基于编码光定位便携式设备制造技术

本发明专利技术涉及使用编码光定位便携式设备的位置的设备、系统和方法，该便携式设备包括图像传感器和惯性测量单元，该方法包括：从图像传感器获得包括编码光源的第一图像，并且基本同时地从惯性测量单元获得指示该便携式设备或该图像传感器的取向的取向信息；获得光源具体信息，其形式为：允许检索该编码光源的三维位置的标识符，或该编码光源的三维位置；以及基于所述取向信息、该便携式设备或图像传感器的预先确定的高度估计以及所述光源具体信息，计算该便携式设备或图像传感器的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总地涉及位置（location）系统的领域，并且更具体地涉及用于基于编码光的定位的方法、设备和系统。
技术介绍
首先随着低成本GPS设备的引入，并且之后随着具有导航功能性的智能电话的几乎全球范围的采用，位置系统在过去的二十年中已经成为主流设备。近来，室内位置系统正得到越来越多的关注。若干室内位置系统是已知的，这些系统是基于红外（IR）、超声、视频监控和RF信号的。多模态（multi-modal）系统也似乎吸引了相当多的关注，诸如在ZhengSun等人所著的“Headio:Zero-ConfiguredHeadingAcquisitionforIndoorMobileDevicesThroughMultimodalContextSensing”中提出的“Headio”系统。这后一种系统将来自在智能电话中找到的重力传感器和磁力计传感器的信息与随其捕获的摄像机数据组合。在Headio系统中，前置摄像机用于对天花板成像，天花板常常具有直的边缘，其可以被用作用于取向（orientation）的另外模态。然而，并不是所有天花板都具有这样的“清晰可见的边缘”，而在缺少这些边缘的情况中，该系统可能表现不太良好。
技术实现思路
本专利技术脱离了使用RF定位作为主要手段来确立便携式设备位置的定位系统。替代的，本专利技术专注于使用广泛可用的光源。更具体的，本专利技术提出利用具有登记的三维位置的光源作为定位的主要手段。有利地，所讨论的光源是编码光源。本文的编码光指的是对于主要用于照明目的的可见光的调制。通过恰当地调制这种光，调制可以保持对裸眼基本不可见，但是可以向布置有合适的编码光接收器的便携式设备提供信息。根据本专利技术的第一方面，提供一种使用第一光源定位便携式设备的位置的方法，该便携式设备包括图像传感器和惯性测量单元，该方法包括：从图像传感器获得包括第一光源的第一图像，并且基本同时地从惯性测量单元获得指示便携式设备或图像传感器的取向的取向信息；确立第一光源的三维位置；并且基于取向信息、第一图像内的第一光源的方位（position）、便携式设备或图像传感器的预先确定的高度估计、以及第一光源的三维位置，计算便携式设备或图像传感器的位置。值得注意的是，惯性测量单元（IMU）提供便携式设备或图像传感器两者中任意一个的取向，在IMU提供便携式设备的取向的情况下，这可以用来确定图像传感器的取向。图像传感器进而又提供图像传感器的视野的第一图像。当光源在此视野内可见时，其将由图像传感器成像，从而登记图像传感器相对于该光源的相对方位的信息。接下来，我们需要确立第一光源的三维位置。在一个实施例中，这可以通过让用户在地图上指出哪个具体的发光体被成像并且随后从数据库检索它的三维位置而完成。在特别有利的实施例中，光源自身可以直接或间接地提供此信息。当光源在编码光信号中传输它的三维位置时，三维位置信息的直接提供是可能的。当光源在编码光信号中提供允许从数据库检索三维位置信息的光源具体信息时，三维位置信息的间接提供是可能的。一旦三维位置信息可用，该信息就可以被用来提供便携式设备的位置的估计。为了这样做，我们还假定便携式设备处在预先确定的高度，此高度可以被设置为预先确定的高度值，其可以针对设备的主要用户而定制，和/或甚至可以随时间而被校正，如将在本文下面讨论的。通过使用所收集的数据和预先确定的高度估计，我们可以计算相对于编码光源的位置，并且基于光源的已知位置从而估计便携式设备的位置。