CN105467356B - 一种高精度的单led光源室内定位装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度的单LED光源定位装置、系统及方法，其中所述方法包括：图像传感器连续获取两帧单LED光源图像，并利用运动传感器记录成像设备的运动信息；对单LED光源图像解码提取LED光源的标识信息得到粗粒度的定位信息；对连续两帧LED光源图像进行差分得到叠加的LED光源图像，图像上将存在同一个LED光源在两个不同位置上的成像；根据LED光源在叠加图像上的成像位置，结合运动信息和粗粒度的定位信息，按照几何关系计算得到当前的精确位置。通过本发明解决了现有LED定位技术依赖多个光源或者多个图像传感器才能实现精确定位的问题，提高了单个LED光源情况下的定位精确度，提高了光源布局设计的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及光通信和室内定位领域，具体涉及一种高精度的单LED光源室内定位装置、系统及方法。
背景技术
近年来，随着LED在照明、通信和传感技术等各个领域的广泛应用，可见光通信(Visible Light Communication，VLC)具有同时用于照明和通信的优势，被认为是极具发展潜力和应用前景的技术。
基于VLC的定位技术使用LED作光源，可在使用LED照明的地方提供室内定位服务。与现有的定位技术相比具有许多优点，包括不受电磁干扰、不产生射频辐射干扰、定位精度高等。
现有基于VLC的成像定位技术还局限于LED光源编址标识的定位方式，需要多处LED光源或者多个图像传感器实现交叉成像才能计算得到较高的准确度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高精度的单LED光源室内定位装置、系统及方法，以实现室内的精确定位，解决现有定位技术在复杂场景中存在的缺陷。
根据公开的实施例，本发明第一方面提出了一种高精度的单LED光源室内定位装置，包括：
图像传感器，用于拍摄单LED光源，获取室内光源的成像图像；
运动传感器，用于记录所述图像传感器的运动位置信息；
处理器，用于解码所述室内光源的成像图像，并根据解码信息和图像传感器的运动位置信息确定当前位置；
存储器，用于存储室内地图和地图数据库；
所述图像传感器、运动传感器以及存储器分别与所述处理器相连；
所述室内定位装置的工作过程为：所述图像传感器连续拍摄两帧单LED光源图像，同时所述运动传感器检测所述室内定位装置的位移；将所拍摄图像传送给所述处理器进行解析得到光源身份识别信息，然后将光源身份识别信息与所述地图数据库比对并得出光源位置信息，结合光源位置信息和运动位置信息解析得到所述室内定位装置的当前位置。
进一步地，还包括：
显示器，与所述处理器相连接，用于显示室内地图及所述室内定位装置的当前位置。
进一步地，还包括：
通信模块，与处理器相连接，用于连接室内定位装置与远程服务器。
进一步地，所述地图数据库中存储有解码信息与光源位置信息之间的对应关系。
根据公开的实施例，本发明第二方面提出了一种高精度的单LED光源室内定位系统，包括：
室内LED光源，用于发出携带光源身份信息的可见光；
以及上述权利要求1至4任一所述室内定位装置，用于拍摄所述室内LED光源，对光源图像解码获取光源身份信息，并结合运动位置信息解析计算得到当前位置。
进一步地，所述室内LED光源包括：控制器和LED灯，其中所述控制器用于调制并驱动LED灯发出携带光源身份信息的可见光。
根据公开的实施例，本发明第三方面提出了一种高精度的单LED光源室内定位方法，包括下列步骤：
S1、图像传感器对单LED光源室内光源拍摄得到第一帧图像；
S2、所述图像传感器水平移动一定距离，对同一LED光源拍摄得到第二帧图像；
S3、运动传感器获取室内定位装置的运动距离S1，其中，所述室内定位装置包括：图像传感器、运动传感器、处理器和存储器；
S4、处理器解码单LED光源图像，获取光源身份识别信息，查找地图数据库获取所述光源身份识别信息对应的位置，得到该光源的粗粒度的定位信息，即室内位置坐标(X0,Y0)；
S5、所述处理器将所述第一帧图像和所述第二帧图像进行差分得到叠加的LED光源图像，所述LED光源图像上将存在同一个LED光源在两个不同位置上的成像；
S6、所述处理器解析得到单LED光源在两个不同位置的中心坐标(X1,Y1)和(X2,Y2)，并计算两个位置的中心距离S2；
S7、根据单LED光源在叠加图像上的成像位置，结合成像设备运动信息和粗粒度的定位信息，依据几何关系公式计算得到室内定位装置当前的精确位置(X,Y)。
进一步地，所述几何关系公式：
