CN106441268A - 一种基于光标签的定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于光标签的定位方法，包括以下步骤：第一步：光标签的识别；第二步：定位；利用小孔成像原理，解出点A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)的两组解，从这两组解中得到最终解，确定光标签的位置信息，通过光标签位置实现定位；光标签采用LED灯，LED灯是下一代的绿色照明设备，具有低能耗，使用寿命长，尺寸小和绿色环保等优点；单个光标签在可视范围内可以达到5％的定位精度，由于光标签也可以作为照明设备，所以每次可用于定位的光标签的数量较多，可进一步提高定位的精度；广泛应用的定位技术，基于光标签的定位技术成本低，实现简单，无电磁干扰，所以可广泛应用于各种场景，例如复杂的室内环境和人口密集区域。

Description

一种基于光标签的定位方法
技术领域
本发明涉及光标签定位技术，具体涉及一种基于光标签的定位方法。
背景技术
目前定位方法的缺陷：
1)GPS定位，民用的GPS室外定位有几十米的误差范围，且GPS系统在建筑物内部接受的信号非常弱，因此无法在室内有效的使用。
2)蓝牙定位技术通过测量接收的信号强度来进行定位，仅适合短距离，小范围的定位，且设备昂贵，稳定性较差。
3)Wi-Fi定位是通过测距方法的计算用户到无线热点的距离。这种定位方法容易受其他信号的干扰，从而影响定位精度。并且定位器的能耗也比较高，不利于节能环保。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，本发明提出一种基于光标签的定位方法，在光标签识别的同时进行定位，具有低功耗，定位精度高的优点，可广泛应用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于光标签的定位方法，包括以下步骤：
第一步：光标签的识别
在可视范围内，获得确定光标签形状的三个点在预定位的图像平面的坐标A′(XA′，YA′)、B′(XB′，YB′)和C′(XC′，YC′)；
第二步：定位
A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)为对应光标签的中心点，设A′(XA′，YA′，f)、B′(XB′，YB′，f)和C′(XC′，YC′，f)分别为A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)点在相机平面上的投影；
利用小孔成像原理，各点坐标有如下关系为：
已知光标签中标志点A、B、C之间的距离|AB|＝L1，|AC|＝L2，以及和的角度α，故得下式：
利用该式解出点A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)的两组解，从这两组解中得到最终解，确定光标签的位置信息，通过光标签位置实现定位。
进一步，利用手机传感器得到手机平面和重力线的夹角，从而得到ZA，ZB和ZC之间的关系，使用此关系来从两组解中选择正确的解。
进一步，通过多个光标签实现定位。
进一步，光标签的识别具体包括以下步骤：、、、、、、、。
本发明提出的方法具有以下优点：
1)低功耗，光标签采用LED灯，LED灯是下一代的绿色照明设备，具有低能耗，使用寿命长，尺寸小和绿色环保等优点；
2)定位精度高，单个光标签在可视范围内可以达到5％的定位精度，由于光标签也可以作为照明设备，所以每次可用于定位的光标签的数量较多，可进一步提高定位的精度；
3)广泛应用的定位技术，基于光标签的定位技术成本低，实现简单，无电磁干扰，所以可广泛应用于各种场景，例如复杂的室内环境和人口密集区域。
附图说明
图1为小孔成像模型
图2为等效小孔成像模型
图3为光标签示意图
图4 QR码成像示意
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图2所示，本发明的基于光标签的定位方法，具体实施方式如下：
第一步：光标签的识别。在可视范围内，获得确定光标签形状的三个点在图像平面的坐标A′(XA′，YA′)、B′(XB′，YB′)和C′(XC′，YC′)。
第二步：定位。
1、成像模型
获得拍摄设备与其拍摄目标的相对位置，属于计算机视觉中的三维重建范畴。针对该问题，本说明书将首先介绍相机的成像模型。
相机的成像原理可以用小孔成像解释，如图1。图中物体Y经过小孔O后成倒立的像y。如将成像平面等效置于小孔O的另外一侧，其成像y除正立外无任何影响，所以一般用如图2中的模型对成像进行解释。
1、计算候选坐标
如图3所示，A、B和C为对应光标签的中心点。
由于光标签位于空间中的平面上，所以可以用图4表示光标签的成像模型。图中A′(XA′，YA′，f)、B′(XB′，YB′，f)和C′(XC′，YC′，f)分别为A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)点在相机平面的投影。利用小孔成像原理，各点坐标有如下关系为：
在本系统中，可以利用的条件有：i)相机成像原理；ii)QR码中标志点A、B、C之间的距离|AB|＝L1，|AC|＝L2，以及和的角度α，故可得下式：
上式有9个自变量并且有9个相互独立的条件，所以利用该式可解出点A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)的两组解。
使用手机的传感器从这两组解中得到最终解。例如：手机传感器可以得到手机平面和重力线的夹角，从而得到ZA，ZB和ZC之间的关系，使用此关系来从两组解中选择正确的解。
三、使用方法后，问题解决的效果
在2015年主流配置的手机上，使用单个光标签在可视范围内可达到5％的定位精度。
CCD像素大小：1.12×10-3mm；
设备焦距：4.76mm；
侧面仰拍光标签，光标签在距离拍摄位置3.232米处。实体光标签的三个标识符组成直角等边三角形，|AB|＝|AC|＝12mm
三个点在图像平面的坐标A′(XA′，YA′)＝(2176，2724)、B′(XB′，YB′)＝(2177，2740)和C′(XC′，YC′)＝(2188，2726)
利用公式(1)可以得到两组解：
第一组解：
A1＝(151.23，-72.71，3090)
B1＝(152.08，-84.41，3092.6)
C1＝(159.51，-73.95，3081.5)
第二组解：
A2＝(151.39，-72.78，3093.3)
B2＝(151.96，-84.34，3090.2)
C2＝(160.52，-74.42，3101)
由手机传感器得到手机仰面拍摄方式，得到ZA>ZB的限定条件，则选择第二组解。得到最终解为：
A2＝(151.39，-72.78，3093.3)
B2＝(151.96，-84.34，3090.2)
C2＝(160.52，-74.42，3101)
计算得到距离：|A2A’|＝3.103m，|B2B’|＝3.1m，|C2C’|＝3.111m，平均距离为3.105m实测距离为3.232m，定位精度为3.9％。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明保护范围。

