[发明专利]一种基于光源成像的室内可见光定位方法

摘要

一种基于光源成像的室内可见光定位方法，其中发射端在满足照明要求的同时，为成像定位系统提供参考点；接收端包括成像探测器、角度识别模块及成像定位算法处理模块，采集光源图像，结合加速度计、地磁探测器和陀螺仪对探测器自身的角度进行探测，并获取接收端在三维空间直角坐标系中的方位角、俯仰角和滚转角；再根据成像定位算法处理模块中的成像定位算法，利用光源实际大小和像面上光源投影大小的比例计算移动端高度；将光源抽象为多个定位参考点，并在像面的光源投影上获取对应的投影点；再基于相似三角形和几何光学的原理列出定位方程组，最后用数值方法解出最小二乘解，完成定位小区内部的高精度室内定位。

主权项

一种基于光源成像的室内可见光定位方法，其特征在于：本方法所依托的一种基于光源成像的室内可见光定位系统，包含发射端和接收端两个部分，其中发射端在满足照明要求的同时，为基于光源成像的室内可见光定位系统提供参考点；接收端包括成像探测器、角度识别模块和成像定位算法处理模块，根据采集到的光源图像和接收端自身的角度信息进行解算，并进行定位；对于每个定位小区，本方法所依托的一种基于光源成像的室内可见光定位系统的发射端仅具有一个，在实际使用时通过不同小区的组合对室内环境进行覆盖；所述的发射端由电源模块、光源驱动模块、光源三部分组成；所述的电源模块使用的是交流转直流电路，其主要功能是将市电转化为光源驱动模块所需要的直流电压；为光源驱动模块提供电源；所述的光源驱动模块为其对应的光源提供恰当的驱动电流，使其发出满足室内照明要求的可见光；所述的成像探测器主要用来采集图像，为基于光源成像的成像定位算法提供原始图像数据；所述的角度识别模块集成在接收端内部，结合加速度计、地磁探测器和陀螺仪对探测器自身的角度进行探测，并获取接收端在三维空间直角坐标系中的方位角、俯仰角和滚转角；所述的成像定位算法处理模块中的成像定位算法，主要是利用光源实际大小和像面上光源投影大小的比例计算移动端高度；同时将光源抽象为多个定位参考点，并在像面的光源投影上获取对应的投影点；再利用基于相似三角形和几何光学的原理列出定位方程组，最后用数值方法解出最小二乘解，完成对接收端的定位；所述的成像定位算法处理模块中的成像定位算法，主要步骤如下：步骤一、根据光源的特征对将光源抽象成N个定位参考点，假设每个参考点的空间坐标为(x_i,y_i,z)i∈[1,2,…,N]。由于在同一光源中，各参考点的z坐标相等；步骤二、在定位小区内部利用成像探测器对进行图像采集，获取光源在像面上的投影图像；步骤三、利用角度识别模块获取接收端的方位角、俯仰角和滚转角；步骤四、利用接收端的方位角、俯仰角和滚转角对采集到的图像进行重建，使重建的图像近似于接收端在方位角、俯仰角和滚转角均等于0时所采集的图像；步骤五、根据重建的图像，对重建图像中光源的投影进行参考点对应投影点的选取，使得在光源投影上选取的投影点与之前在光源上选取的参考点一一对应；假设各投影点在以像面中心为原点，像面两边为坐标轴的二维直角坐标系中的坐标分别为(x_i',y'_i)i∈[1,2,…,N]，其下标与参考点坐标的下标一一对应；步骤六、根据光源大小与重建图像中其对应投影大小的比例以及成像探测器焦距，计算接收端的高度；其中，计算接收端的高度为：h＝f×k；所述的成像探测器焦距f可直接由接收图像内部的集成信息读出，比例k是光源的真实直径与其在成像探测器上投影的直径之比；步骤七、根据上述步骤五和步骤六中获得的坐标和高度值，列出定位方程组；步骤八、对步骤七的上述方程组求最小二乘解，可得接收端的空间坐标；至此，从步骤一到步骤八完成了一种基于光源成像的室内可见光定位。