一种用于对手持终端高精度定位的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种代入手持终端空间姿态角的并基于成像装置成像的对手持终端的高精度定位方法，由于其代入了手持终端检测到的自身的空间姿态角，使得其可以广泛的应用于集成了摄像头和空间姿态检测传感器(三唑运动传感器、磁阻传感器)的移动终端设备，从而具有广泛的推广和使用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及利用手持终端空间倾角及其拍摄到的尺寸已知的不对称图形得到相关的几何关系来对手持终端精确定位。
技术介绍
基于图形定位技术有很多，诸如由赵千川、邹建红、杨文和程志金公开的(CN201510245392.2)基于二维码的位置定位方法、系统及二维码编码方法，但明显地该专利技术只能通过二维码获取当前大致所处的楼层或者房间号，无法得到非常精确的定位。另外一种公知的基于图形可以精确的定位的专利技术专利是由刘征公开的(CN201210186563.5)基于二维码的室内移动机器人定位系统和方法，该方法可以通过二维码图像精确地定位机器人小车(摄像头感光平面与二维码所在平面平行的特殊情况)相对于二维码的精确位置；但是其具有致命的缺陷，从其专利公开、授权全文可知，其从来未曾考虑过小车本身存在水平倾角(即摄像头感光平面与二维码所在平面不平行的情况)，更无法在小车存在水平倾角的情况下对下车进行定位，正是因为其没有引入被定位设备(小车)本身水平倾角的原因，使得该专利无法对被用户以任意姿态手持的手机、平板进行定位，从而极大的局限了该专利的使用范围和实用性。本专利技术与该专利技术本质的不同即为本专利技术引入了移动终端设备(手机、平板)自身的水平倾角来精确定位被以任意姿态手持的移动终端设备的位置，使得本专利技术能广泛的应用于集成了前/后置摄像头和AHRS模组(三轴惯性传感器+三轴电子罗盘)的移动终端设备的精确定位，从而使得本专利技术的具有极为广泛的使用范围和非常高的实用性。
技术实现思路
一种用于对手持终端高精度定位的系统，所述系统包含：(a) 至少一个不对称图形；所述至少一个不对称图形绘制于一个或者复数个参考平面；所述至少一个不对称图形的各不对称图形包含了其所处参考平面在预设空间坐标系中的空间平面方程、其第一成像主轴和第二成像主轴在预设空间坐标系中的空间直线方程、其第一实像线段的两端端点在预设空间坐标系中的坐标、其第二实像线段的两端端点在预设空间坐标系中的坐标的可识别信息；以及(b) 至少一个手持终端；所述至少一个手持终端的各手持终端至少包含了凸透镜与成像传感器面阵组成的成像装置、AHRS模组和处理器；其中各手持终端利用其自身的至少一个特征及其成像视野内捕获的不对称图形的至少两个特征、以及该不对称图形的第一成像主轴和第二成像主轴在预设空间坐标系中的直线方程以及其上对应的实像线段的长度来实现对所述手持终端的高精度定位。所述手手持终端利用其自身的至少一个特征是：利用所述AHRS模组来步骤AHRS模组所在安装平面的法向量，并根据AHRS模组相对于手持终端的固定方式以及成像传感器面阵相对于手持终端的固定方式来间接地计算所述成像传感器面阵所在安装平面的法向量；结合不对称图形的第一成像主轴和第二成像主轴上对应的实像线段经过凸透镜在所述成像传感器面阵上对应成像的像线线段相对于成像传感器面阵内像素感光单元的排列方向的夹角，并结合成像传感器面阵所在安装平面的法向量分别计算得到第一像线线段、第二像线线段的方向向量。