CN109143170B - 可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法和装置，对目标定位空间进行稀疏采样，记录每个采样点的位置与观察到的颜色，建立采样点的颜色矩阵；将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，得到目标定位空间中各空间点的色相与位置的对应关系。通过进行稀疏采样后，通过对采样点的色相值进行插值处理，得到密集采样的色相矩阵，并通过将插值后的色相矩阵中各位置点映射到空间中，得到目标定位空间中密集采样的色相与位置的对应关系，显著降低了可见偏振光干涉定位中初始化采样的成本，可以仅仅进行少量的采样就可以获得高密度的颜色与位置对应关系。

Description

可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法和装置

技术领域

本发明涉及移动设备定位技术领域，更具体地，涉及可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法和装置。

背景技术

现代生活中，灯光无处不在。在家庭、商场、办公场所等环境中，灯光是一种极其容易获取的资源。基于可见光的定位方法在资源成本上具有与生俱来的优势。再加上可见光定位在精确度上近几年的研究工作中也涌现了一大批优秀的可见光定位工作。

利用可见偏振光干涉的原理进行室内定位的工作可以应用在诸多场合，比如说，室内机器人定位，以及工业物联网中对设备和产品进行全流程的定位和跟踪等。

在利用可见偏振光干涉在不同位置造成不同颜色的显色情况来进行室内定位的工作中，需要首先获取到位置与颜色的一一对应关系。只有预先建立起一个已知位置与颜色对应的数据库，才能在对设备定位时，根据设备观察到的颜色在数据库中找到与之最接近的颜色并将其所对应的位置作为待定位设备的位置，但是这种方法受采样密度的限制，定位精度需求越高，采样密度就越大，相应的采样次数就越多，需要消耗极大的人力。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法和装置。

根据本发明的第一个方面，提供一种可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，包括：

对目标定位空间进行稀疏采样，记录每个采样点的位置与观察到的颜色，建立采样点的颜色矩阵；

将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，得到目标定位空间中各空间点的色相与位置的对应关系。

根据本发明的第二个方面，提供一种可见偏振光干涉定位中位置色相采样装置，包括：

采样模块，用于对目标定位空间进行稀疏采样，记录每个采样点的位置与观察到的颜色，建立采样点的颜色矩阵；

插值模块，用于将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，得到目标定位空间中各空间点的色相与位置的对应关系。

本发明提出可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法和装置，通过进行稀疏采样后，通过对采样点的色相值进行插值处理，得到密集采样的色相矩阵，并通过将插值后的色相矩阵中各位置点映射到空间中，得到目标定位空间中密集采样的色相与位置的对应关系，显著降低了可见偏振光干涉定位中初始化采样的成本，可以仅仅进行少量的采样就可以获得高密度的颜色与位置对应关系。

附图说明

图1为根据本发明实施例的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法示意图；

图2为根据本发明实施例的由稀疏的色相矩阵插值得到密集色相矩阵的过程示意图；

图3为根据本发明实施例的空间映射示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

可见光通信是一项在基础公共照明设施上增加数据传输功能就可以搭建无线通信网络的技术，与传统的无线通信技术相比，可见光通信技术具有带宽资源丰富、不受电磁干扰、兼顾照明与定位等优点。

由于受到多径效应和路径损耗的影响，传统的GPS导航定位并不能满足人们对于定位精度的要求。因此，出现了一系列基于蓝牙、WIFI、超声、红外的室内定位系统，但是由于定位精度和安装成本的问题，这些定位系统都并未得到大范围应用。在利用可见偏振光干涉在不同位置造成不同颜色的显色情况来进行室内定位的工作中，该技术能在不影响室内正常照明的情况下完成室内精准定位，同时灯具照明的大量应用，降低了技术成本，便于该技术推广。需要首先获取到位置与颜色的一一对应关系。只有预先建立起一个已知位置与颜色对应的数据库，才能在对设备定位时，根据设备观察到的颜色在数据库中找到与之最接近的颜色并将其所对应的位置作为待定位设备的位置，所以对设备定位的精度取决于预先建立的颜色与位置对应关系的数据库中采样点的密度。采样点越密集，定位就越精确。但是，相对应的，要获取高密度的颜色与位置的对应关系，就需要对高密度的位置分别进行初始化采样。要对一个3m×3m×3m的空间进行厘米级别的定位，就需要对其进行厘米级别的采样。若以1cm为采样步长，那么就需要进行27000000次的采样。要完成这样的采样需要消耗极大的人力。

