多光谱空间定位方法及系统与流程

本发明属于光谱学和信息科学的交叉技术领域，具体涉及一种多光谱空间定位方法及系统。

背景技术：

RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。

随着智能物流时代的到来，各种高科技也是层出不穷。尤其是快递行业机器人的出现，大大提高了订单处理效率，保证整个运作过程流畅快速。物流机器人可以迅速定位出商品在仓库分布的位置，并且规划最优捡货路径，拣完货后会自动把货物送到打包台。能一定程度上解放出一线工人的劳动力。定位的方法大多采用智能识别、智能信息处理。

在发明中，我们提出一种多光谱定位系统，利用空间放置多个不同波长的光源(如不同色的LED色灯)，实现不同位置光谱光强分布的差异，实现定位，从而实现导航。本定位导航方法还可以消除电磁辐射的顾虑。

技术实现要素：

1、本发明的目的。

本发明提供一种多光谱定位方法及系统，解决现有的仓库物流定位困难等的问题，应用于仓库物流智能机器人快速精准寻找货物。

2、本发明所采用的技术方案。

一种多光谱空间定位方法，其特征在于按照如下步骤进行：

光源发光步骤，多个光源位于定位空间上部同一平面，每个光源发出不同波长的光；

光谱比例分布表构建步骤，光源的色光强度随着距离改变，多个色光强度构成一个光谱分布值，一个光谱值代表一个空间位置的坐标，构建的光谱比例空间分布表；

发送和接收步骤，接收并且检测不同波长光的光强，向分析系统发送光谱数据和接收位置信息数据；

监控和分析步骤，接收来自接收器发送的数据，从而分析数据得到目标点的空间位置，继而向接收器返还位置信息。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的光源发光步骤中，在空间位置上方同一平面设置n个波长不同的LED灯，空间位置为(xi,yi,zi)，波长不同。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的光谱比例分布表构建步骤，根据d²＝(x-xl)²+(y-yl)²+(z-zl)²，计算待测点相对于光源LED灯的距离的平方，其中设待测点空间坐标(x,y,z)；根据球面波的光强随距离的增加而衰减，在待测点(x,y,z)所测得的各个波长的光强：I＝I_总÷4πR²其中的R²即为所述的待测点相对于光源LED灯的距离的平方d²，I为光强；根据所述的各个波长的光强建立每个位置的空间光谱分布值(I₁,I₂...I_n)，一个光谱分布值代表一个空间位置的坐标，构建的光谱比例空间分布表。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的光源发光步骤的光源为多个单色光源分布设置或者由白光LED与两种以上颜色的滤光片或者多色转轮的构成。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的光源发光步骤的光源为RGB三色光源。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的光源发光步骤的光源多色转轮的颜色包括三原色即红绿蓝，再由三原色混合得到二次色，二次色再混合得到三次色，依次多次混合得到多色光源。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的光源发光步骤的光源光源调制区别信号。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的监控和分析步骤中监控和分析系统位于云端或中央处理器，通过无线通信。

一种多光谱空间定位系统，包括光源、光谱比例分布构建模块、发送和接收模块、监控和分析模块，其特征在于：

光源发光模块，多个光源位于定位空间上部同一平面，每个光源发出不同波长的光；

光谱比例分布表构建模块，光源的色光强度随着距离改变，多个色光强度构成一个光谱分布值，一个光谱值代表一个空间位置的坐标，构建的光谱比例空间分布表；

发送和接收模块，接收并且检测不同波长光的光强，向分析系统发送光谱数据和接收位置信息数据；

监控和分析模块，接收来自接收器发送的数据，从而分析数据得到目标点的空间位置，继而向接收器返还位置信息。

更进一步具体实施方式中，本发明所述的光源发光步骤中，在空间位置上方同一平面设置n个波长不同的LED灯，空间位置为(xi,yi,zi)，波长不同；

所述的光谱比例分布表构建步骤，根据d²＝(x-xl)²+(y-yl)²+(z-zl)²，计算待测点相对于光源LED灯的距离的平方，其中设待测点空间坐标(x,y,z)；根据球面波的光强随距离的增加而衰减，在待测点(x,y,z)所测得的各个波长的光强：I＝I_总÷4πR²其中的R²即为所述的待测点相对于光源LED灯的距离的平方d²，I为光强；根据所述的各个波长的光强建立每个位置的空间光谱分布值(I₁,I₂...I_n)，一个光谱分布值代表一个空间位置的坐标，构建的光谱比例空间分布表。