其中，(Xmid，Ymid)为图像中心点坐标，(X*,Y*)可取(X1,Y1)或(X2,Y2)。
进一步地，所述步骤S3运动传感器获取所述室内定位装置的运动距离S1之后，还包括：
S31、处理器判断出室内定位装置的运动距离S1是否超过指定阀值，若超过，执行步骤S4；若未超过，重复步骤S2及S3。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明解决了现有LED定位技术依赖多个光源或者多个图像传感器才能实现精确定位的问题，提高了单个LED光源情况下的定位精确度，提高了光源布局设计的灵活性。
(2)本发明基于VLC成像定位技术，实现了在单LED光源的情况下的高精度室内定位，与现有技术相比，具有易于实施、成本低廉、方便快捷的优点。
附图说明
图1是本实施例一中公开的一种基于单LED光源的室内定位装置的结构组成框图；
图2是本实施例二中公开的一种基于单LED光源的室内定位系统的示意图；
图3是对连续两帧LED光源图像进行差分叠加得到的图像；
图4是本实施例三中公开的一种基于单LED光源的室内定位方法的流程步骤图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本实施例公开了一种基于单LED光源的室内定位装置，其结构组成框图可以参照附图1所示，具体包括：
图像传感器，用于拍摄光源，获取室内光源的成像图像。
运动传感器，用于记录室内定位装置成像设备的运动信息。
处理器，用于解码光源图像，并根据解码信息和成像设备运动信息确定当前位置。
存储器，与处理器相连接，用于存储室内地图和地图数据库。
显示器，与处理器相连接，用于显示室内地图及当前位置。
以及通信模块，与处理器相连接，用于连接室内定位装置与远程服务器。
其中，处理器可根据解码信息与光源地址信息的对应关系确定光源的室内位置坐标。
其中，地图数据库中存储有解码信息与光源地址信息之间的对应关系。
室内定位装置的图像传感器连续拍摄两帧单LED光源图像，与此同时运动传感器检测室内定位装置的位移；将所拍摄图像传送给处理器进行解析得到光源身份识别信息，然后将光源身份识别信息与存储器中储存的地图数据比对得到光源位置信息；结合光源位置信息和室内定位装置位移信息解析得到当前位置，并将其通过显示屏显示在地图上。
实施例二
本实施例公开了一种基于单LED光源的室内定位系统，包括：
室内LED光源，用于发出携带光源身份信息的可见光；
以及室内定位装置，室内定位装置为本发明上述内容所提供的任一种室内定位装置。
其中，室内LED光源包括：控制器和LED灯。控制器用于调制并驱动LED灯发出携带光源身份信息的可见光。
其中，不同光源被指定不同的身份信息，每个光源的身份信息能唯一确定该光源的室内位置坐标。
其中，室内定位装置，用于拍摄光源，对光源图像解码获取光源身份信息，并结合传感器信息解析计算得到当前位置。
图2是本发明实施例的基于单LED光源的室内定位系统的示意图。如图2所示，本发明实施例的室内定位系统包括室内LED光源和室内定位装置，其中室内定位装置具体可以为手机、平板电脑或其它便携式终端。
室内LED光源的驱动电流或驱动电压可被调制并用于驱动光源发射光信号，光信号中携带有光源身份识别信息。
移动终端(即，室内定位装置)的图像传感器连续拍摄两帧单LED光源图像，与此同时运动传感器检测移动终端的位移；将所拍摄图像传送给处理器进行解析得到光源身份识别信息，然后将光源身份识别信息与移动终端中储存的地图数据比对得到光源位置信息；结合光源位置信息和移动终端位移信息解析得到移动终端当前位置，并将其通过显示屏显示在地图上。
实施例三
本实施例公开了一种基于单LED光源的室内定位方法，包括：
步骤1：图像传感器水平放置在光源下方，对单个LED光源拍摄第一帧图像。
步骤2：将图像传感器水平移动一定距离，对同一LED光源拍摄第二帧图像。
步骤3：运动传感器检测移动终端(图像传感器)的运动距离S1，检测所得数据交由处理器作进一步分析计算，当处理器判断出室内定位装置的运动距离过小(或未运动)而未达到要求时，处理器发出指令提示室内定位装置继续移动，重复步骤2。
其中，室内定位装置包括：图像传感器、运动传感器、处理器和存储器。
步骤4：处理器解码单LED光源图像，获取光源身份识别信息，查找地图数据库中的光源位置信息地图，获取光源的身份信息对应的位置，得到该光源的定位信息，即该光源的室内位置坐标(X0,Y0)。
步骤5：处理器对步骤1、2获得的连续两帧LED光源图像进行差分得到叠加的LED光源图像，如图3所示，图像上将存在同一个LED光源在两个不同位置上的成像；处理器解析得到LED光源在两个不同位置的中心坐标(X1,Y1)和(X2,Y2)，并计算两个位置的中心距离S2。