针对现有技术中的上述缺陷，本实施例提供了一种可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，如图1所示，包括：

对目标定位空间进行稀疏采样，记录每个采样点的位置与观察到的颜色，建立采样点的颜色矩阵；

将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，得到目标定位空间中各空间点的色相与位置的对应关系。

在本实施例中，通过采样、插值和空间映射三个部分，将通过稀疏采样的到的低密度采样点的颜色与位置对应关系，通过位置矩阵、颜色矩阵、色相矩阵的对等关系，通过插值处理，转换为高密度采样点的颜色与位置的一一对应关系，显著降低了可见偏振光干涉定位中的采样成本；在本实施例中，可以以5cm为采样间隔进行采样。

在上述实施例的基础上，在本实施例中，对目标定位空间进行稀疏采样，具体包括：

在所述目标空间内选取一个采样平面，在所述采样平面上每间隔设定采样距离设置一个采样点，对每个采样点进行采样。

在本实施例中，为了解决现有技术中，直接在三维空间中取点采样导致采样点过多，工作量大的问题，选择采样平面后，在采样平面上选择稀疏化的采样点，在对采样点的选择上，需要采样点在上述采样平面上均匀分布，并使得后续在将采样平面进行空间映射之后能够覆盖目标定位空间，在本实施例中，选取了一个采样平面上的网格点来进行采样。

在上述各实施例的基础上，对每个采样点进行采样具体包括：

在所述采样点上固定可获得采样点位置的接收端，在所述采样平面外固定发射端，所述发射端包括偏振光显色设备；

通过接收端对所述发射端进行拍照采样，记录接收端与发射端的相对位置与偏振光显色设备显示颜色之间的对应关系。

对于采样部分，在本实施例中，通过固定设有偏振光显色设备的发射端，并在发射端外设定距离处设定采样平面，使用可以获得采样点位置信息的接收端对发射端进行拍照采样，记录发射端与接收端的相对位置，该相对位置下偏振光显色设备所显示的颜色，使用接收端，按照采样点对应的位置进行一一采样，记录下每个采样点的位置以及接收端在该采样点获取到的发送端的颜色。在本实施例中，对接收端位置的选择上，本实施例中，通过在采样平面上设置网格形式的采样点，以保证采样点均匀分布，通过在采样点处观察发射端显示的颜色，获取采样点观察到的颜色；在本实施例中，根据光沿直线传播的原理，将一个特定的采样平面映射到整个目标定位空间中，具体的，当接收端在位置A观察到位于位置B的发射端显示的颜色C，则根据光沿直线椽笔的原理，接收端在沿射线BA移动时观察到发射端显示的颜色都为颜色C，因此，在本实施例中，通过发射端与接收端采集到一条射线上的位置与观察到的颜色，通过发射端与采样平面可实现对整个目标定位空间的映射。在本实施例中，在距离发射端1m的距离下，对一个1m×1m的采样平面上，以5cm为采样间隔进行采样，采样次数大大减少。

在上述各实施例的基础上，建立采样点的颜色矩阵具体包括：

根据采样点处观察到的颜色得到采样点的RGB值，并将所述RGB值赋值在采样平面对应的采样点上，得颜色矩阵。

在上述各实施例的基础上，将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，具体包括：

将所述颜色矩阵中的RGB值转换到HSL空间，得到色相值H，进而获得采样点的色相矩阵。

HSL(Hue Saturation Lightness)色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对色相(H)、饱和度(S)、明度(L)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，HSL即是代表色相，饱和度，明度三个通道的颜色。HSL色彩模式使用HSL模型为图像中每一个像素的HSL分量分配一个0～255范围内的强度值。HSL图像只使用三种通道，就可以使它们按照不同的比例混合，在屏幕上重现16777216种颜色。

在HSL空间模式下，每种HSL成分都可使用从0到255的值(其中L是从黑(0)到白(255)渐变)。

在本实施例中，一个采样平面上的稀疏采样结果插值得到密集的位置与颜色的对应关系。偏振显色与位置的关系不是随机的，而是随位置的变化而缓慢变化。也就是说，相临近的位置观察到的显色颜色也是相近的，这为本实施例中通过插值获取高密度数据的提供了可能性。

