[发明专利]一种基于旋转光图案的室内三维空间定位方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于旋转光图案的室内三维空间定位装置，该装置包括周期性闪烁光源和匀速旋转特定形状扇叶，扇叶所在平面与地面平行，光源中心和扇叶中心的连线垂直于地面，将多个装置部署在与地面平行的同一平面上，每个装置的扇叶旋转周期和光源闪烁周期均不同。本发明还提出了基于上述装置的三维空间定位方法，待定位目标通过光敏传感器检测不同光图案的变化规律来判断偏离扇叶旋转轴心竖直线的夹角和相对于各个扇叶中心线的方向夹角，再由光源的位置从而确定待定位目位置。本发明具有定位精度高、定位结果稳定、部署成本低、定位目标硬件要求简单、能同时定位的目标数量多、定位范围易扩展等优点。

主权项

1.一种基于旋转光图案的室内三维空间定位装置，其特征在于，该装置包括以下单元：多个旋转光图案发射单元，位于所述室内顶部，用于在所处的位置下方形成特定的旋转光图案；每个旋转光图案发射单元都包含一个光源和一个特型扇叶：所述特型扇叶由一片扇形叶片和一片三角形叶片组合而成，三角形叶片为等腰三角形，其底边长D，其顶点到底边中点的距离等于扇形叶片半径等于R，扇形叶片的中线和三角形叶片的中线相连构成特型扇叶的中线，扇形叶片的顶点和三角形叶片底边的中点都位于特型扇叶的旋转轴心上；所述光源位于特型扇叶单元的上方持续发光，光源中心与特型扇叶单元旋转轴心的连线垂直于地面；光源发出的光被特型扇叶遮挡形成投影空间，投影空间上任意一个平行于地面的平面上存在因特型扇叶遮挡而形成的阴影，该阴影随所述特型扇叶作周期性旋转形成周期性光图案；待定位单元，待定位单元安装有光敏传感器，位于旋转光图案发射单元下方，用于通过光敏传感器检测接收到的光信号强度，在特型扇叶旋转一个周时间内，检测到的光信号强度随光源的周期性闪烁及特型扇叶对光源的遮挡而变化；在n个旋转光图案发射单元下，提取待定位单元检测到的光强度变化规律，由光强度变化规律确定参考时刻和特型扇叶遮挡待定位单元时刻，由此计算每个周期内，遮挡待定位单元的时刻相对于参考时刻滞后的时间T`i,i＝1,2,3,...,n；根据该时间与该发射单元特型扇叶的旋转周期Ti,i＝1,2,3,...,n的比值，计算待定位单元相对于旋转轴心投影点的方向与参考方向的夹角θi＝2πT`i/Ti,i＝1,2,3,...,n；提取待定位单元检测到的光强度变化规律，由光强度变化规律确定三角形扇叶周期性遮挡光源而造成的光强周期性变弱的时长τi,i＝1,2,3,...,n，计算待定位单元到光源中心的连线与光源中心到水平面的垂直线之间的夹角αi＝argtg[RTiD/(TiD+2πRτi)],i＝1,2,3,...,n，其中，R为特型扇叶扇形半径，D为特型扇叶三角形底边长度；任取两个旋转光图案发射单元j和k，建立等式htgαjcosθj+htgαkcos(π‑θk)＝Ljkcosβ,j∈(1,2,3,...,n),k∈(1,2,3,...,n)，其中，Ljk为旋转光图案发射单元j和k光源之间的距离，β为两个旋转光图案发射单元j和k光源中心的连线和参考方向之间的夹角，由此计算待定位单元所处水平面相对于光源所处的水平面之间的垂直高度为旋转光图案发射单元j的光源在待定位单元所处平面有一个投影点，待定位单元相对于该投影点的极坐标为(htgαj,θj)，由此确定待定位单元相对于旋转光图案发射单元j光源中心的三维空间位置。