CN105953786B - 基于成像通信的室内精确定位方法的定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于成像通信的室内精确定位方法的定位系统，方法包括步骤：将LED灯的ID信息经过编码后调制到LED灯的闪烁中；使用定位终端中的摄像头拍摄LED灯形成图片；从图片中，利用成像通信技术得到LED灯的ID；利用LED灯在图片中所成像的位置，LED灯与定位终端之间高度，以及电子罗盘所得的姿态信息，得到摄像头相对LED灯的位置关系，其中，电子罗盘设置在定位终端上；在本地数据库中，查找到所得ID对应的LED灯的位置信息；根据LED灯的位置信息和摄像头相对LED灯的位置信息得到摄像头的位置信息。本发明具有如下优点：定位精度高，成本小，易铺设，不需使用光电二极管，可在智能终端上使用。
Description
技术领域
本发明涉及成像通信技术领域，具体涉及一种基于成像通信的室内精确定位方法的定位系统。
背景技术
目前，随着社会发展，室内定位的需求越来越大。但是GPS等室外定位技术在室内无法得到较好的定位结果。现有的一些室内定位技术在精度和适应性上，也无法满足大多数用户的需要。所以，可见光定位吸引了大家的注意。以往的基于可见光的定位大多应用了PD(光电二极管)，作为接收LED传输数据的接收端。但这限制了基于可见光的定位技术，在各个智能终端上的发展，因为目前并大多数智能终端都不带有PD的集成。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于成像通信的室内精确定位方法。
本发明的第二个目的在于提出一种基于成像通信的室内精确定位系统。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种基于成像通信的室内精确定位方法，包括以下步骤：S1：将LED灯的ID信息经过编码后调制到所述LED灯的闪烁中；S2：使用定位终端中的摄像头拍摄所述LED灯形成图片；S3：从所述图片中，利用成像通信技术得到所述LED灯的ID；S4：利用所述LED灯在所述图片中所成像的位置，所述LED灯与定位终端之间高度，以及电子罗盘所得的姿态信息，得到所述摄像头相对LED灯的位置关系，其中，所述电子罗盘设置在所述定位终端上；S5：在本地数据库中，查找到所得ID对应的所述LED灯的位置信息；以及S6：根据所述LED灯的位置信息和所述摄像头相对所述LED灯的位置信息得到所述摄像头的位置信息。
根据本发明实施例的基于成像通信的室内精确定位方法，通过获得LED的位置信息，并根据成像通信的方法对摄像装置的位置信息进行精确地定位；定位精度高，成本小，易铺设。
另外，根据本发明上述实施例的基于成像通信的室内精确定位方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述摄像头为具有逐行扫描的摄像头，所述LED灯的闪烁频率和所述摄像头的曝光频率相适应以保证所述摄像头对所述LED灯成像时，所述LED灯的编码信息分行显示在所述图片上。
进一步地，所述LED灯为多个。
进一步地，所述定位终端为电脑、手机或智能机器人。
进一步地，所述LED灯的编码方式为以下模式之一：“1”编码为“10”，“0”编码为“100”；或“1”编码为“100”，“0”编码为“10”；或“1”编码为“110”，“0”编码为“10”；或“1”编码为“10”，“0”编码为“110”；其中，在所述图片中，每一次亮度的下降，都代表着传输的一个码元，亮度的局部高峰到局部低峰之间，传输了一个码元。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种基于成像通信的室内精确定位系统，包括：LED灯，所述LED灯通过预先调制并闪烁发出所述LED灯的编码信息；数据库，用于存储所述LED灯的编码信息和相对应的位置信息；定位终端，所述定位终端上设置有摄像头和电子罗盘，所述摄像头用于拍摄所述LED灯形成图片，所述电子罗盘用于提供姿态信息；定位模块，用于通过所述LED灯在所述图片中所成像的位置、所述LED灯与定位终端之间高度，以及电子罗盘所得的姿态信息，得到所述摄像头相对LED灯的位置关系；所述定位模块还用于通过所述数据库中所述LED灯的编码信息得到所述LED灯的位置信息；所述定位模块还用于根据所述LED灯的位置信息和所述摄像头相对所述LED灯的位置信息得到所述摄像头的位置信息。