在上述各实施例的基础上，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，具体包括：

根据颜色矩阵得到色相矩阵中色相值的取值范围[0，359]，其中色相值0与色相值359是相邻的值，将色相突变的位置还原为对色相值360取模之前连续变化的数值模式，得到还原色相矩阵；

对所述还原色相矩阵进行插值处理，将插值后的矩阵重新对色相值360取模，得到插值后的密集色相矩阵。

在本实施例中，由于在采样时是通过稀疏采样的，得到的色相矩阵也是稀疏的，不能够满足定位的精度要求，因此需要对该色相矩阵进行插值处理，在插值处理过程中，遇到有相邻采样点跨越过周期的部分，要先进行还原处理，插值之后再对360取模获取到插值后的色相矩阵。具体的，在本实施例中，可采用线性插值或者三次条插值等插值方法进行插值处理，通过插值处理方法在采样点的色相值的离散化的基础上补差连续的色相值，填充色相矩阵中的空隙，减少了实际采样次数，显著降低了可见偏振光干涉定位中初始化采样的成本，可以仅仅进行少量的采样就可以获得高密度的颜色与位置对应关系。

如图2所示，图中(a)图为最初稀疏采样后得到的色相矩阵灰度图，(b)图为将整个矩阵中越过周期的部分还原后的矩阵灰度图，(c)图则为对(b)图中的矩阵进行插值处理，并将整个矩阵对色相值360取模，得到的密集色相矩阵灰度图。

在上述各实施例的基础上，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理后，还包括：

将插值后的密集色相矩阵映射到目标空间中。

在本实施例中，如图3所示，为空间映射灰度示意图，对于空间映射，本实施例中利用光沿直线传播的原理将一个特定平面上的采样映射到整个空间中。当接收端在一个特定的位置A观察到位于位置B的发射端显示的颜色C，那么接收端在BA射线上移动时所观察到的发射端的颜色全都是颜色C。本实施例基于上述原理，将一个特定平面上的采样映射到整个空间中，可以仅仅进行少量的采样就可以获得高密度的颜色与位置对应关系。把插值后的平面上的采样点矩阵(即密集色相矩阵)映射到空间中，得到目标定位空间中密集采样的色相与位置的对应关系数据库。

本实施例中还提供了一种可见偏振光干涉定位中位置色相采样装置，采用了如上述各实施例中的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，包括：

采样模块，用于对目标定位空间进行稀疏采样，记录每个采样点的位置与观察到的颜色，建立采样点的颜色矩阵；

插值模块，用于将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，得到目标定位空间中各空间点的色相与位置的对应关系。

在上述各实施例的基础上，所述采样模块包括发射端、接收端和记录端；

所述发射端设有偏振光显色设备；

所述接收端用于对发射端进行采样拍照，并获取偏振光显色设备的位置；

所述记录端用于记录接收端和发射端的相对位置与偏振光显色设备显示颜色之间的对应关系。

对于采样部分，在本实施例中，通过固定设有偏振光显色设备的发射端，并在发射端外设定距离处设定采样平面，使用可以获得采样点位置信息的接收端对发射端进行拍照采样，记录发射端与接收端的相对位置，该相对位置下偏振光显色设备所显示的颜色，使用接收端，按照采样点对应的位置进行一一采样，记录下每个采样点的位置以及接收端在该采样点获取到的发送端的颜色。在本实施例中，对接收端位置的选择上，本实施例中，通过在采样平面上设置网格形式的采样点，以保证采样点均匀分布，通过正在采样点处观察发射端显示的颜色，获取采样点观察到的颜色；在本实施例中，根据光沿直线传播的原理，将一个特定的采样平面映射到整个目标定位空间中，具体的，当接收端在位置A观察到位于位置B的发射端显示的颜色C，则根据光沿直线椽笔的原理，接收端在沿射线BA移动时观察到发射端显示的颜色都为颜色C，因此，在本实施例中，通过发射端与接收端采集到一条射线上的位置与观察到的颜色，通过发射端与采样平面可实现对整个目标定位空间的映射。在本实施例中，在距离发射端1m的距离下，对一个1m×1m的采样平面上，以5cm为采样间隔进行采样，采样次数大大减少。

