IT201900006400A1

IT201900006400A1 - Procedimento e sistema di localizzazione utilizzanti luce codificata

Info

Publication number: IT201900006400A1
Application number: IT102019000006400A
Authority: IT
Inventors: Ernesto Ciaramella; Giulio Cossu; Alessandro Messa; Alessandro Sturniolo
Original assignee: Tci Telecomunicazioni Italia S R L
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-10-26
Also published as: EP3730965A1

Description

PROCEDIMENTO E SISTEMA DI LOCALIZZAZIONE UTILIZZANTI LUCE CODIFICATA

Settore della tecnica

Questa invenzione riguarda un procedimento e un sistema di localizzazione utilizzanti luce codificata.

Preferibilmente, ma non esclusivamente, l'invenzione è destinata a localizzare terminali di comunicazione mobili, quali telefoni cellulari, in particolare telefoni cellulari evoluti (smartphone), tablet, calcolatori portatili, ecc., che si spostano all'interno di un ambiente dove sono presenti una pluralità di sorgenti luminose, tipicamente LED o laser, operanti nello spettro visibile, che emettono luce codificata.

Sfondo dell'Invenzione

Nei sistemi di localizzazione basati sull'impiego di luce codificata, le sorgenti luminose sono tipicamente modulate da segnali rappresentativi dell'identità di ciascuna sorgente (codice identificativo), in particolare segnali periodici aventi una frequenza che non è percepibile dall'occhio umano. Una fotocamera, p. es. la fotocamera di un terminale mobile, acquisisce una o più immagini di una sorgente e le elabora per riconoscere il codice identificativo. Accedendo ad informazioni che associano i codici identificativi delle singole sorgenti alla posizione di queste all'interno dell'ambiente, il terminale può risalire dal codice identificativo alla posizione della sorgente e riconoscere quindi la sua posizione con alta precisione.

La possibilità di usare sistemi di comunicazione a luce codificata per scopi di localizzazione è citata p. es. in US 2016/359650 A1, EP 2503 852 A1, EP 3025 442 B1, EP 3219 172.

Una tecnica comune di acquisizione delle immagini di sorgenti di luce codificata da parte delle fotocamere di terminali mobili è quella cosiddetta ad otturatore progressivo (nota con il termine inglese di "rolling shutter"), secondo cui le diverse linee della matrice di pixel della fotocamera sono lette e trasformate in immagine in tempi diversi, cosicché la modulazione temporale della sorgente è trasformata in una modulazione spaziale nell'immagine acquisita. Esempi di sistemi che fanno uso di questa tecnica sono descritti nei documenti US 2016/359650 A1, EP 2503 852 A1 ed EP 3025 442 B1 citati sopra.

In particolare, EP 2 503 852 A1 descrive un sistema di rivelazione destinato a riconoscere codici identificativi incorporati nella luce emessa dalle sorgenti e rappresentati ognuno da una sequenza temporale di modulazioni di una caratteristica della luce emessa.

Il sistema acquisisce immagini di una scena illuminata dalle sorgenti sotto forma di una pluralità di istanze di linee sfalsate nel tempo. Ogni linea comprende un'istanza della sequenza temporale di modulazioni che costituisce un codice. Il sistema rileva i codici dalla configurazione spaziale delle modulazioni (cioè dalla distribuzione della luce nelle varie linee) facendo uso di un filtro, in particolare un filtro di Gabor.

L'uso di questo tipo di filtro rende il riconoscimento dei codici identificativi complesso dal punto di vista elaborativo, con conseguente aumento del consumo energetico, ciò che è un problema in particolare nel caso di sistemi mobili. Inoltre, rende il sistema sensibile ad errori indotti dall’elettronica di alimentazione delle sorgenti luminose sulla frequenza emessa, che possono dare origine a spostamenti della frequenza e portare a un mancato riconoscimento o a un riconoscimento erroneo della stessa. In più, la tecnica adottata per distinguere il contributo di più sorgenti luminose ad un'immagine acquisita (divisione dell'immagine in blocchi predeterminati di pixel) limita il numero di sorgenti identificabili e influisce negativamente sulla corretta separazione di sorgenti vicine. Ancora un altro inconveniente è che non sono previsti mezzi per escludere falsi riconoscimenti. Descrizione dell’Invenzione

Scopo della presente invenzione è di fornire un procedimento e un sistema di localizzazione utilizzanti luce visibile codificata che ovviino agli inconvenienti della tecnica nota.

Il procedimento secondo l'invenzione prevede una fase di elaborazione di immagini acquisite dalla fotocamera e contenenti una o più sorgenti, comprendente le operazioni di: - identificare in un'immagine una o più regioni d'interesse, ognuna comprendente sostanzialmente il solo blocco di pixel contenente una sorgente;

- verificare la compatibilità della sorgente presente nella regione d'interesse (o in ciascuna regione d'interesse) con le caratteristiche di un sistema che implementa il procedimento; e

- per una regione d'interesse compatibile con il sistema:

- estrarre un profilo di luminosità della regione d'interesse nella direzione di lettura della matrice di pixel dell'immagine;

- portare detto profilo di luminosità ad una lunghezza prefissata e costante, tale da determinare un tempo prefissato e costante di acquisizione della regione d'interesse da parte della fotocamera, mediante aggiunta fittizia di valori iniziali e finali prefissati, in particolare mediante aggiunta di zeri;

- riconoscere il codice identificativo sottoponendo il profilo ad una trasformazione dal dominio del tempo al dominio della frequenza.