Claims (3)

1.一种基于光标签的定位方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：光标签的识别
在可视范围内，获得确定光标签形状的三个点在预定位的图像平面的坐标A′(XA′，YA′)、B′(XB′，YB′)和C′(XC′，YC′)；
第二步：定位
A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)为对应光标签的中心点，设A′(XA′，YA′，f)、B′(XB′，YB′，f)和C′(XC′，YC′，f)分别为A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)点在相机平面上的投影；
利用小孔成像原理，各点坐标有如下关系为：
已知光标签中标志点A、B、C之间的距离|AB|＝L1，|AC|＝L2，以及和的角度α，故得下式：
X A = Z A f XA ′ Y A = Z A f YA ′ X B = Z B f XB ′ Y B = Z B f YB ′ X C = Z C f XC ′ Y C = Z A f YC ′ ( X A - X C ) 2 + ( Y A - Y C ) 2 + ( Z A - Z C ) 2 = L 1 2 ( X A - X B ) 2 + ( Y A - Y B ) 2 + ( Z A - Z B ) 2 = L 2 2 A B → · A C → / | A B → | | A C → | = cos α - - - ( 1 )
利用该式解出点A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)和C(XC，YC，ZC)的两组解，从这两组解中得到最终解，确定光标签的位置信息，通过光标签位置实现定位。
2.根据权利要求1所述的基于光标签的定位方法，其特征在于：利用手机传感器得到手机平面和重力线的夹角，从而得到ZA，ZB和ZC之间的关系，使用此关系来从两组解中选择正确的解。
3.根据权利要求1所述的基于光标签的定位方法，其特征在于：通过多个光标签实现定位。
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