在本实施例中，由于在采样时是通过稀疏采样的，得到的色相矩阵也是稀疏的，不能够满足定位的精度要求，因此需要对该色相矩阵进行插值处理，在插值处理过程中，遇到有相邻采样点跨越过周期的部分，要先进行还原处理，插值之后再对360取模获取到插值后的色相矩阵。具体的，在本实施例中，可采用线性插值或者三次条插值等插值方法进行插值处理，通过插值处理方法在采样点的色相值的离散化的基础上补差连续的色相值，填充色相矩阵中的空隙，减少了实际采样次数，显著降低了可见偏振光干涉定位中初始化采样的成本，可以仅仅进行少量的采样就可以获得高密度的颜色与位置对应关系。

综上所述，本发明实施例提供的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法和装置，通过进行稀疏采样后，通过对采样点的色相值进行插值处理，得到密集采样的色相矩阵，并通过将插值后的色相矩阵中各位置点映射到空间中，得到目标定位空间中密集采样的色相与位置的对应关系，显著降低了可见偏振光干涉定位中初始化采样的成本，可以仅仅进行少量的采样就可以获得高密度的颜色与位置对应关系。

以上所描述的显示装置的测试设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，其特征在于，包括：

对目标定位空间进行稀疏采样，记录每个采样点的位置与观察到的颜色，建立采样点的颜色矩阵；

将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，得到目标定位空间中各空间点的色相与位置的对应关系；

所述在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，具体包括：

根据颜色矩阵得到色相矩阵中色相值的取值范围[0，359]，其中色相值0与色相值359是相邻的值，将色相突变的位置还原为对色相值360取模之前连续变化的数值模式，得到还原色相矩阵；

对所述还原色相矩阵进行插值处理，将插值后的矩阵重新对色相值360取模，得到插值后的密集色相矩阵。

2.根据权利要求1所述的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，其特征在于，对目标定位空间进行稀疏采样，具体包括：

在所述目标定位空间内选取一个采样平面，在所述采样平面上每间隔设定采样距离设置一个采样点，对每个采样点进行采样。

3.根据权利要求2所述的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，其特征在于，对每个采样点进行采样具体包括：

在所述采样点上固定可获得采样点位置的接收端，在所述采样平面外固定发射端，所述发射端包括偏振光显色设备；

通过接收端对所述发射端进行拍照采样，记录接收端与发射端的相对位置与偏振光显色设备显示颜色之间的对应关系。

4.根据权利要求1所述的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，其特征在于，建立采样点的颜色矩阵具体包括：

根据采样点处观察到的颜色得到采样点的RGB值，并将所述RGB值赋值在采样平面对应的采样点上，得颜色矩阵。

5.根据权利要求4所述的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，其特征在于，将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，具体包括：

将所述颜色矩阵中的RGB值转换到HSL空间，得到色相值H，进而获得采样点的色相矩阵。

6.根据权利要求5所述的可见偏振光干涉定位中位置色相采样方法，其特征在于，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理后，还包括：

将插值后的密集色相矩阵映射到目标空间中。

7.一种可见偏振光干涉定位中位置色相采样装置，其特征在于，包括：

采样模块，用于对目标定位空间进行稀疏采样，记录每个采样点的位置与观察到的颜色，建立采样点的颜色矩阵；

插值模块，用于将所述颜色矩阵转换为色相矩阵，并在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，得到目标定位空间中各空间点的色相与位置的对应关系；

所述在所述色相矩阵中对未采样空间点的色相进行插值处理，具体包括：

根据颜色矩阵得到色相矩阵中色相值的取值范围[0，359]，其中色相值0与色相值359是相邻的值，将色相突变的位置还原为对色相值360取模之前连续变化的数值模式，得到还原色相矩阵；

对所述还原色相矩阵进行插值处理，将插值后的矩阵重新对色相值360取模，得到插值后的密集色相矩阵。

8.根据权利要求7所述的可见偏振光干涉定位中位置色相采样装置，其特征在于，所述采样模块包括发射端、接收端和记录端；

所述发射端设有偏振光显色设备；

所述接收端设于距离所述发射端设定距离处的采样平面上，用于在所述采样平面上各采样点处对发射端进行采样拍照，并获取偏振光显色设备的位置；

所述记录端用于记录接收端和发射端的相对位置与偏振光显色设备显示颜色之间的对应关系。

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