CN104931039B - 自由空间定位方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自由空间定位方法及系统，该自由空间定位方法适用于估算一物体在空间的姿态角，由一系统执行，该系统包含一灯源模块、一设于该物体上的取像模块，及一包括一处理单元与一存储单元的计算模块，该灯源模块包括界定出一平面的灯源O、X、Y，以及位于该平面的一侧的灯源Z，该存储单元存储有多笔灯源方位信息及对应的预存姿态角，该方法包含：(A)该取像模块对该灯源模块取像产生待判影像；(B)该处理单元分析待判影像得到一待判信息；(C)筛选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息；及(D)根据筛选出的灯源方位信息所对应的预存姿态角估算该物体的一估算姿态角。

Description

自由空间定位方法及系统
技术领域
本发明涉及一种定位方法，特别涉及一种自由空间定位方法及系统。
背景技术
现今利用摄影机取得物体在三维空间中位置的应用相当普及，包括利用结构光投射在物体上的形状与大小来判断出物体的位置、利用时差测距(Time of flight,ToF)原理的深度摄影机计算物体与摄影机的距离，以及利用双镜头取得两张影像经过视差计算处理后得到物体的深度，最终可得到物体的三维空间坐标，而这些方法皆无法检测出物体的姿态角(举例而言包括偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)和滚动角(roll)三个分量)。因此，如何检测物体的姿态角，就成为一值得研究的主题。
发明内容
因此，本发明的目的，即在提供一种可检测物体姿态角的自由空间定位方法及系统。
于是，本发明自由空间定位方法，适用于估算一物体在空间的姿态角，由一自由空间定位系统执行，该系统包含一灯源模块、一设于该物体上的取像模块，及一与该取像模块信息连接的计算模块，该计算模块包括相连接的一处理单元与一存储单元，该灯源模块包括界定出一平面的一灯源O、一灯源X，及一灯源Y，以及位于该平面的一侧的一灯源Z，该存储单元存储有多笔灯源方位信息及每一笔灯源方位信息所对应的一预存姿态角，该方法包含以下步骤：
(A)该取像模块对该灯源模块取像，产生一待判影像，并传送至该计算模块的该处理单元。
(B)该处理单元分析该待判影像中该灯源O、该灯源X、该灯源Y及该灯源Z的坐标，得到一相关于各该灯源在该待判影像中的坐标的待判信息。
(C)该处理单元将该待判信息与该存储单元中的各笔灯源方位信息进行比对，筛选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息。
(D)该处理单元根据筛选出的灯源方位信息所对应的预存姿态角估算该物体的一估算姿态角。
较佳地，其中，步骤(C)中对每一笔灯源方位信息计算得到一个相关于该待判信息与该一笔灯源方位信息间的差异的综合差异值，并筛选出该综合差异值小于等于一阈值所对应的灯源方位信息。
较佳地，其中，该灯源方位信息是相关于各灯源在一预提取影像上的位置，当该物体处于该预存姿态角且设于该物体上的该取像模块对该灯源模块取像而产生该预提取影像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。
较佳地，其中，该物体处于一预存坐标及该预存姿态角且设于该物体上的该取像模块对该灯源模块取像而产生该预提取影像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。
较佳地，其中，定义该灯源O与该灯源X的连线线段为第一边L1、该灯源O与该灯源Y的连线线段为第二边L2，该灯源O与该灯源Z的连线线段为第三边L3，步骤(B)计算得到的该待判信息包括该待判影像中该第一边的长度第二边的长度第三边的长度第一边与第二边的第一夹角第二边与第三边的第二夹角及第一边与第三边的第三夹角该灯源方位信息包括该预提取影像中该第一边的长度该第二边的长度该第三边的长度该第一边与该第二边的夹角该第二边与该第三边的夹角及该第一边与该第三边的夹角步骤(C)计算该综合差异值
较佳地，其中，各该灯源方位信息还包括该灯源O在该预提取影像的坐标定义该待判影像中该灯源O的坐标为步骤(C)该处理单元还计算距离其中距离dO为该灯源O在该待判影像中的位置与在该预提取影像中的位置的距离，并筛选出该距离dO小于等于一预设距离所对应的灯源方位信息。
较佳地，其中，该灯源方位信息包括在该预提取影像中该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标及该灯源Z的坐标该待判信息包括在该待判影像中该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标该灯源Z的坐标该综合差异值f为
其中，
较佳地，其中，步骤(D)将筛选出的灯源方位信息对应的预存姿态角进行平均，得到估算的该物体的一估算姿态角AE。
较佳地，其中， 其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存姿态角Ak为
较佳地，其中，该灯源模块的各该灯源发出的光线的波长彼此相异，步骤(B)中该处理单元是根据该待判影像的像素值识别各该灯源。