Vantaggiosamente, il procedimento comprende anche una fase di inizializzazione in cui si determinano i parametri di esposizione che si adattano meglio a rilevare le variazioni di luminosità tra linee adiacenti della matrice di pixel nella direzione di lettura, e si programma la fotocamera con tali parametri.

Vantaggiosamente, l'identificazione di una regione d'interesse comprende le operazioni di:

- effettuare un campionamento sparso dell'immagine prelevando un pixel ogni K;

- costruire una matrice ridotta comprendente i pixel ottenuti con il campionamento;

- analizzare l'intensità dei pixel di detta matrice ridotta per determinare una luminosità media dello sfondo dell'immagine;

- calcolare una soglia di luminosità il cui superamento identifica i confini della regione d'interesse.

Vantaggiosamente, ciascuna sorgente può essere modulata:

- mediante almeno un segnale periodico avente una frequenza tale che il suo periodo sia un sottomultiplo del tempo di acquisizione della regione d'interesse; o, in alternativa, - mediante almeno un segnale periodico la cui frequenza è scelta in un insieme di frequenze spaziate tra loro di valori crescenti o decrescenti in modo non lineare, preferibilmente con legge logaritmica; nel caso di modulazione con una combinazione di più segnali, il rapporto tra le frequenze di modulazione di ciascuna combinazione può essere utilizzato come parte del codice identificativo della sorgente.

Vantaggiosamente, i controlli di compatibilità su una regione d'interesse comprendono un controllo dimensionale e un controllo della presenza di modulazione lungo due assi ortogonali della regione stessa, e si scartano regioni d'interesse le cui dimensioni non rientrano in un intervallo prefissato e regioni d'interesse che non presentano modulazione nella direzione di lettura della matrice di pixel o presentano modulazione in direzione perpendicolare a detta direzione di lettura.

Un sistema atto ad implementare il procedimento comprende un'unità elaborativa facente parte, con una fotocamera, di un dispositivo da localizzare e programmata per: - identificare, in un'immagine acquisita dalla fotocamera e comprendente una o più sorgenti modulate, una o più regioni d'interesse, ognuna comprendente sostanzialmente il solo blocco di pixel contenente l'immagine di una sorgente;

- verificare la compatibilità della regione d'interesse o di ciascuna regione d'interesse con le caratteristiche del sistema; e

- per una regione d'interesse compatibile con il sistema:

- estrarre un profilo di luminosità della regione d'interesse nella direzione di lettura della matrice di pixel;

- portare il profilo di luminosità ad una lunghezza prefissata e costante, tale da determinare un tempo prefissato e costante di acquisizione della regione d'interesse da parte della fotocamera, mediante aggiunta fittizia di valori iniziali e finali prefissati, in particolare mediante aggiunta di zeri; e

- riconoscere il codice identificativo sottoponendo il profilo di luminosità ad una trasformazione dal dominio del tempo al dominio della frequenza.

La presente invenzione riguarda anche un prodotto informatico caricabile nella memoria di un'unità elaborativa, in particolare l'unità elaborativa di un terminale di comunicazione mobile, e comprendente porzioni di codice software configurato, quando il prodotto è eseguito su detta unità elaborativa, per: pilotare una fotocamera, collegata a detta unità elaborativa, in modo da acquisire un'immagine di una scena in cui è presente almeno una sorgente di luce visibile modulata da un segnale periodico o una combinazione di segnali periodici la cui frequenza o le cui frequenze formano un codice identificativo della sorgente; ed elaborare l'immagine acquisita, per riconoscere il codice identificativo della sorgente o di ciascuna sorgente, mediante i passi di:

- identificare una o più regioni d'interesse dell'immagine acquisita, ognuna comprendente sostanzialmente il solo blocco di pixel contenente l'immagine di una sorgente;

- estrarre un profilo di luminosità della regione di interesse nella direzione di lettura della matrice di pixel della fotocamera;

- portare detto profilo di luminosità ad una lunghezza prefissata e costante, tale da determinare un tempo prefissato e costante di acquisizione della regione d'interesse da parte della fotocamera, mediante aggiunta di valori iniziali e finali prefissati;

Descrizione Sintetica delle Figure

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiare dalla seguente descrizione di forme preferite di realizzazione fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio delle annesse figure, in cui elementi indicati con uno stesso o un simile riferimento numerico indicano elementi che hanno stessa o simile funzionalità e costruzione ed in cui:

- la fig. 1 mostra uno scenario di applicazione dell'invenzione;