步骤6：根据LED光源在叠加图像上的成像位置，结合成像设备运动信息和光源的定位信息，依据几何关系计算得到当前的精确位置。
按照以下公式确定室内定位装置当前位置(X,Y)：
其中，(X0,Y0)为LED光源的室内实际位置坐标，(Xmid，Ymid)为图像中心点坐标，(X*,Y*)可取(X1,Y1)或(X2,Y2)，(X1,Y1)、(X2,Y2)为LED光源在叠加图像上两个不同位置的中心坐标，S1为移动终端水平运动距离，S2为(X1,Y1)和(X2,Y2)两点间的距离。
通过本发明方法，解决了现有LED定位技术依赖多个光源或者多个图像传感器才能实现精确定位的问题，提高了单个LED光源情况下的定位精确度，提高了光源布局设计的灵活性。
应当理解，上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，该实施的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，
综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高精度的单LED光源室内定位装置，其特征在于，包括：
图像传感器，用于拍摄单LED光源，获取室内光源的成像图像；
运动传感器，用于记录所述图像传感器的运动位置信息；
处理器，用于解码所述室内光源的成像图像，并根据解码信息和图像传感器的运动位置信息确定当前位置；
存储器，用于存储室内地图和地图数据库；
所述图像传感器、运动传感器以及存储器分别与所述处理器相连；
所述室内定位装置的工作过程为：所述图像传感器连续拍摄两帧单LED光源图像，同时所述运动传感器检测所述室内定位装置的位移；将所拍摄图像传送给所述处理器进行解析得到光源身份识别信息，然后将光源身份识别信息与所述地图数据库比对并得出光源位置信息，结合光源位置信息和运动位置信息解析得到所述室内定位装置的当前位置。
2.根据权利要求1所述的高精度的单LED光源室内定位装置，其特征在于，还包括：
显示器，与所述处理器相连接，用于显示室内地图及所述室内定位装置的当前位置。
3.根据权利要求1所述的高精度的单LED光源室内定位装置，其特征在于，还包括：
通信模块，与处理器相连接，用于连接室内定位装置与远程服务器。
4.根据权利要求1所述的高精度的单LED光源室内定位装置，其特征在于，
所述地图数据库中存储有解码信息与光源位置信息之间的对应关系。
5.一种高精度的单LED光源室内定位系统，其特征在于，包括：
室内LED光源，用于发出携带光源身份信息的可见光；
以及上述权利要求1至4任一所述室内定位装置，用于拍摄所述室内LED光源，对光源图像解码获取光源身份信息，并结合运动位置信息解析计算得到当前位置。
6.根据权利要求5所述的高精度的单LED光源室内定位系统，其特征在于，
所述室内LED光源包括：控制器和LED灯，其中所述控制器用于调制并驱动LED灯发出携带光源身份信息的可见光。
7.一种高精度的单LED光源室内定位方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1、图像传感器对单LED光源室内光源拍摄得到第一帧图像；
S2、所述图像传感器水平移动一定距离，对同一LED光源拍摄得到第二帧图像；
S3、运动传感器获取室内定位装置的运动距离S1，其中，所述室内定位装置包括：图像传感器、运动传感器、处理器和存储器；
S4、处理器解码单LED光源图像，获取光源身份识别信息，查找地图数据库获取所述光源身份识别信息对应的位置，得到该光源的粗粒度的定位信息，即室内位置坐标(X0,Y0)；
S5、所述处理器将所述第一帧图像和所述第二帧图像进行差分得到叠加的LED光源图像，所述LED光源图像上将存在同一个LED光源在两个不同位置上的成像；
S6、所述处理器解析得到单LED光源在两个不同位置的中心坐标(X1,Y1)和(X2,Y2)，并计算两个位置的中心距离S2；
S7、根据单LED光源在叠加图像上的成像位置，结合成像设备运动信息和粗粒度的定位信息，依据几何关系公式计算得到室内定位装置当前的精确位置(X,Y)。
8.根据权利要求7所述的高精度的单LED光源室内定位方法，其特征在于，所述几何关系公式：
其中，(Xmid，Ymid)为图像中心点坐标，(X*,Y*)可取(X1,Y1)或(X2,Y2)。
9.根据权利要求7所述的高精度的单LED光源室内定位方法，其特征在于，所述步骤S3运动传感器获取所述室内定位装置的运动距离S1之后，还包括：
S31、处理器判断出室内定位装置的运动距离S1是否超过指定阀值，若超过，执行步骤S4；若未超过，重复步骤S2及S3。
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