CN105509734A - 基于可见光的室内定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于可见光的室内定位方法及系统，该系统包括移动终端和至少一个LED光源端；所述LED光源端用以：将光源身份识别信息编码；向外发射编码后的载有光源身份识别信息的光信号；所述移动终端用以：处于非光源盲区时：通过图像采集装置采集LED光源发出的载有光源身份识别信息的光信号，得到光源图像；自所述光源图像中获得所述光源身份识别信息；通过比对本地存储的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，确定当前位置；位置发生变化，且当前无LED光源时，根据之前已获得的位置信息以及自那之后运动检测模块记录的运动信息，计算得到当前的位置。

Description

基于可见光的室内定位方法及系统

技术领域

本发明涉及室内定位领域，尤其涉及一种基于可见光的室内定位方法及系统。

背景技术

得益于互联网技术的快速发展，基于定位与导航的应用技术日益受到用户和企业的关注，但受限与室内特殊的环境条件，在室外定位领域得到成熟使用的GPS定位、基站定位技术难以在室内达到满意的效果。

除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波。但在领域中，还未出现将可见光与室内定位结合在一起的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何将可见光与室内定位结合在一起。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种基于可见光的室内定位方法，包括如下步骤：

S0：提供移动终端；

处于非光源盲区时：

S1：所述移动终端通过图像采集装置采集LED光源发出的载有光源身份识别信息的光信号，得到光源图像；

S2：所述移动终端自所述光源图像中获得所述光源身份识别信息；

S3：所述移动终端通过比对本地存储的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，确定当前位置；

位置发生变化，且当前处于光源盲区时，进入步骤S4：

S4：所述移动终端根据之前通过步骤S3已获得的位置信息以及自那之后运动检测模块记录的运动信息，计算得到当前的位置。

可选的，所述步骤S2进一步包括：先自所述光源图像中得到光源信息，再对所述光源信息进行解码，获得所述光源身份识别信息。

可选的，自所述光源图像中得到光源信息的过程进一步为：所述移动终端先对所述光源图像进行FFT变换，然后得到整幅画面代表的一位光源信息，进行解码，最后获得所述光源身份识别信息。

可选的，自所述光源图像中得到光源信息的过程进一步为：所述移动终端先将所述光源图像的每列或每行像素的强度值作为一段光源信息，解码后，最终获得所述光源身份识别信息。

本发明还提供了一种基于可见光的室内定位系统，包括移动终端和至少一个LED光源端；

所述LED光源端用以：

将光源身份识别信息编码；

向外发射编码后的载有光源身份识别信息的光信号；

所述移动终端用以：

处于非光源盲区时：

通过图像采集装置采集LED光源发出的载有光源身份识别信息的光信号，得到光源图像；

自所述光源图像中获得所述光源身份识别信息；

通过比对本地存储的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，确定当前位置；

位置发生变化，且当前无LED光源时，

根据之前已获得的位置信息以及自那之后运动检测模块记录的运动信息，计算得到当前的位置。

可选的，所述移动终端进一步用以：

先自所述光源图像中得到光源信息，再对所述光源信息进行解码，获得所述光源身份识别信息。

可选的，所述移动终端再进一步用以：

先对所述光源图像进行FFT变换，然后得到整幅画面代表的一位光源信息，进行解码，最后获得所述光源身份识别信息。

可选的，所述LED光源端包括LED光源、调制模块和控制模块；

所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，传至所述调制模块；

所述调制模块用以对编码信号进行调制后添加到所述LED光源。

可选的，所述移动终端再进一步用以：

先将所述光源图像的每列或每行像素的强度值作为一段光源信息，解码后，最终获得所述光源身份识别信息。

可选的，对编码信号进行调制时，所述调制模块进一步用以针对不同的信息位采用不同频率的信号进行调制。

可选的，所述LED光源端包括LED光源和控制模块；

所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，然后将所述编码信号施加到所述LED光源。

可选的，所述LED光源端进一步用以将一个光源身份识别信息编码后分时分段发送出去；

所述移动终端进一步用以在解码后将分段的数据整合后获得所述光源身份识别信息。

本发明将光源身份识别信息通过可见光发送出去，利用移动终端的图像采集装置对光源进行实时采样，进而通过对采集的数据进行解码，获得光源身份识别信息，通过查询本地记录的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，可以最终确定移动终端所在的位置，进一步地，在此基础上，结合MEMS、陀螺仪以及磁传感器等运动检测模块记录的运动信息，即使在非光源盲区，也能获得移动终端所在的位置。

