[发明专利]一种可见光通信辅助的透视圆形和弧线的室内定位方法

权利要求书

1.一种可见光通信辅助的透视圆形和弧线的室内定位方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、在室内搭建包括接收端和发射端的通信场景，并建立四个独立的坐标系；

发射端和接收端构成一个椭圆锥Γ，底部为圆形灯具，顶点为接收端；

四个相互独立的坐标系，包括像素坐标系PCS、图像坐标系ICS、相机坐标系CCS和世界坐标系WCS；

步骤二、发射端发射光线，接收端作为待定位对象，捕捉信息并成像，直至找到满足条件的目标灯具；

满足条件是指：接收端成像至少同时存在一个完整圆形和一个局部灯的图像；

步骤三、利用目标灯具在接收端平面成像中的完整圆形，以及同时存在的相邻局部灯具图形，分别计算各自在辅助坐标系ACS下对应的两个法向量，通过计算法向量之间的偏差量，选择最小值作为目标灯具的法向量；

步骤四、搭建VLC空时编码模型，通过驱动不同的LED形成发光阵列，结合几何投影原理，计算交点作为目标灯具的圆心G，以及虚拟标记点M；

虚拟标记点M位于灯具边缘，且在圆心G的正上方，满足向量在世界坐标系下为

步骤五、根据目标灯具的法向量以及水平向量在WCS和CCS下的对应关系，计算目标灯具从CCS坐标系到WCS坐标系的旋转矩阵

旋转矩阵表达如下：

其中，R_X表示围绕CCS坐标系x^c轴的旋转矩阵，R_Y表示围绕CCS坐标系y^c轴的旋转矩阵，R_Z表示围绕CCS坐标系z^c轴的旋转矩阵；分别为：

θ和ψ为目标灯具分别围绕CCS坐标系轴x^c、y^c和z^c轴的欧拉角；

步骤六、利用目标灯具的圆心G以及标记点M分别在CCS坐标系和WCS坐标系的坐标，结合旋转矩阵计算从CCS坐标系到WCS坐标系的平移向量

计算公式如下：

G^w为圆心G在WCS坐标系下的坐标，M^w为标记点M在WCS坐标系下的坐标，G^c为圆心G在CCS坐标系下的坐标；M^c为标记点M在CCS坐标系下的坐标；其中，为从ACS坐标系变换到CCS坐标系的旋转矩阵；G^Tr为ACS坐标系中G点的坐标；M^Tr为ACS坐标系中M点的坐标；

从CCS坐标系到WCS坐标系的旋转矩阵和平移向量即分别为WCS坐标系下相机的姿势矩阵和位置坐标。

2.如权利要求1所述的一种可见光通信辅助的透视圆形和弧线的室内定位方法，其特征在于，所述的在室内定位场景中，发射端为若干圆形面板灯具，随机固定于房间天花板上，每个灯具内均匀分布若干LED；接收端为通用相机。

3.如权利要求1所述的一种可见光通信辅助的透视圆形和弧线的室内定位方法，其特征在于，所述的目标灯具的法向量，计算过程具体为：

首先、建立辅助坐标系ACS，将目标灯具在接收端成像平面的投影设为椭圆Π_e，绕椭圆Π_e长轴旋转该椭圆所在平面，并与椭圆锥曲面Γ的侧面Γ_c相交，存在两个圆截面为Π₁和Π₂；对应两个法向量和

同理，针对该成像中存在的另一个局部图或完整圆形灯图，绕其所在椭圆的长轴旋转并与椭圆锥曲面Γ的侧面相交，形成两个圆截面Π₃和Π₄，对应的两个法向量分别为和

然后、通过计算四个法向量之间的偏差量，选择偏差量最小的法向量作为目标灯具的法向量，并进行归一化；

计算公式为：

CCS坐标系中灯具平面的归一化法向量表示为：

k_i为决定圆平面的法向量朝向的系数。

4.如权利要求1所述的一种可见光通信辅助的透视圆形和弧线的室内定位方法，其特征在于，所述的旋转矩阵中欧拉角θ和ψ的计算过程为：

首先，灯具在世界坐标系中的法向量为将灯具平面的归一化法向量设为那么有：

通过求解得到和θ；

然后，在WCS坐标系中归一化为在CCS坐标系中归一化的向量由求出，那么有：

通过求解得到旋转角ψ。