CN102749072B - 室内定位方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种室内定位方法、装置及系统。该方法包括：拍摄室内的照片；根据所述照片获取所述LED光源的图像的特征信息；以预设帧速拍摄至少预设张数的所述LED光源的通信图像，以获取与所述LED光源唯一对应的标识信息；根据所述LED光源对应的所述特征信息和成像原理、确定拍摄点相对于所述LED光源的位置；根据所述LED光源的所述标识信息，及室内布局图，确定所述LED光源在所述室内的位置；根据所述LED光源在所述室内的位置和所述拍摄点相对于所述LED光源的位置、获取所述拍摄点在所述室内的位置。无需在室内安装无线信号发射装置，避免了电磁干扰，且用于实现本方法的室内定位系统构成更为简单，成本更低。

Description

室内定位方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及测绘技术，尤其涉及一种室内定位方法、装置及系统。

背景技术

高精度的室内定位技术可以帮助用户实时获取自己的位置信息，可以广泛用于大型购物广场、机场车站、电影院、博物馆、医院等复杂室内环境下的定位与导航，以及工厂车间内贵重物品设备的监视与跟踪等场景，通过位置自适应技术提高个人局域网的性能，弥补了全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)由于建筑物、墙壁的屏蔽作用无法在室内使用的不足。

在现有技术中，室内定位方法主要有红外线室内定位、超声波室内定位、蓝牙室内定位、射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)室内定位、超宽带(ultrawideband，UWB)室内定位及WiFi室内定位等类型；这些室内定位方法都需要另行安装无线信号发射装置，因而，用于实施上述方法的室内定位系统结构较为复杂，成本较高，且还存在电磁干扰，无法适用于机场、医院等对射频有严格要求的室内场所。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种室内定位方法、装置及系统，利用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源实现的快速、准确定位，成本低廉、避免电磁干扰。

本发明的第一个方面是提供一种室内定位方法，包括：

拍摄室内的照片，所述室内设置有至少一个LED光源；

根据所述照片获取所述LED光源的图像的特征信息，其中，所述特征信息包括所述LED光源的图像的面积、在所述照片的位置坐标及亮度；

以预设帧速拍摄至少预设张数的所述LED光源的通信图像，以获取与所述LED光源唯一对应的标识信息，所述标识信息为所述LED光源在调制信号驱动下以亮度变化表达的二进制序列，且所述预设帧速为所述调制信号的调制频率的两倍以上，所述预设张数为所述二进制序列的比特位数的两倍以上；

根据所述LED光源对应的所述特征信息和成像原理、确定拍摄点相对于所述LED光源的位置；

根据所述LED光源的所述标识信息，及室内布局图，确定所述LED光源在所述室内的位置；

根据所述LED光源在所述室内的位置和所述拍摄点相对于所述LED光源的位置、获取所述拍摄点在所述室内的位置。

本发明的另一个方面是提供一种室内定位装置，包括：

拍照单元，用于拍摄室内照片，所述室内设置有至少一个LED光源，

提取单元，用于根据所述照片获取所述LED光源的图像的特征信息，其中，所述特征信息包括所述LED光源的图像的面积、相对于所述照片的位置坐标及亮度；

通信单元，用于以预设帧速拍摄至少预设张数的所述LED光源的通信图像，以获取所述LED光源的标识信息，所述标识信息为所述LED光源在调制信号驱动下以亮度变化表达的二进制序列，且所述预设帧速为所述调制信号的频率的两倍以上，所述预设张数为所述二进制序列的比特位数的两倍以上；

位置计算单元，用于根据所述LED光源对应的所述特征信息和成像原理、确定拍摄点相对于所述LED光源的位置；并根据所述LED光源的所述标识信息，及室内布局图，确定所述LED光源在所述室内的位置；

定位单元，用于根据所述LED光源在所述室内的位置和所述室内定位装置相对于所述LED光源的位置、获取所述拍摄点在所述室内的位置。

本发明的又一个方面是提供一种室内定位系统，包括：

设置于室内的至少一个LED光源，所述LED光源在调制信号驱动下通过亮度变化表达的二进制序列向所述室内广播与所述LED光源唯一对应的ID标识；

以及室内定位装置，采用上述的室内定位装置。

本发明提供的室内定位方法、装置及系统，可以利用已设置于室内的LED光源实现快速、准确的定位，无需在室内安装无线信号发射装置，避免了电磁干扰，可用于机场、医院等对射频有严格要求的场所，同时，实现本方法的室内定位系统构成更为简单，成本更低。