根据本发明实施例的基于成像通信的室内精确定位系统，通过获得LED的位置信息，并根据成像通信的方法对摄像装置的位置信息进行精确地定位；定位精度高，成本小，易铺设。
另外，根据本发明上述实施例的基于成像通信的室内精确定位系统，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述摄像头为具有逐行扫描的摄像头，所述LED灯的闪烁频率和所述摄像头的曝光频率相适应以保证所述摄像头对所述LED灯成像时，所述LED灯的编码信息分行显示在所述图片上。
进一步地，所述LED灯为多个。
进一步地，所述定位终端为电脑、手机或智能机器人。
进一步地，所述LED灯的编码方式为以下模式之一：“1”编码为“10”，“0”编码为“100”；或“1”编码为“100”，“0”编码为“10”；或“1”编码为“110”，“0”编码为“10”；或“1”编码为“10”，“0”编码为“110”；其中，在所述图片中，每一次亮度的下降，都代表着传输的一个码元，亮度的局部高峰到局部低峰之间，传输了一个码元。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的基于成像通信的室内精确定位方法流程图；
图2是本发明一个实施例的成像通信技术原理示意图；
图3是本发明一个实施例的摄像头接收信号条纹示意图；
图4是本发明一个实施例的定位原理示意图；
图5是本发明一个实施例的基于成像通信的室内精确定位系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述根据本发明实施例的基于成像通信的室内精确定位方法。
请参考图1，一种基于成像通信的室内精确定位方法，包括以下步骤：
S1：将LED灯的ID信息经过编码后调制到所述LED灯的闪烁中。
在本发明的一个实施例中，LED灯的编码方式为以下模式之一：
“1”编码为“10”，“0”编码为“100”；或
“1”编码为“100”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“110”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“10”，“0”编码为“110”；
由于在摄像头拍摄的图片上，不但包含时间上LED的闪烁信息，还包括空间上LED与摄像头的相对位置信息，两者会互相干扰，导致无法准确地识别图片中的每一个1或0。请参考图2，在拍摄的图片中，每一次亮度的下降，都代表着传输的一个码元。于是，在拍摄图片中，亮度的局部高峰到局部低峰之间，传输了一个码元。这样不管图片中该行的背景亮度多大，本发明都可以从中提取出信号。通过本发明实施例的编码方法，不管图片中该行的背景亮度多大，都可以从中提取出信号，而亮度之间差的不同就代表了不同的码元。
S2：使用定位终端中的摄像头拍摄所述LED灯形成图片，摄像头设置在定位终端上。在本发明的一个实施例中，所述定位终端为电脑、手机或智能机器人。
S3：从图片中，利用成像通信技术得到所述LED灯的ID。
在本发明的一个实施例中，摄像头为具有逐行扫描的摄像头，LED灯的闪烁频率和摄像头的曝光频率相适应，以保证摄像头对LED灯成像时，LED灯的编码信息分行显示在所述图片上。
具体地，本发明实施例选用具有逐行扫描特性的摄像头作为摄像装置。请参考图2，其所摄图片每一行开始曝光的时间都不同。因此摄像头所拍摄的图片中，每一行都包含着不同时刻外界的亮度的变化信息。由此，只要适当调节LED灯的调制频率与摄像头的曝光时间，本发明就可以将LED灯每次闪烁中包含的信息反映在拍摄的图片上，成像通信原理参考图2。请参考图3，当LED当前状态为亮时，摄像头拍摄的图片对应各行亮度就会上升，在图片上对应亮纹，反之LED暗时，图片上对应行亮度下降，显示暗纹。
S4：利用LED灯在图片中所成像的位置、LED灯与定位终端之间高度，以及电子罗盘所得的姿态信息，得到摄像头相对LED灯的位置关系。其中，电子罗盘设置在所述定位终端上。