较佳地，还适用于估算该物体在空间的坐标，其中，每笔灯源方位信息还对应一预存坐标，步骤(D)还将筛选出的灯源方位信息所对应的预存坐标进行平均，得到估算的该物体的一估算坐标CE。
较佳地，其中， 其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存物体坐标Ck为
于是，本发明自由空间定位系统，执行如上所述自由空间定位方法。
本发明的有益效果在于：通过取像模块对该灯源模块取像，分析得到相关于所述多个灯源的坐标的待判信息后，筛选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息，藉此估算该物体的该估算姿态角。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照附图的较佳实施例详细说明中清楚地呈现，其中：
图1是一系统示意图，说明本发明自由空间定位方法的一较佳实施例；
图2是一流程图，说明该较佳实施例；
图3是一影像分析示意图，说明多个灯源的坐标及旋转角；及
图4是一流程图，说明该较佳实施例的步骤S3。
其中，附图标记说明如下：
1 灯源模块
11 框架
12 悬臂
2 取像模块
3 计算模块
31 处理单元
32 存储单元
4 显示器
9 物体
O、X、Y、Z 灯源
L1 第一边
L2 第二边
L3 第三边
S1～S4 步骤
S31～S35 步骤
具体实施方式
在本发明被详细描述的前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图1与图2，本发明自由空间定位方法的第一较佳实施例，适用于估算一物体9在空间的姿态角及坐标，由一自由空间定位系统执行，该系统包含一灯源模块1、一设于该物体9上的取像模块2、一与该取像模块2信息连接的计算模块3，该计算模块3包括相连接的一处理单元31与一存储单元32。
该灯源模块1包括界定出一平面的一灯源O、一灯源X，及一灯源Y，以及位于该平面的一侧的一灯源Z。在本实施例中，该灯源模块1还包括一连接所述多个灯源O、X、Y的方型的框架11，以及一连接该框架11与灯源Z的悬臂12，使得灯源O与另三灯源X、Y、Z所形成的三条连线彼此于空间中均相互垂直。但不以此为限，只要灯源O、X、Y不共线以形成该平面，且灯源Z不与灯源O、X、Y所在的该平面共面即可。通过前述配置灯源O、X、Y、Z的方式，在取像视野能够涵盖灯源O、X、Y、Z（不论是否部分灯源被遮蔽）的情况下，在空间中任何位置，以任意姿态取像，只要位置或姿态有任一者不相同，所得的影像便不会相同，而具有唯一性。前述姿态部分可以姿态角表示，容后说明。
该物体9例如是一手持遥控器，用于控制电脑或电视以执行游戏及各式功能，并通过显示于一显示器4上来与使用者互动，在本实施例中，该灯源模块1挂置于该显示器4上，但不以此为限，也可以其他方式装设或是嵌入于该显示器4；灯源O设于显示器4的左上角，而灯源X、灯源Y分别设于显示器4的右上角和左下角，但不以此为限，灯源O也可以设于显示器4任一角或是任何邻近显示器4的位置；所述多个灯源O、X、Y、Z为彼此颜色互不相同的LED灯，例如为红、蓝、绿、黄，但不以此为限，只要所发出的光线的波长不同即可。
该存储单元32存储有多笔灯源方位信息，以及每一笔灯源方位信息所对应的一预存姿态角及一预存坐标。此部分容后说明。该计算装置是用以处理取像模块2的信息而控制前述电脑或电视。
该方法包含以下步骤：
步骤S1─取像模块2对灯源模块1取像，产生一待判影像，并传送至该计算模块3的该处理单元31。
该取像模块2例如是一个具有一个镜头及CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互补式金属氧化物半导体)感光元件的彩色摄影机，能够取得不同颜色的所述多个灯源O、X、Y、Z的影像。
所述多个灯源O、X、Y、Z的光线理想上是朝向四面八方发出，以便能被该取像模块2在各个方位上取像，但受限于LED技术关系，若是每一灯源仅使用一颗LED，则大致上是以朝向显示器4前方为主，但不以此为限，也可以是每一灯源使用不只一颗LED，或是使用广角的LED灯或其他型态的光源，朝各个方向发出光线。
步骤S2─该处理单元31通过颜色的不同分析出该待判影像中该灯源O、该灯源X、该灯源Y及该灯源Z的位置，得到各该灯源O、X、Y、Z在该待判影像中的坐标。举例来说，定义该待判影像的影像左上角的像素的坐标为(0,0)，若该灯源O的坐标为(100,200)，表示该处理单元31计算出该灯源O的中心像素需由影像左上角的像素右移100个像素，且下移200个像素才会到达。
步骤S3─该处理单元31将该待判影像中各灯源的坐标与该存储单元32中的各笔灯源方位信息进行比对，筛选出符合一比对条件的一或多笔灯源方位信息。
以下说明预存姿态角、预存坐标，及灯源方位信息。
预存姿态角代表物体9在空间中的姿态，举例而言，在本实施例中使用泰特-布莱恩角(Tait-Bryan angles)，即会包括偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)和滚动角(roll)三个分量。
预存坐标代表物体9在空间中的位置，举例而言，在本实施例中以灯源O为原点，由灯源O朝灯源X、Y、Z延伸成为X轴、Y轴、Z轴的坐标系内，在灯源O正前方100公分处的坐标即为(0,0,100)。