附图说明

图1为本发明室内定位方法一实施例的流程图；

图2为本发明室内定位方法另一实施例的流程图；

图3为本发明室内定位装置实施例的结构示意图；

图4为本发明室内定位系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源广泛用于室内室外的照明，本发明的应用场景即为：在设置有至少一个LED光源的室内，在各LED光源相对于室内的位置固定不变时，快速、有效地确定某物体在该室内的位置。

图1为本发明室内定位方法实一施例的流程图；如图1所示，本实施例提供一种室内定位方法，包括：

步骤101、拍摄室内的照片，所述室内设置有至少一个LED光源。

步骤102、根据所述照片获取所述LED光源的图像的特征信息，其中，所述特征信息包括所述LED光源的图像的面积、在所述照片的位置坐标及亮度；其中，可以采用图像像素匹配法或图像形状亮度匹配法从照片中提取出LED光源的图像的面积、在该照片中的位置坐标及亮度等特征信息。

步骤103、以预设帧速拍摄至少预设张数的所述LED光源的通信图像，以获取所述LED光源的标识信息，所述标识信息为所述LED光源在调制信号驱动下以亮度变化表达的二进制序列，且所述预设帧速为所述调制信号的调制频率的两倍以上，所述预设张数为所述二进制序列的比特位数的两倍以上。

具体地，各所述LED光源可以分别以120Hz或更高的频率闪烁，且每个LED光源的亮度变化(即闪烁过程中的亮或暗)都表达了与之唯一对应的一串二进制序列，以向室内广播发送与该LED光源唯一对应的标识信息；且为了能够通过拍摄通信图像而获取到上述标识信息，拍摄通信图像的预设帧速需大于或等于LED光源闪烁的频率的两倍，且对该LED光源所拍摄的通信图像的预设张数需大于或等上述二进制序列的比特位数的两倍。例如，一LED光源的闪烁频率是125Hz、对应的所述标识信息为一五位的二进制序列，如“01101”时；则可以预设帧速250fps拍摄10张所述通信图像，便可从拍摄到的这些通信图像中获取上述二进制序列，从而便获取了所述LED光源的唯一的ID标识。

步骤104、根据所述LED光源对应的所述特征信息和成像原理、确定拍摄点相对于所述LED光源的位置。

具体地，利用成像原理，可以构建出拍摄所述照片时执行拍摄的主体与被拍摄的LED光源之间的透镜成像模型，再利用步骤102获取到所述特征信息，即所述照片中LED光源的图像的面积、在照片中的位置坐标及亮度等相关信息，便可获取拍摄主体所处的拍摄点相对于该LED光源的位置。

步骤105、根据所述LED光源的所述标识信息，及室内布局图，确定所述LED光源在所述室内的位置。

步骤106、根据所述LED光源在所述室内的位置和所述室内定位装置相对于所述LED光源的位置、获取所述拍摄点在所述室内的位置。

步骤104和步骤105可以同时进行，亦可以先执行步骤104、再执行步骤105。本实施例中，由于室内布局图中包含了室内所有LED光源的实际位置，因此，根据所述标识信息确定了唯一与之对应的LED光源后，便可在室内布局图内快速确定该LED光源在室内的位置；再结合步骤104确定的拍摄点相对于该LED光源的位置，便可获取拍摄点在室内所处的位置。

本实施例提供的室内定位方法，可以利用已设置于室内的LED光源快速、准确的实现定位，无需在室内安装无线信号发射装置，避免了电磁干扰，可用于机场、医院等对射频有严格要求的场所，同时，实现本方法的室内定位系统构成更为简单，成本更低。

在上述实施例中，所述拍摄室内的照片之前，还可以包括：

载入所述室内布局图，所述室内布局图中包含所述至少一个LED光源在所述室内的位置；以在确定了拍摄点在室内所处的位置后，还可之间将拍摄点所处的位置在该室内布局图上标示出来。