在另外的优选实施例中，编码光源提供光源具体信息，其使得能检索编码光源的三维位置。值得注意的是，这可以简化编码光源的调试过程，因为光源不需要利用它的精确的方位来进行编程，而是实际上只需要传输允许从数据库检索位置的（本地）独特的标识符。在优选的实施例中，取向信息是基于多个输入模态的，其中相应的输入模态的贡献基于一个或多个控制准则而被加权。第一输入模态是磁罗盘数据，这在没有运动时在起动处是有用的信息，然而当覆盖相当大的距离时，它不如加速计和/或陀螺仪数据可靠。第二输入模态可以是三维加速计数据。加速计数据典型地被使用，因为它比罗盘数据和陀螺仪数据更可靠。另外的模态是三维陀螺仪数据。当存在便携式设备的相当大的移动时，可以使用陀螺仪数据，然而陀螺仪数据初始不可靠并且倾向于当存在小的运动时发生漂移。相应数据的更优选的使用是基于以下形式的准则，即相应模态的可靠性测量。在优选的实施例中，一旦便携式设备已经确立它的相对于编码光源的方位，则便携式设备为了定位还可以使用其它光源，更具体地是非编码光源。为此，该方法还包括获得指示便携式设备在水平面内的取向的前进方向（heading）信息，获得包括第二光源的第二图像。值得注意的是，第二光源可以传输编码光，但不是必需传输编码光。如果第二光源发射编码光，那么有可能使用上文描述的信息来确定设备的位置。通过将新计算的位置与之前计算的位置相组合，可以获得更准确的位置。如果第二光源不发射编码光，则仍然有可能使用所述光源的检测与之前计算的位置以及来自IMU的信息相组合地来计算可靠的位置更新。为此，先前描述的方法可以通过以下操作而被延伸，即：访问包括三维位置数据的第二地图信息，提供光源的另外的三维位置；基于便携式设备或图像传感器的计算的位置、在第二图像中的第二光源的方位以及所述前进方向信息，确立被包括在第二地图信息中的候选光源；以及在第二图像内的光源对应于候选光源的假定下，使用取向信息、第二图像中的第二光源的方位、第二图像中的候选光源的位置、便携式设备或图像传感器的预先确定的高度估计、和由第二地图信息所标识的候选光源的位置，计算便携式设备或图像传感器的更新的位置。因为在这种方法中，编码光源和非编码光源两者都可以被使用，所以这种方法使得能够针对现存位置以减少的成本使用编码光进行定位，因为只有这些光源中的一些光源需要被编码光光源取代。在优选的实施例中，定位的方法使用粒子滤波（particlefilter）合并计算（consolidate）位置和取向，并且其中多个粒子被保持，每一个粒子反映便携式设备的不同的可能状态，每一个状态包括便携式设备的可能取向和可能位置，并且其中该方法牵涉到：针对每一个粒子，通过将相应粒子的取向和位置与所获得的取向信息以及所计算的位置相匹配，为该粒子确定权重，其中当匹配更好时，权重更高；通过基于该权重产生新的粒子，而对粒子重新取样，其中在具有更高权重的粒子附近选择更大数量的新粒子；以及通过对经加权的粒子或经重新取样的粒子取平均，计算便携式设备或图像传感器的合并计算的位置和取向。更可选的，所述取平均可以被限于最高权重粒子的子集，或者可以甚至需要选择最高权重的粒子。通过保持和跟踪多个粒子，有可能在所确定的对位置和取向的估计中考虑不确定性。在优选的实施例中，定位的方法使用多个假设跟踪来合并计算位置和取向，其中多个假设被保持，每一个假设反映便携式设备的不同的可能状态，每一个状态包括便携式设备的可能取向和可能位置，并且其中该方法牵涉到：针对每一个假设，通过将相应假设的取向和位置与所获得的取向信息和所计算的位置相匹配，为该假设确定度量，其中当匹配更好时所述度量更低；将每一个假设分支成相似的后代，为每一个后代计算度量，并且为下一个迭代保留预先确定的数量的幸存者本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用第一光源定位便携式设备的位置的方法，所述便携式设备包括图像传感器和惯性测量单元，所述方法包括：‑ 从所述图像传感器获得包括第一光源的第一图像，并且基本同时地从所述惯性测量单元获得指示所述便携式设备或所述图像传感器的取向的取向信息；‑ 确立所述第一光源的三维位置；并且‑ 基于所述取向信息、所述第一图像内的所述第一光源的方位、所述便携式设备或图像传感器的预先确定的高度估计、以及所述第一光源的三维位置，计算所述便携式设备或图像传感器的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.28 EP 14162494.01.