- la fig. 2 è uno schema di principio di un sistema di localizzazione secondo l'invenzione; - la fig. 3 è un diagramma di flusso del procedimento secondo l'invenzione;

- la fig. 4 rappresenta l'immagine di una scena, comprendente una sorgente e lo sfondo circostante, ripresa dalla fotocamera di un telefono cellulare;

- la fig. 5 mostra un ingrandimento della regione d'interesse nell'immagine di fig. 4, unitamente ai profili di luminosità lungo i due assi dell'immagine;

- le figure 6 e 7 sono diagrammi di flusso dettagliati delle fasi di determinazione della regione d'interesse e dell'identificazione delle frequenze di modulazione;

- la fig. 8 mostra la trasformata di Fourier del profilo di luminosità della regione d'interesse; e

- la fig. 9 mostra l'ottenimento dell'indipendenza dello spettro di frequenza dalle dimensioni di un'immagine.

Descrizione di Forme Preferite di Realizzazione

Con riferimento alla fig. 1, si è illustrata schematicamente una parte di un ambiente 1 (p. es. un museo, un grande magazzino, una fiera di vasta estensione, ecc.) al cui interno si desidera utilizzare un sistema di localizzazione basato sull'uso di luce codificata. Anche se per semplicità nel disegno l'ambiente 1 è rappresentato come un vano unico, esso sarà costituito da una pluralità di sottoambienti o settori al cui interno un utilizzatore del sistema di localizzazione può spostarsi. Nell'ambiente 1 sono disposte un certo numero di sorgenti di luce visibile 2, in particolare LED o laser. Una caratteristica della luce emessa (p. es. l'intensità) da ogni sorgente è modulata da uno o più segnali periodici con frequenza superiore alla frequenza massima percepibile dall'occhio umano (circa 100 Hz), cosicché le persone presenti nell'ambiente 1 non percepiscono la modulazione stessa e non ne sono disturbate. L’indice di modulazione generalmente non è al 100%. La frequenza del segnale di modulazione di ogni sorgente 2, o l'insieme delle frequenze dei segnali di modulazione nel caso di più segnali, costituisce un codice identificativo della sorgente 2. Nel seguito, per semplicità e senza perdita di generalità, si farà riferimento alla modulazione con una coppia di segnali periodici.

Un terminale di comunicazione mobile 3 dotato di fotocamera (telefono cellulare, come illustrato in figura, tablet, computer portatile o simile), portato dall'utilizzatore, è atto ad acquisire un'immagine di una parte dell'ambiente 1 (scena) contenente almeno una sorgente 2 e ad elaborarla per riconoscere il codice identificativo (e quindi la sorgente) ed individuare di conseguenza la posizione dell'utilizzatore nell'ambiente 1. Le sorgenti 2 devono avere un'emissione di luce che copre l'area al cui interno si desidera localizzare l'utilizzatore.

Chiaramente, le frequenze di modulazione dovranno ricadere nella gamma rilevabile dai terminali mobili suddetti. Per la localizzazione non è necessario che la fotocamera punti verso la sorgente 2: tuttavia, questo può aumentare la precisione della localizzazione.

Si fa ancora notare che le sorgenti 2 devono avere dimensioni tali che la fotocamera. del terminale 3 possa formare un'immagine di dimensioni adatte per l'elaborazione. Se le sorgenti hanno dimensioni troppo ridotte, alle sorgenti o alla fotocamera si dovranno associare mezzi per produrre un'immagine di dimensioni maggiori, costituiti, ad esempio, da un diffusore di luce frapposto tra la sorgente 2 e la fotocamera.

La fig. 2 mostra lo schema di principio di un sistema di localizzazione 10 secondo l'invenzione. Con 2a...2n sono indicate le sorgenti luminose, che emettono rispettivi fasci di luce modulata 20a...20n. Ciascuna sorgente è pilotata da un rispettivo circuito di pilotaggio 4a...4n, di tipo noto, che riceve i segnali modulanti 5a...5n (una coppia di segnali periodici a frequenza diversa, nell'esempio descritto) da mezzi di generazione dei segnali stessi, non rappresentati. In una forma di realizzazione dell'invenzione, a cui si farà particolare riferimento nel seguito, il periodo di ciascun segnale modulante è un sottomultiplo intero di un tempo prefissato T di acquisizione, da parte della fotocamera del terminale 3, della parte d'immagine utilizzata per il riconoscimento dei codici identificativi. Tale tempo T è preferibilmente posto uguale a dt*N(fft), dove dt è il tempo di lettura di una riga della matrice di pixel della fotocamera (tempo di campionamento) e N(fft) è la lunghezza della trasformata mediante cui si ottengono le frequenze di modulazione delle sorgenti. In un esempio di realizzazione, si sono utilizzate coppie di frequenze spaziate fra loro di 200 Hz e comprese nell'intervallo 1 - 4 kHz.