假设我们量测出该物体9的姿态角及坐标，只要该物体9本身是不会形变的，即确定了该物体9在空间中的全部状态，比如说，该物体9的几何中心位于该坐标，该物体9轴向延伸的方向可由偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)表示，该物体9自身绕其轴向旋转的状态则由滚动角(roll)表示。
该灯源方位信息是相关于各灯源在一预提取影像上的位置，所谓预提取影像，指的建立灯源方位信息时，使该物体9处于该预存姿态角及该预存坐标后，使设于该物体9上的该取像模块2对该灯源模块1取像而产生该预提取影像。分析该预提取影像可得该灯源方位信息。
在本实施例中，该灯源方位信息包括该预提取影像上各灯源的间的相对关系，详细而言，定义该灯源O与该灯源X的连线线段为第一边L1、该灯源O与该灯源Y的连线线段为第二边L2，该灯源O与该灯源Z的连线线段为第三边L3，该灯源方位信息包括该预提取影像中该第一边的长度该第二边的长度该第三边的长度该第一边与该第二边的夹角该第二边与该第三边的夹角及该第一边与该第三边的夹角该灯源O在该预提取影像上的坐标以及该第一边的旋转角RP。
参阅图3，其中，该第一边的旋转角，可以理解为一射线(图未示)由6点钟方向以该灯源O为圆心，顺时针旋转至叠合于该第一边的旋转角。定义当且为在该预提取影像中该第一边的旋转角等于零的情形，随着物体9逆时针旋转，该第一边顺时针旋转的角度即为该旋转角，其中，该灯源O的坐标为该灯源X的坐标为此外，影像左上角的坐标为(0,0)，影像右上角的坐标为(w,0)，影像左下角的坐标为(0,h)。
补充说明的是，长度的计算方式举例来说可利用毕氏定理计算，假如则在存储单元32中，即存储为夹角的计算方式举例来说可利用余弦定理计算，余弦定理指的是假设三角形的三边长分别为a、b、c，则a2+b2-2ab·cosθ=c2，其中θ为边长为a及b的两边的夹角。假如该第一边的长度该第二边的长度并计算与YP相距c，即可利用余弦定理计算该第一边与该第二边的夹角
参阅图4，本步骤包括该处理单元31执行的以下步骤S31至S35：
步骤S31─计算一相关于各该灯源在该待判影像中的坐标的待判信息，包括该待判影像中该第一边的长度第二边的长度第三边的长度第一边与第二边的第一夹角第二边与第三边的第二夹角第一边与第三边的第三夹角及第一边的旋转角RQ，其中该旋转角的定义与前述在处理预提取影像时相类似。以下进入步骤S32至S34，需说明的是，各步骤的顺序不以下述为限。
步骤S32─本步骤可以是对每一笔灯源方位信息所存储的旋转角RP计算旋转角绝对差值|RQ-RP|，然后筛选出小于一旋转角阈值者所对应的灯源方位信息；也可以是将旋转角分组，举例而言分成8组，即0°组、45°组、90°组、135°组、180°组、225°组、270°组、315°组，判断该待判影像中的旋转角RQ属于其中何组后，属于该组的灯源方位信息即被筛选出。
步骤S33─与该存储单元32存储的每一笔灯源方位信息比对，计算一综合差异值f，
，然后筛选出该综合差异值小于等于一阈值所对应的灯源方位信息。本步骤的用意在于找出长度与角度方面综合来说较接近该待判影像的状态的灯源方位信息。
步骤S34─计算距离其中距离dO为该灯源O在该待判影像中的位置与在该预提取影像中的位置的距离。然后筛选出距离dO小于等于一预设距离所对应的灯源方位信息。
步骤S35─筛选出同时被步骤S32至S34筛选出的灯源方位信息，此即为最终筛选结果。补充说明的是，为减少运算量，也可以依序执行步骤S32至S34，较后执行的步骤只需在已被筛选出的灯源方位信息中执行计算及筛选，如此则本步骤可省略。
以下综合说明步骤S32至S34对于识别物体9在空间中的姿态角与坐标的意义。
步骤S32是比对影像所旋转的角度，来识别物体9的滚动角(roll)。以影像中的一处为基准，计算出旋转了多少角度，即可得滚动角(roll)。
步骤S33是识别三维空间中长度与角度的变化，筛选出与待判信息最相似的若干笔灯源方位信息，若要找最相似的灯源方位信息，则意味着要找的是长度差异值是最小且角度差异值也是最小者，故须以综合的方式做比较。
步骤S34的用意是利用灯源O在影像中的位置来判断识别物的偏航角(yaw)与俯仰角(pitch)；在相同的位置与滚动角(roll)下，原点的位置会随着偏航角(yaw)与俯仰角(pitch)的不同而有所改变，通过此方法来找出所对应的角度。
还需说明的是，筛选方式不以上述通过阈值的方式为限，举例来说，也可以根据步骤S32至S34中计算的旋转角绝对差值、综合差异值f及距离dO进行排名，筛选出前3名做为筛选结果，至于排名的方式繁多，例如是以加权总和计算一加权总分进行计算，在此不再赘述。
步骤S4─该处理单元31根据筛选出的灯源方位信息所对应的预存姿态角及预存坐标，估算该物体9的估算姿态角及估算坐标。就姿态角方面，估算姿态角 其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存姿态角Ak为就坐标方面，估算坐标 其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存物体9坐标ck为