图2为本发明室内定位方法另一实施例的流程图；如图2所示，本实施例是在前一实施例的基础上，在所述根据所述照片获取所述LED光源图像的特征信息之后，还可包括：

步骤104a、判断是否获取到特征信息；

若未获取到任何特征信息，通过所述拍照窗口重新拍摄室内的照片，直到获取到至少一个所述LED光源的图像的所述特征信息。

即，如果没有从拍摄的照片中获取到LED光源的特征信息，则判定刚拍摄到的所述照片为无效照片，需重新执行步骤101的操作；只有当从所拍摄的照片中获取到某个LED光源的特征信息时，才表明该照片中至少包含一个LED光源的图像，再继续执行后续流程；有利于提高定位处理的效率。

更进一步地，所述获取所述LED光源的标识信息之后，还包括：

对所述标识信息进行解调和译码；

经完整性校验后，提取与所述LED光源唯一对应的ID标识。

具体地，可以根据LED光源广播其对应的标识信息时所采用的调制及编码方式，对获取到的LED光源的标识信息进行相应的解调和译码，且可在译码过程中可以通过对二进制序列的校验位来验证该标识信息的完整性，以进一步保证获取到的标识信息的准确性，进而，进一步保证定位的精准性。

图3为本发明室内定位装置实施例的结构示意图；如图3所示，本实施例提供一种室内定位装置，包括：

拍照单元31，用于拍摄室内照片，所述室内设置有至少一个LED光源，

提取单元32，用于根据所述照片获取所述LED光源的图像的特征信息，其中，所述特征信息包括所述LED光源的图像的面积、相对于所述照片的位置坐标及亮度；

通信单元33，用于以预设帧速拍摄至少预设张数的所述LED光源的通信图像，以获取与所述LED光源唯一对应的标识信息，所述标识信息为所述LED光源在调制信号驱动下以亮度变化表达的二进制序列，且所述预设帧速为所述调制信号的频率的两倍以上，所述预设张数为所述二进制序列的比特位数的两倍以上；

位置计算单元34，用于根据所述LED光源对应的所述特征信息和成像原理、确定拍摄点相对于所述LED光源的位置；以及，根据所述LED光源的所述标识信息，及室内布局图，确定所述LED光源在所述室内的位置；

定位单元35，用于根据所述LED光源在所述室内的位置和所述拍摄点相对于所述LED光源的位置、获取所述拍摄点在所述室内的位置。

本实施例提供的室内定位装置可设置在待定位的室内物体或人身上，以用于执行前述实施例中的室内定位方法，从而有效、快速地获取拍摄点即待定位物体或人在室内所处的位置，无需通过电磁信号的传递，避免了电磁干涉，也节约的成本。

进一步地，本实施例的室内定位装置还可以包括：

解调和译码单元，用于对所述标识信息进行解调和译码，以提取与所述LED光源唯一对应的ID标识。

其中，解调和译码单元可以由解调模块和译码模块组成，可连接在通信单元33与位置计算单元34之间；具体地，解调模块可以与通信单元相连接，以将通信单元获取到标识信息解调；译码模块与解调模块连接，以将解调后的标识信息进行译码，译码模块将译码后的标识信息输出给位置计算单元34，位置计算单元34在通过对校验位的验证判断本标识信息的完整性后，提取出与LED光源对应的ID标识；以使后续位置计算模块可以根据该ID标识、在室内布局图中确定与该ID标识对应的LED光源的位置。

图4为本发明室内定位系统实施例的结构示意图；如图4所示，本实施例提供一种室内定位系统，包括：

设置于室内的至少一个LED光源41，所述LED光源在调制信号驱动下通过亮度变化表达的二进制序列向所述室内广播与所述LED光源唯一对应的ID标识；

以及室内定位装置42，采用前述实施例的室内定位装置。

具体地，室内的每个LED光源在一固定频率的调制信号驱动下产生高频闪烁，其中，可通过LED光源的亮代表“1”、暗代表“0”，则一连续时间段内的亮度变化(闪烁)便可表达用于表示LED光源的ID标识的二进制序列，从而，LED光源通过其高频闪烁实现了在室内广播代表其ID标识的标识信息。

