[发明专利]一种基于空间调制的室内成像定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于空间调制的室内成像定位方法，其特征在于：依托的室内成像定位系统，包括特征码、LED灯、定位终端和定位模块；特征码附着在LED灯上，包含K个特征和二维码，且该特征码通过对LED的位置信息进行调制得到；LED灯为特征码中的人工特征提供稳定的背景，使得特征不易受到光照条件改变的影响；二维码包括LED灯的ID编号、X坐标、Y坐标以及Z坐标信息，其中XYZ为GPS或自定义参考系的三维信息；特征码与LED灯相连，定位终端和定位模块相连；定位终端中的后置相机获取LED灯信息；所述室内成像定位方法，包括如下步骤：

步骤1、设定LED灯与后置相机的工作距离；

步骤2、确定后置相机的最佳曝光时间和IOS值；

步骤3、确定特征码的最佳透明度；

步骤4，标定后置相机，确定后置相机的内参矩阵及畸变系数；

步骤5、系统初始化，具体包括初始化参数和加载参数；

其中，加载参数，包括加载标准模板以及读取步骤4中确定的内参矩阵以及畸变系数；初始化参数，包括：初始化特征码中的特征直径、二维码长宽、ORB检测的提取参数、均匀池化阈值以及二值化阈值；

其中，标准模板即特征码；

步骤6、后置相机获取图像信息；

步骤7、对步骤6获取的图像信息进行处理，解算出后置相机的2D坐标信息，具体包括如下子步骤：

步骤7.a)对步骤5加载的标准模板及步骤6获取的图像分别进行预处理，得到预处理后的标准模板及图像；

步骤7.a)中，预处理包括去噪、锐化；

步骤7.b)使用ORB角点检测器对步骤7.a)预处理后的标准模板及图像分别进行特征提取，得到标准模板特征及图像特征；

步骤7.c)对步骤7.b)所提取的标准模板特征及图像特征进行匹配，通过匹配关系获得K个特征的图像二维坐标；

步骤7.d)对步骤7.a)预处理后的图像进行矫正并截取二维码；

步骤7.e)对步骤7.d)截取的二维码进行二值化，得到二值化图像；

步骤7.f)对步骤7.e)得到的二值化图像进行均匀池化，获得LED灯的三维坐标信息，具体为：基于二维码从左到右、从上到下对二值化图像进行均匀池化得到二进制序列信息，再将二进制序列信息进行进制转换，获得LED灯的三维坐标信息；

步骤7.g)利用步骤7.f)获得的三维坐标信息，通过LED灯中心和特征之间的几何关系，获得标准模板K个特征对应的三维坐标信息；

步骤7.h)基于非线性优化进行迭代，具体为：利用K个特征的二维坐标信息与之对应的三维坐标信息、相机内参矩阵以及畸变系数进行求解，得到后置相机的位姿；

步骤7.i)对步骤7.h)求解得到的位姿进行逆变换，得到后置相机的坐标信息，即为定位终端的位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间调制的室内成像定位方法，其特征在于：依托的室内成像定位系统中特征码的每个特征均为梯度渐变的扇形，且特征间的差异体现为角度不同；每个特征用于表征对应特征的真实位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于空间调制的室内成像定位方法，其特征在于：依托的室内成像定位系统中特征码的解码方式采用均匀池化方式，通过池化窗口内总像素均值与预设阈值进行比较，获得解码信息。

4.根据权利要求3所述的一种基于空间调制的室内成像定位方法，其特征在于：依托的室内成像定位系统中二维码的每一行使用T个黑白条纹进行编码，黑色像素块表示逻辑“0”，白色像素块表示逻辑“1”；T比特可为系统提供的ID数量为2^T，若S行均为ID编号，则ID可编码的比特为S*T比特，可提供的ID数量为2^S*T。

5.根据权利要求4所述的一种基于空间调制的室内成像定位方法，其特征在于：依托的室内成像定位系统中定位终端包括后置相机；该后置相机获取LED灯的图像信息，定位模块依托于标准模板，该标准模板用于特征标序和确定方向，该定位模块对定位终端获取的图像进行信息解算，获取定位终端的当前位置。

6.根据权利要求5所述的一种基于空间调制的室内成像定位方法，其特征在于：步骤1中，工作距离的取值范围为1到3米之间。