本发明自由空间定位方法的第二较佳实施例，与第一实施例大致相同，其差异在于，步骤S3中不以长度、夹角、旋转角等进行筛选，而是以所述多个灯源O、X、Y、Z的坐标直接进行筛选，也就是该待判信息不包含长度、夹角、旋转，而是包含该待判影像上所述多个灯源O、X、Y、Z的坐标。因此，在存储单元32中存储的灯源方位信息，亦不包含长度、夹角、旋转角，而是包含该物体9处于该预存姿态角及该预存坐标后，该预提取影像上所述多个灯源O、X、Y、Z的坐标。
详细而言，该灯源方位信息包括在该预提取影像中该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标及该灯源Z的坐标步骤S2分析得到在该待判影像中该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标该灯源Z的坐标本实施例的步骤S3比对及筛选的方式为：计算一综合差异值f，其中，其中， 换言之，即是先分别计算各灯源O、X、Y、Z在该预提取影像中与在该待判影像中的距离，再综合计算其差异。
如此，所筛选出的灯源方位信息，其灯源O、X、Y、Z的坐标oP,xP,YP,ZP会与该待判影像所得的坐标oQ、xQ、yQ、zQ十分接近，而藉此所估算的估算姿态角及估算坐标，也会与该物体9的真实情况十分接近。
综上所述，通过取像模块2对该灯源模块1取像，分析得到相关于所述多个灯源O、X、Y、Z的坐标的待判信息后，筛选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息，藉此估算该物体9的该估算姿态角及该估算坐标，故确实能达成本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (13)

1.一种自由空间定位方法，适用于估算一物体在空间的姿态角，由一自由空间定位系统执行，该系统包含一灯源模块、一设于该物体上的取像模块，及一与该取像模块信息连接的计算模块，该计算模块包括相连接的一处理单元与一存储单元，该灯源模块包括界定出一平面的一灯源O、一灯源X，及一灯源Y，以及位于该平面的一侧的一灯源Z，该存储单元存储有多笔灯源方位信息及每一笔灯源方位信息所对应的一预存姿态角，该方法包含以下步骤：
(A)该取像模块对该灯源模块取像，产生一待判影像，并传送至该计算模块的该处理单元；
(B)该处理单元分析该待判影像中该灯源O、该灯源X、该灯源Y及该灯源Z的坐标，得到一相关于各该灯源在该待判影像中的坐标的待判信息；
(C)该处理单元将该待判信息与该存储单元中的各笔灯源方位信息进行比对，筛选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息；及
(D)该处理单元根据筛选出的灯源方位信息所对应的预存姿态角估算该物体的一估算姿态角。
2.如权利要求1所述自由空间定位方法，其中，步骤(C)中对每一笔灯源方位信息计算得到一个相关于该待判信息与该一笔灯源方位信息间的差异的综合差异值，并筛选出该综合差异值小于等于一阈值所对应的灯源方位信息。
3.如权利要求2所述自由空间定位方法，其中，该灯源方位信息是相关于各灯源在一预提取影像上的位置，当该物体处于该预存姿态角且设于该物体上的该取像模块对该灯源模块取像而产生该预提取影像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。
4.如权利要求3所述自由空间定位方法，其中，该物体处于一预存坐标及该预存姿态角且设于该物体上的该取像模块对该灯源模块取像而产生该预提取影像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。
5.如权利要求3所述自由空间定位方法，其中，定义该灯源O与该灯源X的连线线段为第 一边L1、该灯源O与该灯源Y的连线线段为第二边L2，该灯源O与该灯源Z的连线线段为第三边 L3，步骤(B)计算得到的该待判信息包括该待判影像中该第一边的长度第二边的长度第三边的长度第一边与第二边的第一夹角第二边与第三边的第二夹角及 第一边与第三边的第三夹角该灯源方位信息包括该预提取影像中该第一边的长度 该第二边的长度该第三边的长度该第一边与该第二边的夹角该第二边与该第 三边的夹角及该第一边与该第三边的夹角步骤(C)计算该综合差异值 <mrow> <mi>f</mi> <mo>=</mo> </mrow> <mrow> <msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>L</mi> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>L</mi> <mn>1</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>L</mi> <mn>2</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>L</mi> <mn>0</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>L</mi> <mn>3</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>L</mi> <mn>3</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>1</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>2</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>2</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>3</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>3</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </msqrt> <mo>.</mo> </mrow>