室内定位装置则通过执行前述实施例的方法，根据所拍摄到LED光源的照片，以及该LED光源的通信图像，最终获取室内定位装置在室内的实际位置；其具体实现原理与前述实施例类似，在此不再赘述。

本实施例提供的室内定位系统，只需包括LED光源和具有拍照功能的室内定位装置，通过采集LED光源发出的可见光信号、并进行处理后获取室内定位装置在室内的实际位置，可通过将其中的室内定位装置设置到需要定位的物体上，便可迅速确定其位置；或者通过由人手持该室内定位装置，便可实现对该人的实时定位，防止走失；且本室内定位系统，无需安装其它无线信号发射或接受设备，不会产生电磁干扰，可以满足机场和医院等对射频有严格要求的场合的需求。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种室内定位方法，其特征在于，包括：

拍摄室内的照片，所述室内设置有至少一个LED光源；

根据所述照片获取至少一个所述LED光源的图像的特征信息，其中，所述特征信息包括至少一个所述LED光源的图像的面积、在所述照片的位置坐标及亮度；

以预设帧速拍摄至少预设张数的至少一个所述LED光源的通信图像，以获取与至少一个所述LED光源唯一对应的标识信息，所述标识信息为至少一个所述LED光源在调制信号驱动下以亮度变化表达的二进制序列，且所述预设帧速为所述调制信号的调制频率的两倍以上，所述预设张数为所述二进制序列的比特位数的两倍以上；

根据至少一个所述LED光源对应的所述特征信息和成像原理、确定拍摄点相对于至少一个所述LED光源的位置；

根据至少一个所述LED光源的所述标识信息，及室内布局图，确定至少一个所述LED光源在所述室内的位置；

根据至少一个所述LED光源在所述室内的位置和所述拍摄点相对于至少一个所述LED光源的位置、获取所述拍摄点在所述室内的位置。

2.根据权利要求1所述的室内定位方法，其特征在于，所述根据所述照片获取所述LED光源图像的特征信息之后，还包括：

判断是否获取到所述特征信息；

若未获取到任何特征信息，通过所述拍照窗口重新拍摄室内的照片，直到获取到至少一个所述LED光源的图像的特征信息。

3.根据权利要求1或2所述的室内定位方法，其特征在于，所述拍摄室内的照片之前，还包括：

载入所述室内布局图，所述室内布局图中包含所述至少一个LED光源在所述室内的位置。

4.根据权利要求3所述的室内定位方法，其特征在于，所述获取所述LED光源的标识信息之后，还包括：

对所述标识信息进行解调和译码，以提取与所述LED光源唯一对应的ID标识。

5.一种室内定位装置，其特征在于，包括：

拍照单元，用于拍摄室内照片，所述室内设置有至少一个LED光源，

提取单元，用于根据所述照片获取至少一个所述LED光源的图像的特征信息，其中，所述特征信息包括至少一个所述LED光源的图像的面积、相对于所述照片的位置坐标及亮度；

通信单元，用于以预设帧速拍摄至少预设张数的至少一个所述LED光源的通信图像，以获取至少一个所述LED光源的标识信息，所述标识信息为至少一个所述LED光源在调制信号驱动下以亮度变化表达的二进制序列，且所述预设帧速为所述调制信号的频率的两倍以上，所述预设张数为所述二进制序列的比特位数的两倍以上；

位置计算单元，用于根据至少一个所述LED光源对应的所述特征信息和成像原理、确定拍摄点相对于至少一个所述LED光源的位置；并根据至少一个所述LED光源的所述标识信息，及室内布局图，确定至少一个所述LED光源在所述室内的位置；

定位单元，用于根据至少一个所述LED光源在所述室内的位置和所述室内定位装置相对于至少一个所述LED光源的位置、获取所述拍摄点在所述室内的位置。

6.根据权利要求5所示的室内定位装置，其特征在于，还包括：

解调和译码单元，用于对所述标识信息进行解调和译码，以提取与至少一个所述LED光源唯一对应的ID标识。

7.一种室内定位系统，其特征在于，包括：

设置于室内的至少一个LED光源，至少一个所述LED光源在调制信号驱动下通过亮度变化表达的二进制序列向所述室内广播与至少一个所述LED光源唯一对应的ID标识；

以及室内定位装置，采用权利要求5或6所述的室内定位装置。