具体地，请参考图4。由于LED是通过透镜在成像面上成像的，所以LED位置、透镜和成像点三者在同一直线上，并与竖直线构成相似三角形。由此相似三角形关系，就可以得到摄像头相对于LED的位置，但是在定位过程中需要已知LED与摄像头的高度差。而单灯定位的主要误差也是来源于此。
在本发明的一个实施例中，LED灯为多个。通过引入多灯定位的方法，将图片中每个灯隔离开来，分别得到多灯所传输的编码信息，以及相对于摄像头的位置。根据多个LED灯各自的具体位置与相对位置，解算得摄像装置具体的位置，提升摄像装置定位精度。
S5：在本地数据库中，查找到所得ID对应的LED灯的位置信息。
S6：根据LED灯的位置信息和所述摄像头相对LED灯的位置信息得到所述摄像头的位置信息。
本发明实施例的基于成像通信的室内精确定位方法，通过获得LED的位置信息，并根据成像通信的方法对摄像装置的位置信息进行精确地定位；定位精度高，成本小，易铺设。
以下结合附图描述根据本发明实施例的基于成像通信的室内精确定位系统。
请参考图5，一种基于成像通信的室内精确定位系统，包括LED灯、数据库、定位终端和定位模块。
其中，预先调制并闪烁发出所述LED灯的编码信息。
在本发明的一个实施例中，LED灯的编码方式为以下模式之一：
“1”编码为“10”，“0”编码为“100”；或
“1”编码为“100”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“110”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“10”，“0”编码为“110”；
由于在摄像头拍摄的图片上，不但包含时间上LED的闪烁信息，还包括空间上LED与摄像头的相对位置信息，两者会互相干扰，导致无法准确地识别图片中的每一个1或0。请参考图2，在拍摄的图片中，每一次亮度的下降，都代表着传输的一个码元。于是，在拍摄图片中，亮度的局部高峰到局部低峰之间，传输了一个码元。这样不管图片中该行的背景亮度多大，本发明都可以从中提取出信号。通过本发明实施例的编码方法，不管图片中该行的背景亮度多大，都可以从中提取出信号，而亮度之间差的不同就代表了不同的码元。
数据库用于存储LED灯编码信息相对应的位置信息。
定位终端上设置有摄像头和电子罗盘。摄像头用于拍摄LED灯形成图片，电子罗盘用于提供姿态信息。
在本发明的一个实施例中，摄像头为具有逐行扫描的摄像头。LED灯的闪烁频率和摄像头的曝光频率相适应，以保证摄像头对LED灯成像时，LED灯的编码信息分行显示在图片上。
具体地，请参考图2，其所摄图片每一行开始曝光的时间都不同。因此摄像头所拍摄的图片中，每一行都包含着不同时刻外界的亮度的变化信息。由此，只要适当调节LED灯的调制频率与摄像头的曝光时间，本发明就可以将LED灯每次闪烁中包含的信息反映在拍摄的图片上，成像通信原理参考图2。请参考图3，当LED当前状态为亮时，摄像头拍摄的图片对应各行亮度就会上升，在图片上对应亮纹，反之LED暗时，图片上对应行亮度下降，显示暗纹。
在本发明的一个实施例中，定位终端为电脑、手机或智能机器人。
定位模块，用于通过LED灯在图片中所成像的位置、LED灯与定位终端之间高度，以及电子罗盘所得的姿态信息，得到所述摄像头相对LED灯的位置关系。定位模块还用于通过数据库中LED灯的编码信息得到LED灯的位置信息。定位模块还用于根据LED灯的位置信息和摄像头相对LED灯的位置信息得到摄像头的位置信息。
具体地，请再次参考图4，由于LED是通过透镜在成像面上成像的，所以LED位置、透镜和成像点三者在同一直线上，并与竖直线构成相似三角形。由此相似三角形关系，就可以得到摄像头相对于LED的位置，但是在定位过程中需要已知LED与摄像头的高度差。而单灯定位的主要误差也是来源于此。然后在本地数据库中，查找到所得ID对应的LED灯的位置信息。最后根据LED灯的位置信息、摄像头相对LED灯的位置信息得到摄像头的位置信息。
在本发明的一个实施例中，LED灯为多个。通过引入多灯定位的方法，将图片中每个灯隔离开来，分别得到多灯所传输的编码信息，以及相对于摄像头的位置。根据多个LED灯各自的具体位置与相对位置，解算得摄像装置具体的位置，提升摄像装置定位精度。
本发明实施例的基于成像通信的室内精确定位方法，通过获得LED的位置信息，并根据成像通信的方法对摄像装置的位置信息进行精确地定位；定位精度高，成本小，易铺设。