6.如权利要求3所述自由空间定位方法，其中，各该灯源方位信息还包括该灯源O在该预提取影像的坐标该待判信息包括该灯源O在该待判影像中的坐标步骤(C)该处理单元还计算距离其中距离dO为该灯源O在该待判影像中的位置与在该预提取影像中的位置的距离，并筛选出该距离dO小于等于一预设距离所对应的灯源方位信息。
7.如权利要求3所述自由空间定位方法，其中，该灯源方位信息包括在该预提取影像中 该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标及 该灯源Z的坐标该待判信息包括在该待判影像中该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标该灯源Z的坐标该综合差异值f为 <mrow> <mi>f</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>dO</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>dX</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>dY</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>dZ</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </msqrt> <mo>,</mo> </mrow>
其中， <mrow> <mi>dO</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>O</mi> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>O</mi> <mn>1</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>O</mi> <mn>2</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>O</mi> <mn>2</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </msqrt> <mo>,</mo> <mi>dX</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>X</mi> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>X</mi> <mn>1</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>X</mi> <mn>2</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>X</mi> <mn>2</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </msqrt> <mo>,</mo> </mrow> <mrow> <mi>dY</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>Y</mi> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>Y</mi> <mn>1</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>Y</mi> <mn>2</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>Y</mi> <mn>2</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </msqrt> <mo>,</mo> <mi>dZ</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>Z</mi> <mn>1</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>Z</mi> <mn>1</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>Z</mi> <mn>2</mn> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>Z</mi> <mn>2</mn> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </msqrt> <mo>.</mo> </mrow>