附图说明

图1是本发明一实施例中基于可见光的室内定位方法及系统中LED光源端的处理过程示意图；

图2是本发明一实施例中基于可见光的室内定位方法及系统中移动终端的处理过程示意图；

图3是本发明一实施例中所采集画面的示意图；

图4是本发明一实施例中对图3图像进行FFT变换的频谱示意图；

图5是本发明一实施例中频率调制方式中通信协议的示意图；

图6是本发明一实施例中采用频率调制方式中对位信息的调制方式示意图；

图7是本发明一实施例中频率调制方式中移动终端对采集数据处理的流程；

图8是本发明一实施例中频率调制方式中通信协议的示意图；

图9是本发明一实施例中移动终端采集的原始数据的示意图

图10是本发明图9示意实施例中所采集的原始信号波形经过量化处理后的数字信号示意图；

图11是本发明图9示意实施例中分段数据整合方式的示意图；

图12是本发明可选实施例中光源布局方式的示意图。

具体实施方式

以下将结合图1至图12对本发明提供的基于可见光的室内定位方法及系统进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内对其进行修改和润色。

请参考图1，本发明提供了一种基于可见光的室内定位方法，包括如下步骤：

S0：提供移动终端；

处于非光源盲区时：

S1：所述移动终端通过图像采集装置采集LED光源发出的载有光源身份识别信息的光信号，得到光源图像；

所述的图像采集装置可选为相机或摄像头，其实施例均需要设置摄像头曝光时间，曝光时间小于LED经调制电路驱动后保持亮状态的最短时间，ISO设置为100－1000范围内。本发明一可选的实施例中，摄像头列举为移动终端卷帘快门摄像头。其采集的图像可以示意为图3所示意的图像。

与之对应的，在LED光源端，其实施了以下步骤：

将光源身份识别信息编码；

向外发射编码后的载有光源身份识别信息的光信号；

S2：所述移动终端自所述光源图像中获得所述光源身份识别信息；

所述步骤S2进一步包括：先自所述光源图像中得到光源信息，再对所述光源信息进行解码，获得所述光源身份识别信息。

在本发明一可选的实施例中，自所述光源图像中得到光源信息的过程进一步为：所述移动终端先对所述光源图像进行FFT变换，然后得到整幅画面代表的一位光源信息，进行解码，最后获得所述光源身份识别信息。FFT变换可确定当前画面所代表的光源信息位。图4是本发明一可选实施例中对一帧画面进行FFT变换的结果，低频区域为背景光，高频最强频率成份是载波频率。

在此情况下，所述LED光源端包括LED光源、调制模块和控制模块；所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，传至所述调制模块；所述调制模块用以对编码信号进行调制后添加到所述LED光源。对编码信号进行调制时，所述调制模块进一步用以针对不同的信息位采用不同频率的信号进行调制。

请参考图5，LED光源位置信息编码方式如其所示，每包数据由1位帧头、数据位、校验位组成。其中帧头以f1频率调制、0以f2频率调制、1以f3频率调制。进一步来说，请参考图6，帧头、0、1的调制频率范围为1k～30k，且≤fs/3，其中fs为移动终端摄像头采样频率；调制频率间隔不小于100Hz。

在图6示意的实施例中，每位数据以调制频率f0/f1/f2连续发送Δt时长，为达到同步采样，移动终端的摄像头帧频应设置位1/Δt。

本发明可选的方案中，LED光源发送的调制信号为方波，但在本发明其他可选方案中，LED光源发送的信号不限于方波信号，采用正弦波等其它周期性信号也可实现。同样的，LED光源端可采用曼彻斯特但不局限曼彻斯特编码方式光源身份识别信息进行编码，编码后数据再按照图5所示加上帧头与校验位后通过频率调制方式发送出去。

