fā)明只需要通過(guò)單個(gè)圖像傳感器接收信號(hào)，接收裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；本發(fā)明不需要測(cè)量光束的角度值，避免角度測(cè)量的精度不高所帶來(lái)的定位誤差，同時(shí)也減少額外的角度測(cè)量器件使用所帶來(lái)的系統(tǒng)復(fù)雜性問(wèn)題；本發(fā)明不需要測(cè)距，避免了測(cè)距過(guò)程中各種因素影響造成的測(cè)距精度比較低的問(wèn)題，這也是目前提高室內(nèi)定位精度所遇到的主要困難之一；本發(fā)明大大簡(jiǎn)化了定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)大幅提高系統(tǒng)定位精度，可實(shí)現(xiàn)厘米以內(nèi)精度量級(jí)的高精度3維定位，大大拓展了定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可見光定位方法及系統(tǒng)，屬于可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單個(gè)圖像傳感器的室內(nèi)可見光定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

基于LED綠色照明光源的可見光通信定位技術(shù)具有室內(nèi)覆蓋廣、節(jié)能、安全、布設(shè)簡(jiǎn)單、成本低、電磁兼容性好等突出優(yōu)點(diǎn)。目前采用的定位方法主要有基于可見光信號(hào)強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法、基于碼分多址的室內(nèi)定位方法、基于頻分多址的室內(nèi)定位方法、可見光多接收點(diǎn)幾何中心定位方法、基于圖像傳感器成像的室內(nèi)定位法，除此之外，還有不同室內(nèi)可見光定位方法結(jié)合在一起的定位方法。

基于圖像傳感器成像的室內(nèi)定位法通常需要兩個(gè)圖像傳感器，由三個(gè)以上的LED通過(guò)圖像傳感器成像，得到的光源和成像點(diǎn)或面的連線間的幾何關(guān)系及角度關(guān)系，通過(guò)一定的算法確定待測(cè)位置的空間坐標(biāo)。圖像傳感器成像定位方法必須測(cè)量信號(hào)接收端在三維空間中的方位角、俯仰角和光源到成像點(diǎn)的距離，才能根據(jù)相應(yīng)算法確定待測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。所以，此方法的信號(hào)接收端通常包括圖像傳感器、角度識(shí)別模塊及成像定位算法處理模塊。

由于基于圖像傳感器成像的室內(nèi)定位法需要精確的測(cè)定角度，相對(duì)于常見的可見光信號(hào)強(qiáng)度的室內(nèi)定位方法要復(fù)雜很多，且角度的精確測(cè)量比較困難，而且采用兩個(gè)以上的圖像傳感器會(huì)增大硬件成本，也會(huì)帶來(lái)定位系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種基于單個(gè)圖像傳感器的室內(nèi)可見光定位方法及系統(tǒng)。該方法及系統(tǒng)不需要測(cè)量光線角度值，也不需要測(cè)距，大大簡(jiǎn)化了定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高了定位精度。

本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：

一種基于單個(gè)圖像傳感器的室內(nèi)可見光定位方法，包括：

光源成像步驟,在定位點(diǎn)L將多個(gè)位于同一平面上的光源Li成像于和光源Li所在平面相平行的傳感器平面上，若定位點(diǎn)的高度已知，則選擇2個(gè)光源進(jìn)行成像及定位；若定位點(diǎn)高度未知，則選擇3個(gè)非共線的光源進(jìn)行成像及定位；其中，定位點(diǎn)L的坐標(biāo)為L(zhǎng)(x,y,z)，照明燈的坐標(biāo)為L(zhǎng)i(xi,yi,zi)；

坐標(biāo)求解步驟，基于下式求解定位目標(biāo)點(diǎn)的平面坐標(biāo)：

(x-xi)2+(y-yi)2＝Di2-H2；

Di＝H(f2+si2)1/2/f；

z＝zi-H；

式中，i為光源的個(gè)數(shù)，H為L(zhǎng)ED照明燈Li與成像系統(tǒng)透鏡所在平面的垂直距離；Di為光源Li到定位點(diǎn)L的距離，f為透鏡焦距，si為光源在傳感器屏幕的成像點(diǎn)M到傳感器屏幕中心N的距離；

光源分布為正六邊型的蜂窩結(jié)構(gòu)，相鄰LED光源的間距為a,靠墻的兩行和兩列光源與墻面距離為a/2，室內(nèi)面積為6a(3.5a+a)，室內(nèi)面積一般表達(dá)式可寫為m a([n a]/2+a)，m、n任取自然數(shù)，均大于等于2，經(jīng)計(jì)算這種光源分布設(shè)計(jì)能最大限度保證光照強(qiáng)度的均勻分布，LED照明光源分布設(shè)計(jì)可以適合任何室內(nèi)面積和靈活增減光源數(shù)目，方法是調(diào)整a和m、n的大??；

所述光源成像步驟中，用于成像的接收端透鏡組平面和圖像傳感器傳感平面間位置固定且平行，并且通過(guò)微調(diào)接收器整體角度使之接收平面與光源分布平面平行。