Il terminale mobile 3 è schematizzato dalla fotocamera 30 (in particolare la fotocamera frontale, se il terminale dotato di fotocamera frontale e posteriore) e da un'unità di elaborazione 31. Come detto sopra, si presuppone che le sorgenti 2a...2n emettano fasci aventi una sezione non puntiforme, atti per esempio ad illuminare l'intera matrice di pixel (sensori) della fotocamera 30. Questa è atta a creare le immagini delle sorgenti mediante la tecnica nota dell'otturatore progressivo, secondo la quale le linee (usualmente le righe) della matrice sono lette e trasferite sequenzialmente nell'immagine. In questo modo, l'immagine generata dalla fotocamera 30 è un file in cui la modulazione temporale dell'intensità della sorgente 2a...2n diventa una modulazione spaziale. L'acquisizione delle immagini può essere comandata dal software dall'unità 31 o dall'utilizzatore.

L'unità elaborativa 31 è atta ad effettuare una trasformazione dal dominio del tempo al dominio della frequenza (p. es. applicando la trasformata di Fourier) dell'immagine acquisita dalla fotocamera 30, per individuare direttamente le frequenze di modulazione, cioè i codici identificativi. Ogni combinazione di frequenze può essere usata come indirizzo di lettura per l'accesso ad un dispositivo di memoria 6 in cui è memorizzata p. es. una tabella di associazione tra codici identificativi, sorgenti e posizione delle stesse. Come risultato della lettura, il terminale 3 potrà comunicare all'utilizzatore le informazioni di localizzazione, p. es. visualizzandole sul display o sullo schermo. Le informazioni potranno essere l'identità della sorgente 2a...2n, il settore dell'ambiente 1 in cui la sorgente si trova, l'identità della sorgente e il settore dell'ambiente, o altre.

La fig. 3 mostra il diagramma di flusso 100 del procedimento di localizzazione secondo l'invenzione.

Una volta avviato il sistema (passo 101), la prima operazione (passo 102) è l'inizializzazione della fotocamera 30. In questa operazione, si stabiliscono i parametri di esposizione per la particolare fotocamera che si adattano meglio a rilevare le variazioni di luminosità tra righe adiacenti della matrice. I parametri di esposizione potrebbero anche essere resi adattativi a forti variazioni di luce. Nel caso in cui la fotocamera sia puntata direttamente verso la sorgente, si dovrà anche tenere conto di eventuali problemi di saturazione.

Al passo successivo 103, la fotocamera 30 riprende, con i parametri fissati al passo precedente, una fotografia (riprodotta in fig. 4) di una scena comprendente una o più sorgenti 2 e la zona circostante, e registra quindi le variazioni della luce nel tempo su una proiezione distribuita spazialmente e ritardata nel tempo della scena ripresa. Le variazioni della luce nel tempo sono integrate su un intervallo di tempo uguale al tempo di esposizione scelto Texp, con un ritardo di campionamento dt tra righe adiacenti. Nell'unità 31 l'immagine acquisita dai sensori della fotocamera 30 è sottoposta eventualmente a compressione.

L'immagine ottenuta al passo 103 è elaborata per determinare una o più regioni d'interesse (nel seguito RoI, acronimo della corrispondente espressione inglese "Region of Interest") a cui limitare i successivi passi dell'algoritmo, in modo da ridurre il carico computazionale (passo 104). Una regione d'interesse corrisponde sostanzialmente al blocco di pixel dove è presente una sorgente.

Nella fig. 4 si è rappresentata un'immagine contenente una sola sorgente, e la relativa regione d'interesse è l'area 40 racchiusa in un quadrato. La RoI della fig. 4 è rappresentata nella fig. 5 ingrandita e con le variazioni di luminosità leggermente esaltate, unitamente ai profili di luminosità secondo le righe (asse Y) e le colonne (asse X).

Nel passo 104, congiuntamente alla determinazione della RoI, si effettua anche una verifica della compatibilità della sorgente corrispondente con le specifiche del sistema, in modo da eliminare falsi riconoscimenti. Le operazioni di determinazione della RoI e di verifica di compatibilità saranno descritte con maggiori dettagli con riferimento alla fig. 6.

Per le RoI corrispondenti a sorgenti compatibili con il sistema, al successivo passo 105 si effettua un'analisi della rispettiva sorgente e si procede al riconoscimento delle frequenze che la modulano, cioè del codice identificativo. Le operazioni del passo 105 saranno descritte con maggiori dettagli con riferimento alla fig. 7.

Al successivo passo 106, il codice identificato al passo 105 è utilizzato per ottenere le informazioni sulla posizione della sorgente dalla memoria 6 (fig. 2). La localizzazione è così completata.

Se il soggetto è in movimento, la sua localizzazione cambia nel tempo e si deve prevedere che l'unità elaborativa 31 comandi lo scatto di una fotografia e l'analizzi con una certa periodicità (p.es. ogni secondo).