在本发明另一可选的实施例中，自所述光源图像中得到光源信息的过程进一步为：所述移动终端先将所述光源图像的每列或每行像素的强度值作为一段光源信息，解码后，最终获得所述光源身份识别信息。

在此情况下，所述LED光源端包括LED光源和控制模块；所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，然后将所述编码信号施加到所述LED光源。

在本发明可选的实施例中，所述LED光源端进一步用以将一个光源身份识别信息编码后分时分段发送出去；所述移动终端进一步用以在解码后将分段的数据整合后获得所述光源身份识别信息。

进一步举例来说，光源身份识别信息通过曼彻斯特编码编码，分成若干断分时分段发送出去。当然，与前文所述实施例一样，光源信息采用的编码方式不局限于曼彻斯特编码方式。每段发送的信息采用图8所示通信协议进行发送。每个分段数据由同步段、分段号、分段数据和校验位组成。同步段用于移动终端接收的同步，分段号代表分段数据在整包数据中的位置。其可选实施例中，移动终端采集的原始数据如图9所示。

请参考图10和图11，移动终端采集的原始数据通过处理、量化后得到数字量信号。对数字量信号按照曼彻斯特编码规则进行解码，获得光源身份识别信息原始数据。，如图11所示，移动终端接收到全部分段数据后，按照分段号进行组合构成光源身份识别信息的完整数据。

S3：所述移动终端通过比对本地存储的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，确定当前位置；

可见，上文的位置信息，与光源的布置息息相关，在本发明图12示意的实施例中，其示意了一种布局方式，使用智能手机接收光源信息实现定位。

位置发生变化，且当前处于光源盲区时，进入步骤S4：

S4：所述移动终端根据之前通过步骤S3已获得的位置信息以及自那之后运动检测模块记录的运动信息，计算得到当前的位置。可见，在无法拍摄到光源的情况下，本发明可以采用惯性制导进行辅助定位。运动检测模块可以包括MEMS、陀螺仪、磁传感器等至少之一，进一步具体来说，运动检测模块可以包含由MEMS、陀螺仪、磁传感器等传感器组成的能实现移动方向、移动距离检测的任意组合。举例来说，可以由移动终端的MEMS获取移动距离，由移动终端的磁传感器或陀螺仪获取移动方向。

与之相对应的，本发明还提供了一种基于可见光的室内定位系统，包括移动终端和至少一个LED光源端；

所述LED光源端用以：

将光源身份识别信息编码；

向外发射编码后的载有光源身份识别信息的光信号；

所述移动终端用以：

处于非光源盲区时：

通过图像采集装置采集LED光源发出的载有光源身份识别信息的光信号，得到光源图像；

自所述光源图像中获得所述光源身份识别信息；

通过比对本地存储的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，确定当前位置；

位置发生变化，且当前无LED光源时，

根据之前已获得的位置信息以及自那之后运动检测模块记录的运动信息，计算得到当前的位置。

可选的方案中，所述移动终端进一步用以：

先自所述光源图像中得到光源信息，再对所述光源信息进行解码，获得所述光源身份识别信息。

可选的方案中，所述移动终端再进一步用以：

先对所述光源图像进行FFT变换，然后得到整幅画面代表的一位光源信息，进行解码，最后获得所述光源身份识别信息。

可选的方案中，所述LED光源端包括LED光源、调制模块和控制模块；

所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，传至所述调制模块；

所述调制模块用以对编码信号进行调制后添加到所述LED光源。

可选的方案中，所述移动终端再进一步用以：

先将所述光源图像的每列或每行像素的强度值作为一段光源信息，解码后，最终获得所述光源身份识别信息。

可选的方案中，对编码信号进行调制时，所述调制模块进一步用以针对不同的信息位采用不同频率的信号进行调制。

可选的方案中，所述LED光源端包括LED光源和控制模块；

所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，然后将所述编码信号施加到所述LED光源。

可选的方案中，所述LED光源端进一步用以将一个光源身份识别信息编码后分时分段发送出去；

所述移动终端进一步用以在解码后将分段的数据整合后获得所述光源身份识别信息。

综上所述，本发明将光源身份识别信息通过可见光发送出去，利用移动终端的图像采集装置对光源进行实时采样，进而通过对采集的数据进行解码，获得光源身份识别信息，通过查询本地记录的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，可以最终确定移动终端所在的位置，进一步地，在此基础上，结合MEMS、陀螺仪以及磁传感器等运动检测模块记录的运动信息，即使在非光源盲区，也能获得移动终端所在的位置。