使用第一光源定位便携式设备的位置的方法，所述便携式设备包括图像传感器和惯性测量单元，所述方法包括：-从所述图像传感器获得包括第一光源的第一图像，并且基本同时地从所述惯性测量单元获得指示所述便携式设备或所述图像传感器的取向的取向信息；-确立所述第一光源的三维位置；并且-基于所述取向信息、所述第一图像内的所述第一光源的方位、所述便携式设备或图像传感器的预先确定的高度估计、以及所述第一光源的三维位置，计算所述便携式设备或图像传感器的位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光源是编码光源，并且其中确立所述第一光源的三维位置包括：从来自所述第一光源的编码光获得光源具体信息，其形式为：-允许检索所述编码光源的三维位置的标识符，或-所述编码光源的三维位置。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述光源具体信息是使得能检索所述第一光源的三维位置的标识符，并且其中所述计算包括：-访问包括三维位置数据的第一地图信息，将一个或多个编码光源的光源具体信息联系到相应的一个或多个位置，-基于下述项计算所述便携式设备或图像传感器的一个或多个候选位置：-所述取向信息，-所述第一图像内的所述第一光源的方位，-所述便携式设备或图像传感器的预先确定的高度估计，-所述第一图像内的所述光源的位置，以及-被包括在所述第一地图信息中的由所述光源具体信息标识的所述第一光源的位置。4.根据权利要求1-3的任一项所述的方法，其中所述取向信息是基于多个模态，所述模态包括：-磁罗盘数据，-三维加速计数据，以及-三维陀螺仪数据，并且其中相应源的贡献能基于一个或多个控制准则而加权。5.根据权利要求1-4的任一项所述的方法，所述方法还包括-获得指示所述便携式设备在水平面内的取向的前进方向信息，-获得包括第二光源的第二图像，-访问包括三维位置数据的第二地图信息，从而提供光源的另外的三维位置，-基于所述便携式设备或图像传感器的计算的位置、所述第二图像中的所述第二光源的方位和所述前进方向信息，确立包括在所述第二地图信息中的候选光源，以及-在所述第二图像中的光源对应于所述候选光源的假定下，使用下述项计算所述便携式设备或图像传感器的更新位置：-所述取向信息，-所述第二图像中的所述第二光源的方位，-所述第二图像中的所述候选光源的位置，-所述便携式设备或图像传感器的预先确定的高度估计，以及-由所述第二地图信息所标识的所述候选光源的位置。6.根据权利要求1、2或5所述的方法，其中使用粒子滤波来确定所述位置和取向，并且其中多个粒子被保持，每一个粒子反映了所述便携式设备的不同的可能状态，每一个状态包括所述便携式设备的可能取向和可能位置，并且其中所述方法牵涉到：-针对每一个粒子，通过将相应粒子的取向和位置与所获得的取向信息和所计算的位置相匹配，为所述粒子确定权重，其中当匹配更好时，所述权重更高；-基于所述权重，通过产生新的粒子，对所述粒子重新取样，其中在具有更高权重的粒子附近选择更大数量的新粒子，以及-通过对经加权的粒子或对经重新取样的粒子取平均，计算所述便携式设备或图像传感器的合并计算的位置和取向。7.根据权利要求1、2或5所述的方法，其中保持多个假设，每一个假设反映所述便携式设备的不同的可能状态，每一个状态包括所述便携式设备的可能取向和可能位置，并且其中所述方法牵涉到：-针对每一个假设，通过将相应假设的取向和位置与所获得的取向信息和所计...

【专利技术属性】
技术研发人员：CPMJ巴格根，P霍伊科斯特拉，BJ沃斯，B范蒂伊，
申请(专利权)人：飞利浦灯具控股公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL