[发明专利]一种基于深度相机和可见光通信的信标地图构建方法

说明书

本发明公开一种基于深度相机和可见光通信的信标地图构建方法，包括步骤一、调制LED灯光并进行ID编码，步骤二、调整CCD工业相机并计算偏航角度，步骤三、通过特征化算法得到可见光定位的特征，步骤四、利用深度相机捕获并通过TF获取灯光捕获装置的位姿，步骤五、初始可见光定位特征地图的获取，步骤六、特征地图上预估对应ID的灯具中心初始世界坐标，步骤七、采用观测函数预估t时刻下可见光定位特征，步骤八、由ICP执行闭环相似检测；本发明通过结合深度相机的重投影误差与工业相机的观测误差优化工业相机的位姿，利用可见光定位的观测误差，对位姿进行优化，提高了定位与建图的精度，同时实现了LED信标的自主定位功能。

技术领域

本发明涉及可见光通信与计算机视觉技术领域，尤其涉及一种基于深度相机和可见光通信的信标地图构建方法。

背景技术

随着智能技术的飞速发展，基于位置的服务的需求每天都在增加，由于传统的定位技术无法满足室内定位的需求，因此新的室内定位技术，例如蓝牙，Wi-Fi和RFID等已经崭露头角；

在机器人领域，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，在维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等领域有广泛的应用，服务机器人是人工智能高度发展的产物，而自主定位则是机器人应用的基石，对室外机器人定位的研究很多，然而由于绝大多数时间人们都在室内生活、工作、学习，室内将是智能机器人一个广泛的应用区域，而实现室内定位，就是智能机器人在室内进行智能化的第一步；

而目前主流的机器人定位技术是SLAM技术和VLP定位，SLAM技术构建的栅格地图表示法在实时应用比较困难，几何信息地图表示法在广域环境中难以维持精确的坐标信息，拓扑图表示法当环境中存在两个相似的地方时，无法确定是否为同一点，至于VLP定位技术受限于图像处理的精度、摄像头视场角的限制、LED布置数量和密度和LED灯具的维护等因素，系统的鲁棒性较差，因此，本发明提出一种基于深度相机和可见光通信的信标地图构建方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于深度相机和可见光通信的信标地图构建方法，该基于深度相机和可见光通信的信标地图构建方法通过结合深度相机的重投影误差与工业相机的观测误差优化工业相机的位姿，利用了可见光定位的观测误差，对定位的位姿进行优化，提高了定位与建图的精度，同时实现了LED信标的自主定位功能，本方法推动了可见光通信室内定位以及建图技术的实际应用，具有广阔的市场价值。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于深度相机和可见光通信的信标地图构建方法，包括以下步骤：

步骤一、调制LED灯光，并在调制过程中对每个LED灯体分配一个ID编码；

步骤二、调整CCD工业相机，利用工业相机捕捉调制后的LED灯光，获得LED灯体的ID消息以及灯体中心的像素坐标，并通过里程计获得偏航角度；

步骤三、对t时刻的终端航向角α*、工业相机捕获的LED灯光图片以及LED灯体的ID消息经特征化算法得到每一个位姿下的可见光定位的特征；

步骤四、利用深度相机捕获周围环境的RGBD图像，利用基于ORB-SLAM2算法的LoopClosing线程得到t时刻的深度相机位姿，再经过TF变换转换成LED灯光捕获装置的位姿；

步骤五、对利用深度相机得到的LED灯光捕获装置的位姿及每个位姿下的可见光定位特征进行时间戳上的匹配，得到一个初始可见光定位特征的地图；

步骤六、对初始可见光定位特征的地图进行基于ID上的分类，同时对处于观测到同一个ID特征下预估对应ID的灯具中心的初始世界坐标；

步骤七、利用得到的初始灯具中心的世界坐标及t时刻下的位姿，采用观测函数预估t时刻下的可见光定位的特征，优化灯具中心的世界坐标与工业相机位姿；