基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统。该多视觉信息匹配定位系统中，系统侧部件中若干盏光源发送可见光通信信息，其包含该盏光源的三维坐标位置信息。智能终端设备，包括：图像传感器，用于获得多盏光源的图像信息，其包括光源的像平面二维坐标；PD阵列传感器，用于接收多盏光源的可见光通信信息，同时获取多盏光源在PD阵列上的光斑位置信息；位置匹配模块，用于进行多盏光源的图像信息和光斑位置信息的匹配，获得一最佳匹配光源；位置解算模块，用于利用该最佳匹配光源的三维坐标位置信息及其像平面二维坐标，解算图像传感器中成像组件所处位置。本发明专利技术具有算法简单，定位准确等优点，具有较好的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及室内导航定位领域，尤其涉及一种基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统。
技术介绍
随着可见光通信技术的不断发展，其高速率、高带宽、无电磁辐射的特性不仅能够为飞机、医院、矿井等电磁受限的环境提供新型安全的通信服务，而且在提供室内高精度导航定位服务方面具有广阔的发展前景。目前，基于可见光通信的室内定位技术可分为非成像定位和成像定位。非成像定位技术包括基于LED身份识别定位(LED-ID)、基于到达时间差定位(TDOA)、基于到达角定位(AOA)、基于信号强度定位(RSS)等。但以上定位系统难以采用较低成本实现高精度定位。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统。(二)技术方案本专利技术基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统包括：系统侧部件和智能终端设备。系统侧部件，包括：若干盏光源，其中，每盏光源发送可见光通信信息，该可见光通信信息中包含该盏光源的三维坐标位置信息。智能终端设备，包括：图像传感器、PD阵列传感器、位置匹配模块和位置解算模块，其中：图像传感器，用于获得多盏光源的图像信息，该图像信息包括光源的像平面二维坐标；PD阵列传感器，用于接收多盏光源的可见光通信信息，同时获取多盏光源在PD阵列上的光斑位置信息；位置匹配模块，用于进行多盏光源的图像信息和光斑位置信息的匹配，获得一最佳匹配光源；位置解算模块，用于利用该最佳匹配光源的三维坐标位置信息及其像平面二维坐标，解算图像传感器中成像组件所处位置。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统具有以下有益效果：(1)算法简单，定位准确改进摄影测量中的共线方程模型，使其适用于基于可见光通信的室内定位方案，算法简单，定位准确。(2)定位解算响应速度快作为改进的共线方程模型，由于室内环境LED与终端距离并不远，因此迭代的次数在4次左右就可收敛，根据仿真结果，运算时间大约为0.1s，用户体验优异。(3)系统建设简单对定位系统的建设要求不高，只需LED发送可见光通信信息，播发每盏LED的位置信息即可，不需要使用时间同步原理，节约了大量的原子钟的成本，可快速的进行产业化推广并实现商用。(4)终端设计难度小智能手机只需配置一个可见光光电二极管(Photodiode，简称PD)阵列接收装置，手机本身不需要进行硬件上的改进，解算时只需启用智能手机上的应用程序即可。从未来发展的角度看，PD阵列可集成到智能手机上，既可接收LED的位置信息，也是可见光导航通信融合的接口，相对于其它具有两相同传感器定位方案，具有良好的发展前景。(5)用户信息保密由于定位解算位置在终端，LED是不间断的播发其位置信息，因此，在用户需要获取定位信息时，只需调用手机上的应用程序，获取实时影像即可，不需要向LED返回用户信息。因此，对手机用户来说，其终端上的其它信息得以保密，不会出现隐私信息被窃取的情况。附图说明图1为根据本专利技术实施例多视觉信息匹配定位系统的结构示意图；图2A和图2B分别为图1所示多视觉信息匹配定位终端中智能终端设备中各部件在分离状态和装配状态的示意图；图3为根据本专利技术另一实施例中内置PD阵列传感器和图像传感器的智能手机的示意图；图4为根据本专利技术实施例中由PD阵列传感器和图像传感器获取的多视觉信息的示意图；图5为共线条件数学模型的示意图；图6为本专利技术采用的改进的共线条件数学模型的示意图。具体实施方式本专利技术基于共线方程理论并加以完善和改进，提供了一种基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统。以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属