Con riferimento alla fig. 6, per la determinazione della RoI 40, dopo l'avvio 201 il primo passo è un campionamento sparso dell'immagine (passo 202), mediante il quale si preleva un pixel, regolarmente distribuito nell'immagine, ogni K e si crea una nuova matrice. Con questa operazione si riduce la quantità di dati del fattore K, cosicché si riduce la complessità di calcolo e il consumo del terminale. In prove sperimentali, si sono utilizzati valori di K dell'ordine di alcune centinaia. Al passo successivo 203 si usano i pixel di questa nuova matrice per stimare l'intensità media dello sfondo, in base alla quale si calcola una soglia di luminosità che permette di identificare i confini della RoI 40 e di stimarne le dimensioni d (passo 204).

Successivamente, si controlla ogni RoI per verificarne la conformità con le caratteristiche del sistema ed eliminare per quanto possibile falsi riconoscimenti. In un esempio di realizzazione dell'invenzione, i controlli sono effettuati a tre livelli.

Un primo controllo è un controllo dimensionale (passo 205). Le dimensioni d delle RoI devono essere comprese tra un minimo dmin e un massimo dmax, e le RoI che non soddisfano a questo criterio (uscita NO del passo 205) sono considerate derivanti da sorgenti non compatibili con il sistema (passo 206) e scartate (passo 209).

Le RoI che superano il controllo dimensionale (uscita SI del passo 205) sono sottoposte a controlli sull'esistenza di modulazione secondo le righe, cioè lungo l'asse Y (passo 207) e secondo le colonne, cioè lungo l'asse X (passo 208). Una RoI corrispondente ad una sorgente compatibile con il sistema deve presentare modulazione lungo l'asse Y (uscita SI del passo 207) e non presentare modulazione lungo l'asse X (uscita NO del passo 210). Se non è presente modulazione lungo l'asse Y (uscita NO del passo 207), la RoI 40 corrisponde a una sorgente di luce non modulata (passo 208), mentre se è presente modulazione lungo l'asse X (uscita SI del passo 210) la RoI corrisponde a una sorgente di luce non modulata che però ha una superficie con caratteristiche che simulano una modulazione (passo 211). In entrambi i casi la RoI è scartata (passo 209), come le RoI che non soddisfano i requisiti dimensionali.

Ovviamente, saranno possibili anche controlli ulteriori o di tipo diverso.

Se la RoI supera i controlli, e quindi la sorgente è compatibile con il sistema (passo 212), le operazioni relative alla fase 104 hanno termine. L'elaborazione continua con il passo 105 di fig. 3

Con riferimento alla fig.7, per l'individuazione delle frequenze di modulazione di una sorgente 2a...2n (fig. 2), dopo l'avvio 301 il primo passo è l'estrazione del profilo di luminosità della RoI 40 (passo 302) nella direzione di lettura della RoI stessa. Tale profilo ha una lunghezza N, dove N è il numero di righe presente nella RoI, e per ciascuna riga il suo valore è rappresentato dalla somma o dalla media (anche parziali) dei valori di luminosità degli elementi costitutivi della riga, oppure anche dal valore di luminosità di una sola colonna, al centro dell'immagine della sorgente. Ovviamente, dato che con l'estrazione della RoI si è eliminato tutto lo sfondo, N è inferiore al numero di righe Nr dell'intera fotografia.

Un filtraggio passa-alto del profilo in entrambe le dimensioni X e Y permette di ridurre effetti distorsivi nel profilo di luminosità e di eliminare RoI corrispondenti ad immagini spurie, quali riflessioni ecc.

Per evitare gli effetti delle dimensioni dell'immagine della sorgente, che dipendono dalla distanza e che possono influenzare l'individuazione corretta delle frequenze di modulazione, si effettua un controllo sulla lunghezza N del profilo (passo 303) per verificare che sia uguale a N(fft). In caso di esito negativo del controllo, si procede ad un riempimento con zeri (passo 304) del profilo fino a portarlo alla lunghezza N(fft). In caso di esito positivo del controllo del passo 303, o una volta effettuato il riempimento con zeri del passo 304, si sottopone ogni segnale di lunghezza T ad una trasformata veloce di Fourier (passo 305), estrapolando solo il valore assoluto della trasformata, e si procede all'identificazione dei picchi più alti dello spettro (passo 306). Il risultato dell'applicazione della trasformata di Fourier alla RoI avente il profilo secondo l'asse Y illustrato in fig. 5 è rappresentato in fig.

8. Con f1 e f2 sono indicati gli indici delle frequenze corrispondenti ai due picchi. Nel calcolo della trasformata, si potrà valutare la risposta in frequenza del sistema ed equalizzare l'ampiezza dello spettro sull'intera banda di operazione, come è ben noto al tecnico. Una volta identificati gli indici f1, f2, occorre risalire alle frequenze effettive. Dato che gli indici sono equispaziati e hanno posizione costante, per ottenere il valore delle frequenze effettive sarà sufficiente un'operazione di taratura in cui si esegue l'algoritmo utilizzando una frequenza nota. La fase di identificazione è così terminata e il processo continua con il passo 106 di fig. 3.