所述的手持终端利用其捕获的成像视野内不对称图形的至少两个特征是：其一为所述不对称图形的第一成像主轴上的第一实像线段经过凸透镜后在所述成像传感器面阵上所成的像即为第一像线线段，利用已知的手持终端机械设计参数得到所述凸透镜光心O与所述成像传感器面阵的相对安装位置，结合已知的成像传感器面阵的机械尺寸参数和第一像线线段的两端端点的像素坐标计算得到第一像线线段的两端端点、凸透镜光心O(123)三者之间的相对坐标，由第一像线线段与凸透镜光心O构成的三顶点相对位置已知的第一成像三角形，并计算该三顶点相对位置已知的第一成像三角形的各角的角度值；其二为所述不对称图形的第二成像主轴上的第二实像线段经过凸透镜后在所述成像传感器面阵上所成的像即为第二像线线段，利用已知的手持终端机械设计参数得到所述凸透镜光心O与所述成像传感器面阵的相对安装位置，结合已知的成像传感器面阵的机械尺寸参数和第二像线线段的两端端点的像素坐标计算得到第二像线线段的两端端点、凸透镜光心O(123)三者之间的相对坐标，由第二像线线段与凸透镜光心O构成的三顶点相对位置已知的第二成像三角形，并计算该三顶点相对位置已知的第二成像三角形的各角的角度值；利用凸透镜成像原理可知：其中第一成像主轴及其上的第一实像线段与第一像线线段都在同一平面内且该平面为第一成像平面，其中第二成像主轴及其上的第二实像线段与第二像线线段都在同一平面且该平面为第二成像平面。利用从所述不对称图形提取出的所述第一成像主轴的空间直线方程求得第一成像主轴及其上第一实像线段的方向向量，结合权利要求2中所述的计算得到第一像线线段的方向向量，利用凸透镜成像原理可知第一成像主轴及其上的第一实像线段与第一像线线段都在第一成像平面内，利用正弦定理计算得到第一成像主轴及其上第一实像线段与第一像线线段所成的第一成像夹角的大小；利用从所处不对称图形提取出的所述第二成像主轴的空间指向方程求得第二成像主轴及其上第二实像线段的方向向量，结合权利要求2中所述的计算得到第二像线线段的方向向量，利用凸透镜成像原理可知第一成像主轴及其上的第二实像线段与第二像线线段都在第二成像平面内，利用正弦定理计算得到第二成像主轴及其上第二实像线段与第二像线线段所成的第二成像夹角的大小；利用已知的手持终端的机械设计参数得到所述凸透镜光心O与所述成像传感器面阵的相对安装位置，结合已知的成像传感器面阵的机械尺寸参数和像线线段的两端端点的像素坐标计算得到像线线段两端端点与凸透镜光心O之间的相对坐标及其之间的相对坐标，由像线线段与凸透镜光心O构成三顶点相对位置已知的成像三角形⊿Ocd，计算成像三角形⊿Ocd并得到成像下夹角∠Ocd(505)等于α、成像上夹角∠Odc(506)等于β；利用凸透镜成像原理可知点b、凸透镜光心O(122)、点c在一条直线上，计算三角形⊿ebc的∠ebc的外角即实像上夹角∠abO(503)为α+ θ；利用凸透镜成像原理可知点a、凸透镜光心O(122)、点d在一条直线上，计算三角形⊿ade的内角实像下夹角∠dae(502)为β-θ；已知该成像平面实像线段ab(501)的长度为L、实像下夹角∠baO(502)和实像上夹角∠abO(503),利用正弦定理计算可以得到在该成像平面内凸透镜光心O(122)相对于实像线段ab(501)中点的坐标；结合实像线段ab(501)在空间坐标系内的方向向量及其中点在空间坐标系内的坐标，可以得到由本成像平面确定的凸透镜光心O(122)所在的定位半圆弧线方程；分别地不分先后顺序地计算得到由第一成像平面、第二成像平面的第一定位半圆弧线方程、第二定位半圆弧线方程，求解第一定位半圆弧线方程和第二定位半圆弧线方程的交点在预设空间坐标系内的坐标，即为包含凸透镜光心O(122)在内的手持终端(120)在预设空间坐标系内的位置；从而实现对手持终端(120)位置的高精度定位。