中普通技术人员所知的形式，将不再详细说明。在本专利技术的一个实施例中，提供了一种基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统。图1为根据本专利技术实施例多视觉信息匹配定位系统的结构示意图。如图1所示，本实施例多视觉信息匹配定位系统包括：系统侧部件和智能终端设备。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。请参照图1，系统侧部件包括：控制中心及安装于室内的屋顶上的若干盏LED。控制中心与每盏LED通过电力线载波进行通信。控制中心对每盏LED的三维坐标位置信息进行分配，并控制其三维坐标位置信息的发送间隔。每盏LED按照上述发送间隔，向外界发送可见光通信信息，该可见光通信信息中承载了该盏LED的三维坐标位置信息。基于LED光通信的多视觉信息匹配定位系统，具有高频率、高带宽的特性，可传输更多信息，为高精度定位提供技术支持。LED具有很强的边界效应，也使得在设计算法时可将多种算法方案融合，实现高精度定位。需要说明的是，为实用性起见，在本实施例中，定位的场景选择为室内，采用的是LED和智能手机。但本领域技术人员应当清楚，采用其它类型的可以进行信息传输的可见光光源可以替代该LED，而采用其它具有PD阵列及摄像头的终端可以替代上述的智能手机。本领域技术人员应当可以看出，在系统侧，只需LED发送可见光通信信息，播发每盏LED的三维坐标位置信息即可，不需要使用时间同步原理，节约了大量的原子钟的成本，可快速的进行产业化推广并实现商用。智能终端设备包括：PD阵列传感器、图像传感器、位置匹配模块和位置解算模块。其中，智能终端设备可以是智能手机、平板电脑或笔记本电脑，在本实施例中以智能手机为例进行说明。图2A和图2B分别为图1所示多视觉信息匹配定位终端中智能终端设备中各部件在分离状态和装配状态的示意图。请参照图2A和图2B，在本实施例中，智能终端设备即为智能手机，其前摄像头作为图像传感器，坐标变换模块、匹配模块和解算模块以可执行程序模块的形式内置于智能手机中。对于目前已经大范围普及的智能手机而言，只需再配置一个可见光PD阵列传感器。智能手机的主视图如图2A中A所示。PD阵列传感器的上部预留可见光通信导航接口，如图2A中C图所示。PD阵列传感器作为外接设备通过USB转I/O接口插入智能手机中，并可以进行信息的交互，如图2A中A图和B图所示。外置式的接收装置对于目前的手机硬件来说，能更快地进行应用推广。在未来产业化的过程中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统，其特征在于，包括：系统侧部件，包括：若干盏光源，其中，每盏光源发送可见光通信信息，该可见光通信信息中包含该盏光源的三维坐标位置信息；智能终端设备，包括：图像传感器、PD阵列传感器、位置匹配模块和位置解算模块，其中：所述图像传感器，用于获得多盏光源的图像信息，该图像信息包括光源的像平面二维坐标；所述PD阵列传感器，用于接收多盏光源的可见光通信信息，同时获取多盏光源在PD阵列上的光斑位置信息；所述位置匹配模块，用于进行多盏光源的图像信息和光斑位置信息的匹配，获得一最佳匹配光源；所述位置解算模块，用于利用该最佳匹配光源的三维坐标位置信息及其像平面二维坐标，解算图像传感器中成像组件所处位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于可见光通信的多视觉信息匹配定位系统，其特征在于，
包括：
系统侧部件，包括：若干盏光源，其中，每盏光源发送可见光通信信
息，该可见光通信信息中包含该盏光源的三维坐标位置信息；
智能终端设备，包括：图像传感器、PD阵列传感器、位置匹配模块
和位置解算模块，其中：
所述图像传感器，用于获得多盏光源的图像信息，该图像信息包
括光源的像平面二维坐标；
所述PD阵列传感器，用于接收多盏光源的可见光通信信息，同
时获取多盏光源在PD阵列上的光斑位置信息；
所述位置匹配模块，用于进行多盏光源的图像信息和光斑位置信
息的匹配，获得一最佳匹配光源；
所述位置解算模块，用于利用该最佳匹配光源的三维坐标位置信
息及其像平面二维坐标，解算图像传感器中成像组件所处位置。
2.根据权利要求1所述的多视觉信息匹配定位系统，其特征在于，
所述位置匹配模块包括：
坐标变换子模块，用于将多盏光源在PD阵列传感器的光斑平面位置
变换为与图像传感器相同分辨率的二维PD光斑坐标；
匹配计算子模块，以所述图像传感器获取的多盏光源的图像信息的像
平面二维坐标为模板，以坐标变换后的多盏光源对应的光斑平面位置为搜
索区域，寻找最佳匹配光源。
3.根据权利要求2所述的多视觉信息匹配定位系统，其特征在于，
所述坐标变换子模块依照下式将光源在PD阵列传感器的光斑平面位置变
换为与图像传感器相同分辨率的二维PD光斑坐标：
xiyi=kxcosθkysinθ-kxsinθkycosθ·xdiydi+ΔxΔy]]>其中，(kx，ky)为PD阵列传感器和图像传感器进行转换时，x方向和y
方向的尺度系数，θ为两传感器之间的旋转角度，(Δx，Δy)为两传感器之间的

\t二维偏移量，(xi，yi)为坐标变换后的二维PD光斑坐标。
4.根据权利要求3所述的多视觉信息匹配定位系统，其特征在于，
cosθ＝1，sinθ＝θ。
5.根据权利要求3所述的多视觉信息匹配定位系统，其特征在于，
设PD阵列传感器接收到第i盏光源照射在PD阵列上的光斑平面位置(xdi，
ydi)，其中，i＝1，2…，m；图像传感器接收到第j盏LED的像平面二维坐标
(xej，...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩应奎，王语琪，邓礼志，万红霞，刘炳成，张烨，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11