8.如权利要求1所述自由空间定位方法，其中，步骤(D)将筛选出的灯源方位信息对应的预存姿态角进行平均，得到估算的该物体的一估算姿态角AEo
9.如权利要求8所述自由空间定位方法，其中， <mrow> <msup> <mi>A</mi> <mi>E</mi> </msup> <mo>=</mo> </mrow> <mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>1</mn> <mn>1</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>1</mn> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </msubsup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>2</mn> <mn>1</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>2</mn> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>2</mn> <mi>N</mi> </msubsup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>3</mn> <mn>1</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>3</mn> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>A</mi> <mn>3</mn> <mi>N</mi> </msubsup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow> 其中， N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存姿态角Ak为
10.如权利要求1所述自由空间定位方法，其中，该灯源模块的各该灯源发出的光线的波长彼此相异，步骤(B)中该处理单元是根据该待判影像的像素值识别各该灯源。
11.如权利要求1所述自由空间定位方法，还适用于估算该物体在空间的坐标，其中，每笔灯源方位信息还对应一预存坐标，步骤(D)还将筛选出的灯源方位信息所对应的预存坐标进行平均，得到估算的该物体的一估算坐标CEo
12.如权利要求11所述自由空间定位方法，其中， <mrow> <msup> <mi>C</mi> <mi>E</mi> </msup> <mo>=</mo> </mrow> <mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>1</mn> <mn>1</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>1</mn> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>1</mn> <mi>N</mi> </msubsup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>2</mn> <mn>1</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo></mo> <msubsup> <mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>C</mi> </mrow> <mn>2</mn> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>2</mn> <mi>N</mi> </msubsup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>3</mn> <mn>1</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>3</mn> <mi>k</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mn>3</mn> <mi>N</mi> </msubsup> </mrow> <mi>N</mi> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow> 其中， N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存物体坐标为
13.一种自由空间定位系统，执行如权利要求1至12中任一权利要求所述自由空间定位方法。
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