所述的成像传感器面阵所在的安装平面与AHRS模组的三轴的任意两轴组成的三个姿态坐标平面的一个平面平行；所述成像传感器面阵安装方式确保其内像素感光单元的排列方向与其所平行的姿态坐标平面的两轴之一平行或者夹角已知。一种用对手持终端高精度定位的方法，所述方法包含以下步骤：步骤(a) 方法被触发信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对手持终端高精度定位的系统，所述系统包含：至少一个不对称图形；所述至少一个不对称图形绘制于一个或者复数个参考平面；所述至少一个不对称图形的各不对称图形包含了其所处参考平面在预设空间坐标系中的空间平面方程、其第一成像主轴和第二成像主轴在预设空间坐标系中的空间直线方程、其第一实像线段的两端端点在预设空间坐标系中的坐标、其第二实像线段的两端端点在预设空间坐标系中的坐标的可识别信息；以及至少一个手持终端：所述至少一个手持终端的各手持终端至少包含了凸透镜与成像传感器面阵组成的成像装置、AHRS模组和处理器；其中各手持终端利用其自身的至少一个特征及其成像视野内捕获的不对称图形的至少两个特征、以及该不对称图形的第一成像主轴和第二成像主轴在预设空间坐标系中的直线方程以及其上对应的实像线段的长度来实现对应所述手持终端的高精度定位。

【技术特征摘要】
1.一种用于对手持终端高精度定位的系统，所述系统包含：至少一个不对称图形；所述至少一个不对称图形绘制于一个或者复数个参考平面；所述至少一个不对称图形的各不对称图形包含了其所处参考平面在预设空间坐标系中的空间平面方程、其第一成像主轴和第二成像主轴在预设空间坐标系中的空间直线方程、其第一实像线段的两端端点在预设空间坐标系中的坐标、其第二实像线段的两端端点在预设空间坐标系中的坐标的可识别信息；以及至少一个手持终端：所述至少一个手持终端的各手持终端至少包含了凸透镜与成像传感器面阵组成的成像装置、AHRS模组和处理器；其中各手持终端利用其自身的至少一个特征及其成像视野内捕获的不对称图形的至少两个特征、以及该不对称图形的第一成像主轴和第二成像主轴在预设空间坐标系中的直线方程以及其上对应的实像线段的长度来实现对应所述手持终端的高精度定位。2.根据权利要求1中所述的手持终端利用其自身的至少一个特征是：利用所述AHRS模组来捕捉AHRS模组所在安装平面的法向量，并根据AHRS模组相对于手持终端的固定方式以及成像传感器面阵相对于手持终端的固定方式来间接地计算所述成像传感器面阵所在安装平面的法向量；结合不对称图形的第一成像主轴和第二成主轴上对应的实像线段经过凸透镜在所述成像传感器面阵上对应成像的像线线段相对于成像传感器面阵内像素感光单元的排列方向的夹角，并结合成像传感器面阵所在安装平面的法向量分别计算得到第一像线线段、第二像线线段的方向向量。3.根据权利要求1中所述的手持终端利用的其捕获的其成像视野内不对称图形的至少两个特征是：其一为所述不对称图形的第一成像主轴上的第一实像线段经过凸透镜后在所述成像传感器面阵上所成的像即为第一像线线段，利用已知的手持终端机械设计参数得到所述凸透镜光心O与所述成像传感器面阵的相对位置，结合已知的成像传感器面阵的机械尺寸参数和第一像线线段的两端端点的像素坐标计算得到第一像线线段的两端端点、凸透镜光心O(123)三者之间的相对坐标，由第一像线线段与凸透镜光心O构成的三顶点相对位置已知的第一成像三角形，并计算该三顶点相对位置已知的第一成像三角形的各角的角度值；其二为所述不对称图形