Per illustrare l'effetto del riempimento con zeri, si fa riferimento alla fig. 9, dove le righe a) e b) mostrano una coppia di immagini riprese a distanze diverse e a cui la trasformata di Fourier è applicata senza il riempimento con zeri, mentre le righe c) e d) mostrano l'applicazione della trasformata di Fourier alla stessa coppia di immagini ma con l'aggiunta di zeri all'inizio e alla fine del profilo. Il profilo della RoI delle due coppie di figure ha lunghezza N1 per le righe a) e c) e lunghezza N2 per le righe b) e d). Per semplicità, le lunghezze N1 e N2 sono indicate solo per le linee a) e b). L'indice f(i) (i = 1, 2) di ciascuna delle frequenze sarà espresso da f(i) = k(i)*df = k(i)/(dt*Ni), dove k(i) è un intero positivo dipendente solo dalla frequenza e Ni è la lunghezza del profilo. Se non si applica il riempimento con zeri, la posizione dell'indice f(i) varia al variare di Ni e quindi della distanza dalla sorgente, come è chiaramente visibile nella parte destra delle righe a) e b). Di conseguenza, anche il valore della frequenza corrispondente varia e, per evitare errori di identificazione, è necessaria la taratura detta sopra. Ciò rende le elaborazioni più pesanti e più facilmente soggette ad errori. Se invece si applica il riempimento con zeri, Ni è costante ed uguale a N(fft), qualunque sia la dimensione dell'immagine, come si vede nelle righe c) e d), e quindi gli indici f(i) hanno la stessa posizione. Si noti che N(fft) può anche essere superiore o uguale a Nr, ed è, vantaggiosamente, un valore corrispondente ad una potenza di 2, per limitare la complessità nel computo della trasformata stessa. Questo secondo caso è illustrato in fig. 9.

L'invenzione raggiunge effettivamente gli scopi prefissati. L'ottenimento delle frequenze direttamente mediante una trasformata (come la trasformata di Fourier) e l'analisi della sola RoI di un'immagine rendono le elaborazioni molto più semplici, riducendo il consumo energetico. L'uso di profili a lunghezza fissa elimina possibilità di errori nell'identificazione delle frequenze. Infine, il controllo di compatibilità eseguito sulle regioni d'interesse riduce fortemente il rischio di falsi riconoscimenti e contribuisce a ridurre il carico elaborativo, in quanto si evitano elaborazioni su RoI incompatibili con il sistema.

E' evidente che quanto descritto è dato unicamente a titolo di esempio non limitativo e che varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, in quanto precede si è supposto che il periodo dei segnali utilizzati per la modulazione delle sorgenti sia un sottomultiplo di T Ciò consente di massimizzare il rapporto segnale - rumore. Tuttavia, va tenuto presente che, usando fotocamere diverse, la trasformata può dare indici delle frequenze diversi per le stesse frequenze. Ciò implica allora, la necessità di una fase di calibrazione per valutare il tempo di campionamento dt dei sensori della fotocamera e legare correttamente gli indici delle frequenze ottenuti con la trasformata alle frequenze reali. Per ridurre il carico elaborativo, si possono usare uno o più segnali con frequenze la cui spaziatura varia in modo non lineare, p. es. con andamento logaritmico. Nel caso in cui le sorgenti siano modulate da una combinazione di tali segnali, questo garantisce che il valore del rapporto tra due frequenze sia diverso per ogni combinazione e quindi possa essere utilizzato in aggiunta al valore delle frequenze nel codice identificativo, migliorando la sicurezza nell'identificazione delle sorgenti. Il rapporto tra le frequenze non dipende dalle caratteristiche della fotocamera, e quindi non è necessaria la procedura di calibrazione come nel caso di frequenze a spaziatura costante (o anche a spaziatura variabile linearmente, dove due coppie di frequenze diverse potrebbero avere lo stesso rapporto). Anche con questa scelta delle frequenze di modulazione si ottengo gli effetti mostrati in fig. 9.

Inoltre, anche se si è parlato di riempimento con zeri, la lunghezza prefissata del profilo potrà essere ottenuta con l'aggiunta di valori anche diversi da 0.

Infine, anche se la descrizione che precede si riferisce all'uso della trasformata di Fourier per la rivelazione delle frequenze identificative delle sorgenti, è evidente che si potrebbe usare una trasformata di tipo diverso, come p. es. la trasformata di Laplace, la trasformata coseno, ecc.