Claims (12)

1.一种基于可见光的室内定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

S0：提供移动终端；

处于非光源盲区时：

S1：所述移动终端通过图像采集装置采集LED光源发出的载有光源身份识别信息的光信号，得到光源图像；

S2：所述移动终端自所述光源图像中获得所述光源身份识别信息；

S3：所述移动终端通过比对本地存储的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，确定当前位置；

位置发生变化，且当前处于光源盲区时，进入步骤S4：

S4：所述移动终端根据之前通过步骤S3已获得的位置信息以及自那之后运动检测模块记录的运动信息，计算得到当前的位置。

2.如权利要求1所述的基于可见光的室内定位方法，其特征在于：所述步骤S2进一步包括：先自所述光源图像中得到光源信息，再对所述光源信息进行解码，获得所述光源身份识别信息。

3.如权利要求2所述的基于可见光的室内定位方法，其特征在于：自所述光源图像中得到光源信息的过程进一步为：所述移动终端先对所述光源图像进行FFT变换，然后得到整幅画面代表的一位光源信息，进行解码，最后获得所述光源身份识别信息。

4.如权利要求2所述的基于可见光的室内定位方法，其特征在于：自所述光源图像中得到光源信息的过程进一步为：所述移动终端先将所述光源图像的每列或每行像素的强度值作为一段光源信息，解码后，最终获得所述光源身份识别信息。

5.一种基于可见光的室内定位系统，其特征在于：包括移动终端和至少一个LED光源端；

所述LED光源端用以：

将光源身份识别信息编码；

向外发射编码后的载有光源身份识别信息的光信号；

所述移动终端用以：

处于非光源盲区时：

通过图像采集装置采集LED光源发出的载有光源身份识别信息的光信号，得到光源图像；

自所述光源图像中获得所述光源身份识别信息；

通过比对本地存储的光源身份识别信息与地图上位图点的对应关系，确定当前位置；

位置发生变化，且当前无LED光源时，

根据之前已获得的位置信息以及自那之后运动检测模块记录的运动信息，计算得到当前的位置。

6.如权利要求5所述的基于可见光的室内定位系统，其特征在于：所述移动终端进一步用以：

先自所述光源图像中得到光源信息，再对所述光源信息进行解码，获得所述光源身份识别信息。

7.如权利要求6所述的基于可见光的室内定位系统，其特征在于：所述移动终端再进一步用以：

先对所述光源图像进行FFT变换，然后得到整幅画面代表的一位光源信息，进行解码，最后获得所述光源身份识别信息。

8.如权利要求7所述的基于可见光的室内定位系统，其特征在于：所述LED光源端包括LED光源、调制模块和控制模块；

所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，传至所述调制模块；

所述调制模块用以对编码信号进行调制后添加到所述LED光源。

9.如权利要求8所述的基于可见光的室内定位系统，其特征在于：对编码信号进行调制时，所述调制模块进一步用以针对不同的信息位采用不同频率的信号进行调制。

10.如权利要求6所述的基于可见光的室内定位系统，其特征在于：所述移动终端再进一步用以：

先将所述光源图像的每列或每行像素的强度值作为一段光源信息，解码后，最终获得所述光源身份识别信息。

11.如权利要求10所述的基于可见光的室内定位系统，其特征在于：所述LED光源端包括LED光源和控制模块；

所述控制模块用以将光源身份识别信息编码后得到编码信号，然后将所述编码信号施加到所述LED光源。

12.如权利要求5所述的基于可见光的室内定位系统，其特征在于：所述LED光源端进一步用以将一个光源身份识别信息编码后分时分段发送出去；

所述移动终端进一步用以在解码后将分段的数据整合后获得所述光源身份识别信息。