的第二成像主轴上的第二实像线段经过凸透镜后在所述成像传感器面阵上所成的像即为第二像线线段，利用已知的手持终端机械设计参数得到所述凸透镜光心O与所述成像传感器面阵的相对位置，结合已知的成像传感器面阵的机械尺寸参数和第二像线线段的两端端点的像素坐标计算得第二像线线段的两端端点、凸透镜光心O(123)三者之间的相对坐标，由第二像线线段与凸透镜光心O构成的三顶点相对位置已知的第二成像三角形，并计算该三顶点相对位置已知的第二成像三角形的各角的角度值；利用凸透镜成像原理可知：其中第一成像主轴及其上的第一实像线段与第一像线线段都在同一平面内且该平面为第一成像平面，其中第二成像主轴及其上的第二实像线段与第二像线线段都在同一平面且该平面为第二成像平面。4.根据权利要求1所述的不对称图形，利用从所述不对称图形提取出的所述第一成像主轴的空间直线方程求得第一成像主轴及其上第一实像线段的方向向量，结合权利要求2中所述的计算得到的第一像线线段的方向向量，利用凸透镜成像原理可知第一成像主轴及其上的第一实像线段与第一像线线段都在第一成像平面内，利用正弦定理计算得到第一成像主轴及其上的第一实像线段与第一像线线段所成的第一成像夹角的大小；利用从所述不对称图形提取出的所述第二成像主轴的空间直线方程求得第二成像主轴及其上第二实像线段的方向向量，结合权利要求2中所述的计算得到第二像线线段的方向向量，利用凸透镜成像原理可知第二成像主轴及其上的第二实像线段与第二像线线段都在第二成像平面内，利用正弦定理计算得到第二成像主轴及其上的第二实像线段与第二是像线线段所成的第二成像夹角的大小；在各成像平面内，利用已知的手持终端(120)的机械设计参数计算得到凸透镜光心O(122)相对于成像传感器面阵(123)的相对位置，结合已知的成像传感器面阵(123)的机械尺寸参数和像线线段的两端端点的像素坐标计算得到像线线段的两端端点、凸透镜光心O(122)三者之间的相对坐标，并由像线线段与凸透镜光心O构成三顶点相对位置已知的成像三角形⊿Ocd，计算成像三角形⊿Ocd并得到成像下夹角∠Ocd(505)等于α、成像上夹角∠Odc(506)等于β；利用凸透镜成像原理可知点b、凸透镜光心O(122)、点c在一条直线上，计算三角形⊿ebc的∠ebc的外角即实像上夹角∠abO(503)为α+ θ；利用凸透镜成像原理可知点a、凸透镜光心O(122)、点d在一条直线上，计算三角形⊿ade的内角实像下夹角∠dae(502)为β-θ；已知该成像平面实像线段ab(501)的长度为L、实像下夹角∠baO(502)和实像上夹角∠abO(503),利用正弦定理计算可以得到在该成像平面内凸透镜光心O(122)相对于实像线段ab(501)中点的坐标；结合实像线段ab(501)在空间坐标系内的方向向量及其中点在空间坐标系内的坐标，可以得到由本成像平面确定的凸透镜光心O(122)所在的定位半圆弧线方程；不分别地不分先后顺序地计算得到由第一成像平面、第二成像平面的第一定位半圆弧线方程、第二定位半圆弧线方程；利用第一定位半圆弧线方程和第二定位半圆弧线方程计算其交点在所述预设空间坐标系中的坐标，即为包含了凸透镜光心O(122)在内的手持终端(120)在预设空间坐标系内的位置，从而实现对手持终端(120)位置的高精度定位。5.根据权利要求1中所述的成像传感器面阵，所述成像传感器面阵所在安装平面与AHRS模组的三轴的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：周祥宇，李丕丁，徐超，郭恒，
申请(专利权)人：周祥宇，
类型：发明
国别省市：上海;31