Claims

Rivendicazioni 1. Procedimento di localizzazione di un dispositivo (3), portato da un utilizzatore, all'interno di un ambiente (1) in cui è disposta una pluralità di sorgenti (2a...2n) di luce visibile codificata, comprendente le fasi di: - modulare ciascuna sorgente (2a...2n) con un diverso segnale periodico (5a...5n) o una diversa combinazione di segnali periodici (5a...5n), la frequenza di ciascun segnale periodico (5a...5n) o le frequenze di ciascuna combinazione di segnali periodici (5a...5n) formando un codice identificativo della rispettiva sorgente (2a...2n); - acquisire (103) un'immagine di una scena in cui sono presenti una o più sorgenti (2a...2n) mediante una fotocamera (30) del dispositivo (3), comprendente una matrice di pixel letta sequenzialmente secondo la tecnica dell'otturatore progressivo, in modo tale che una modulazione temporale della sorgente (2a...2n) sia trasformata in una modulazione spaziale nell'immagine acquisita; - elaborare l'immagine (104, 105) per riconoscere il codice identificativo della sorgente o di ogni sorgente (2a...2n) presente nell'immagine; e - accedere (106), usando il codice identificativo riconosciuto, ad informazioni che associano i codici alle sorgenti (2a...2n) e alla loro posizione nell'ambiente (1); caratterizzato dal fatto che la fase di elaborazione dell'immagine (104, 105) comprende le operazioni di: - identificare (104, 202 - 204) nell'immagine una o più regioni d'interesse (40), ognuna comprendente sostanzialmente il solo blocco di pixel contenente una sorgente (2a...2n); - verificare (104, 205 - 211) la compatibilità della sorgente presente nella regione o in ciascuna regione d'interesse (40) con le caratteristiche di un sistema (10) che implementa il procedimento; e - per ogni regione d'interesse (40) compatibile con il sistema: - estrarre (302) un profilo di luminosità della regione d'interesse (40) nella direzione di lettura della matrice di pixel; - portare (303, 304) detto profilo di luminosità ad una lunghezza prefissata e costante, tale da determinare un tempo prefissato e costante di acquisizione della regione d'interesse (40) da parte della fotocamera (30), mediante aggiunta di valori iniziali e finali prefissati; - riconoscere il codice identificativo (305, 306) sottoponendo il profilo di luminosità ad una trasformazione dal dominio del tempo al dominio della frequenza.
2. Procedimento secondo la riv.1, comprendente inoltre una fase di inizializzazione (102) in cui si determinano parametri di esposizione che si adattano meglio a rilevare variazioni di luminosità tra linee adiacenti della matrice nella direzione di lettura, e si programma la fotocamera (30) con tali parametri.
3. Procedimento secondo la riv. 1 o 2, in cui l'identificazione di una regione d'interesse (202 - 204) comprende le operazioni di: - effettuare un campionamento sparso dell'immagine (202) prelevando solo un pixel ogni K; - costruire una matrice ridotta comprendente i pixel ottenuti con il campionamento; - analizzare (203) l'intensità dei pixel della matrice ridotta per determinare una luminosità media dello sfondo dell'immagine; e - calcolare una soglia di luminosità il cui superamento identifica i confini della regione d'interesse (40).
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i controlli di compatibilità su una regione d'interesse comprendono un controllo dimensionale (205) e un controllo (207, 210) della presenza di modulazione lungo due assi ortogonali della regione stessa, e in cui si scartano (209) regioni d'interesse le cui dimensioni non rientrano in un intervallo prefissato e regioni d'interesse che non presentano modulazione nella direzione di lettura della matrice di pixel o che presentano modulazione in direzione perpendicolare a detta direzione di lettura.
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna sorgente (2a...2n) è modulata: - mediante almeno un segnale periodico avente una frequenza tale che il suo periodo sia un sottomultiplo del tempo di acquisizione della regione d'interesse da parte della fotocamera (30); o, in alternativa, - mediante almeno un segnale periodico la cui frequenza è scelta in un insieme di frequenze che sono spaziate tra loro di valori crescenti o decrescenti in modo non lineare.
6. Procedimento secondo la riv. 5, in cui, in caso di modulazione con una combinazione di segnali periodici le cui frequenze sono scelte in un insieme di frequenze che sono spaziate tra loro di valori crescenti o decrescenti in modo non lineare, il rapporto tra le frequenze dei segnali di ciascuna combinazione è utilizzato come parte del codice identificativo della sorgente (2a...2n).
7. Sistema di localizzazione utilizzante luce codificata, per localizzare un dispositivo (3) portato da un utilizzatore all'interno di un ambiente (1), comprendente: - una pluralità di sorgenti di luce visibile (2a...2n) disposte nell'ambiente (1); - mezzi (4a...4n) di pilotaggio delle sorgenti (2a...2n), atti a modulare la luce emessa da ciascuna sorgente (2a...2n) con un diverso segnale periodico (5a...5n) o con una diversa combinazione di segnali periodici (5a...5n), la frequenza di ciascun segnale periodico (5a...5n), o le frequenze di ciascuna combinazione di segnali periodici (5a...5n), formando un codice identificativo della rispettiva sorgente (2a...2n); - una fotocamera (30) facente parte del dispositivo (3) e atta a riprendere un'immagine di una scena in cui sono presenti una o più sorgenti (2a...2n), la fotocamera (30) presentando una matrice di pixel letta sequenzialmente secondo la tecnica dell'otturatore progressivo, cosicché una