另外，本发明实施例的基于成像通信的室内精确定位方法的定位系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (6)
1.一种基于成像通信的室内精确定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将LED灯的ID信息经过编码后调制到所述LED灯的闪烁中；
S2：使用定位终端中的摄像头拍摄所述LED灯形成图片，所述摄像头为具有逐行扫描的摄像头，所述LED灯的闪烁频率和所述摄像头的曝光频率相适应以保证所述摄像头对所述LED灯成像时，所述LED灯的编码信息分行显示在所述图片上；
S3：从所述图片中，利用成像通信技术得到所述LED灯的ID；
S4：利用所述LED灯在所述图片中所成像的位置，所述LED灯与定位终端之间高度，以及电子罗盘所得的姿态信息，得到所述摄像头相对LED灯的位置关系，其中，所述电子罗盘设置在所述定位终端上；
S5：在本地数据库中，查找到所得ID对应的所述LED灯的位置信息；以及
S6：根据所述LED灯的位置信息和所述摄像头相对所述LED灯的位置信息得到所述摄像头的位置信息；
其中，所述LED灯的编码方式为以下模式之一：
“1”编码为“10”，“0”编码为“100”；或
“1”编码为“100”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“110”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“10”，“0”编码为“110”；
其中，在所述图片中，每一次亮度的下降，都代表着传输的一个码元，亮度的局部高峰到局部低峰之间，传输了一个码元。
2.根据权利要求1所述的基于成像通信的室内精确定位方法，其特征在于，所述LED灯为多个。
3.根据权利要求1所述的基于成像通信的室内精确定位方法，其特征在于，所述定位终端为电脑、手机或智能机器人。
4.一种基于成像通信的室内精确定位系统，其特征在于，包括：
LED灯，所述LED灯通过预先调制并闪烁发出所述LED灯的编码信息；
数据库，用于存储所述LED灯的编码信息和相对应的位置信息；
定位终端，所述定位终端上设置有摄像头和电子罗盘，所述摄像头用于拍摄所述LED灯形成图片，所述电子罗盘用于提供姿态信息，所述摄像头为具有逐行扫描的摄像头，所述LED灯的闪烁频率和所述摄像头的曝光频率相适应以保证所述摄像头对所述LED灯成像时，所述LED灯的编码信息分行显示在所述图片上；
定位模块，用于通过所述LED灯在所述图片中所成像的位置、所述LED灯与定位终端之间高度，以及电子罗盘所得的姿态信息，得到所述摄像头相对LED灯的位置关系；所述定位模块还用于通过所述数据库中所述LED灯的编码信息得到所述LED灯的位置信息；所述定位模块还用于根据所述LED灯的位置信息和所述摄像头相对所述LED灯的位置信息得到所述摄像头的位置信息；
其中，所述LED灯的编码方式为以下模式之一：
“1”编码为“10”，“0”编码为“100”；或
“1”编码为“100”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“110”，“0”编码为“10”；或
“1”编码为“10”，“0”编码为“110”；
其中，在所述图片中，每一次亮度的下降，都代表着传输的一个码元，
亮度的局部高峰到局部低峰之间，传输了一个码元。
5.根据权利要求4所述的基于成像通信的室内精确定位系统，其特征在于，所述LED灯为多个。
6.根据权利要求4所述的基于成像通信的室内精确定位系统，其特征在于，所述定位终端为电脑、手机或智能机器人。
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Non-Patent Citations (2)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105953786A (zh) | 2016-09-21 |
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