[发明专利]一种基于LED和图像传感器的光定位方法、系统和装置

权利要求书

1.一种基于LED和图像传感器的光定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

发光步骤：由发射机的LED发出光信号；

距离确定步骤：由接收机中的图像传感器感测接收到的光信号强度，根据LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及接收到的光信号强度，获得接收机与发射机的LED之间的距离，其中所述图像传感器前方设置有光学镜头；

角度确定步骤：确定LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标，根据光学镜头的光投影模型，获得发射机与接收机之间的空间相对角度；

定位步骤：基于LED的空间位置坐标、接收机与发射机之间的距离以及空间相对角度,计算接收机的空间位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及LED的空间位置信息预先存储在所述接收机中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及LED的空间位置包含在LED发出的光信号中；

所述方法还包括：

定位信号产生步骤：由发射机的定位信号发生器产生定位信号，以用该定位信号调制LED的发光强度，以使得LED在发光步骤中发射携带定位信号的光信号，其中，所述定位信号包含LED的空间位置信息、LED的发光强度信息以及LED发光光束分布特性；以及

光信号感测步骤：由所述图像传感器以预设帧频拍摄LED在图像传感器平面上的成像光斑，将获取的每一帧LED图像的灰度值作为一次采样值，获取接收波形，以根据接收波形解调出定位信号，其中，所述预设帧频为LED发射信号最高频率的2倍以上。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述定位信号包含定位报文和测距信号，所述定位报文包含LED的空间位置信息、LED发光强度信息以及LED发光光束分布特性。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测距信号为正弦波、矩形波或直流信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间相对角度包括LED与镜头光心连线相对于镜头法线的入射角以及LED相对于接收机的方位角，并且根据如下公式获得发射机与接收机之间的空间相对角度：

$\mathrm{\ω}=f\left(\sqrt{{\left(u-o_u\right)}^2-{\left(v-o_v\right)}^2}\right),$

其中，ω为LED与镜头光心连线相对于镜头法线的入射角；为LED相对于接收机的方位角；(u,v)为LED的入射光斑中心在图像传感器平面的位置坐标；(o_u,o_v)为图像传感器平面的中心坐标；

并且，所述定位步骤包括：

基于接收机与发射机之间的距离以及空间相对角度与LED在相机坐标系内的位置坐标的关系计算LED在相机坐标系内的位置坐标；以及

基于LED的空间位置坐标以及LED在相机坐标系内的位置坐标对接收机在相机坐标系内的位置坐标进行变换，得到接收机的空间位置坐标。