modulazione temporale della sorgente (2a...2n) è trasformata in una modulazione spaziale nell'immagine acquisita; - un'unità elaborativa (31), appartenente anch'essa al dispositivo (3) e atta ricevere dalla fotocamera (30) un'informazione di luminosità nella direzione di lettura della matrice e a ricavare da tale informazione il codice identificativo della sorgente o di ogni sorgente (2a...2n); - un dispositivo di memoria (6) atto a memorizzare informazioni che associano i codici identificativi alle sorgenti (2a...2n) e alla loro posizione nell'ambiente (1), a ricevere dall'unità di elaborazione (31) il codice identificativo o i codici identificativi e a fornire in risposta indicazioni di localizzazione; caratterizzato dal fatto che detta unità elaborativa (31) è programmata per: - identificare nell'immagine della scena una o più regioni d'interesse (40), ognuna comprendente sostanzialmente il solo blocco di pixel contenente una sorgente (2a...2n); - verificare la compatibilità della sorgente (2a...2n) contenuta nella regione d'interesse o in ciascuna regione d'interesse (40) con le caratteristiche del sistema (10); e - per ogni regione d'interesse (40) compatibile con il sistema: - estrarre un profilo di luminosità della regione d'interesse (40) nella direzione di lettura della matrice di pixel; - portare detto profilo di luminosità ad una lunghezza prefissata e costante, tale da determinare un tempo prefissato e costante di acquisizione della regione d'interesse da parte della fotocamera, mediante aggiunta di valori iniziali e finali prefissati; e - riconoscere il codice identificativo sottoponendo il profilo di luminosità ad una trasformazione dal dominio del tempo al dominio della frequenza.
8. Sistema di localizzazione (10) secondo la riv.7, in cui, per l'identificazione di una regione d'interesse (40), l'unità elaborativa (31) è programmata per: - effettuare un campionamento sparso dell'immagine della scena acquisita dalla fotocamera (30) prelevando un pixel ogni K pixel dell'immagine stessa; - costruire una matrice ridotta comprendente solo i pixel prelevati con il campionamento sparso; - analizzare la luminosità dei pixel della matrice ridotta per determinare una luminosità media dello sfondo dell'immagine; e - calcolare una soglia di luminosità il cui superamento identifica i confini della regione d'interesse (40).
9. Sistema di localizzazione (10) secondo la riv. 7 o 8, in cui, per la verifica della compatibilità di una sorgente (2a...2n) con il sistema (10), l'unità elaborativa (31) è programmata per verificare che: - le dimensioni della regione d'interesse (40) contenente l'immagine di tale sorgente rientrino in un intervallo prefissato; - nella regione d'interesse (40) sia presente modulazione nella direzione di lettura della matrice di pixel; - nella regione d'interesse (40) non sia presente modulazione in direzione perpendicolare alla direzione di lettura della matrice di pixel; e per scartare regioni d'interesse (40) che non superano uno o più di detti controlli.
10. Sistema di localizzazione (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, in cui i mezzi di pilotaggio (4a...4n) sono atti a modulare ciascuna sorgente (2a...2n): - mediante almeno un segnale periodico avente una frequenza tale che il suo periodo sia un sottomultiplo del tempo prefissato di acquisizione della regione d'interesse da parte della fotocamera (30), o, in alternativa, - mediante almeno un segnale periodico la cui frequenza è scelta in un insieme di frequenze spaziate tra loro di valori crescenti o decrescenti in modo non lineare.
11. Prodotto informatico caricabile nella memoria di un'unità elaborativa (31), in particolare l'unità elaborativa (31) di un terminale di comunicazione mobile (3), e comprendente porzioni di codice software configurato, quando il prodotto è eseguito su detta unità elaborativa (31), per: - pilotare una fotocamera (30), collegata a detta unità elaborativa (31), in modo che essa acquisisca un'immagine di una scena in cui è presente almeno una sorgente di luce visibile (2a...2n) modulata da un segnale periodico (5a...5n) o una combinazione di segnali periodici (5a...5n) la cui frequenza o le cui frequenze formano un codice identificativo dell'almeno una sorgente (2a...2n); - elaborare detta immagine per riconoscere detto codice identificativo; e - accedere, usando il codice identificativo riconosciuto, ad informazioni che associano il codice alla rispettiva sorgente (2a...2n) e a una posizione della stessa in un ambiente (1); caratterizzato dal fatto, che per elaborare l'immagine della scena, detto prodotto è configurato per: - identificare una o più regioni d'interesse (40) nell'immagine, ognuna comprendente sostanzialmente il solo blocco di pixel contenente una sorgente (2a...2n); - verificare la compatibilità della sorgente (2a...2n) contenuta nella regione d'interesse o in ciascuna regione d'interesse (40) con le caratteristiche di un sistema (10) in cui è utilizzato il prodotto; e - per ogni regione d'interesse (40) compatibile con il sistema: - estrarre un profilo di luminosità della regione d'interesse (40) nella direzione di lettura della matrice di pixel della fotocamera (30); - portare detto profilo di luminosità ad una lunghezza prefissata e costante, tale da determinare un tempo prefissato e costante di acquisizione della regione d'interesse (40) da parte della fotocamera (30), mediante aggiunta di valori iniziali e finali prefissati; - riconoscere il codice identificativo sottoponendo il profilo di luminosità ad una trasformazione dal dominio del tempo al dominio della frequenza.