3、本发明的有益效果。

(1)本发明对现有的仓库物流改造比较小，同时也不用对物体进行光源改造，只需提供简单的硬件结构就可以实现本发明，其成本低，效率高。

(2)本发明通过本仓库物流引入柔性自动化和快速反应能力，引领智能时代的物流行业变革；通过移动机器人搬运货物实现“货到人”，可快速，灵活的部署仓库的各个环节，有效减少人工，并且改善工作环境，降低劳动强度。

(3)本发明使用多个同颜色的光源，会发生串扰，因此，不同位置放不同颜色的光源。实现广阔空间的精准定位，而且相比于RFID/wifi/蓝牙定位可以消除电磁辐射的顾虑。

附图说明

图1为RGB三色LED分布示意图。

图2为色光转轮示意图。

图3为多光谱定位系统示意图。

图4为本发明具体光源示意图。

具体实施方式

实施例1

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

本发明的系统由RGB三色LED灯、接收器、监控和分析系统三部分组成。RGB三色LED灯提供不同波长的色光，接收器实现接收并且检测不同波长光的光强的功能，并且可以向分析系统发送数据和接收数据。监控和分析系统可以接收来自接收器发送的数据，从而分析数据得到目标点的空间位置，继而向接收器返还位置信息。所述的三色LED灯分布式放置，保证了整个物流空间都有光谱分布且各地光谱不同。不同颜色的光源放置于不同位置，色光的强度随着距离改变，采用光谱分析定位，实现广阔空间的精准定位。

如图1所示，在物流仓库天花板上分布式固定好RGB三色LED光源(图中只画出若干个表示)，1代表红光，2代表绿光，3代表蓝光。LED光源都发出球面光波，距离光源越近，光强越大。随着光源扩散，不同区域光强不同。同时，由于不同色光的相互叠加影响，导致所有区域都有独特的光谱分布。可以按照这个特性，以一个光谱分布值代表一个空间位置的坐标。

实施例2

与实施例1不同的是，如图2所示，所述的光源的色轮由7—12种色光组成，首先包含了三原色即红绿蓝，再由三原色混合得到二次色，二原色再混合得到三次色。每个色轮可以在一个白光LED前匀速转动，每个LED还可以调制上独特的信号加以区别，任意时刻不同区域的光谱分布同样是可以事先测量得到的。定位系统记录下光谱分布，同样可以方便智能机器人快速寻找货物。

实施例3

如图3所示，1代表红光，2代表绿光，3代表蓝光，4代表货物，5代表智能机器人,6代表监控和分析系统。其中，监控和分析系统也可以放在云端或中央处理器，通过无线通讯连接机器人身上的探测器。仓库中每一点都对应一个特定的RGB光谱比例。这些RGB光谱比例形成一个空间分布表，事先存于分析系统中。智能机器人通过测量所在点的RGB光谱比例，对照事先存好的RGB光谱比例空间分布表，就可判断出所在点的空间位置坐标。

利用球面光衰减的原理：当探测器的面积是一定的时，离光源越近(比如为R)，球面波扩散的还不大，接收点的光强I＝I_总÷4πR²。即探测器距离光源越远，R越大，光强也就越小。同时增加光源的抗干扰能力，在LED上调制上一些齿状信号(相当于标记)也将背景噪声去掉。探测时：正确的记号光系统才会做出相应判断。分析器事先确定好不同空间位置RGB的比例，仓库智能机器人根据RGB的分布比例查找实现定位，从而确定该沿着怎样的路径走向所需货物具体的位置。

实施例4

本发明具体的多光谱空间定位方法，按照如下步骤进行：

光源发光步骤，发出两种以上颜色的光源；

定位步骤，光源的色光强度随着距离改变，一个光谱分布值代表一个空间位置的坐标，构建的光谱比例空间分布表；

发送和接收步骤，接收并且检测不同波长光的光强，向分析系统发送光谱数据和接收位置信息数据；

监控和分析步骤，接收来自接收器发送的数据，从而分析数据得到目标点的空间位置，继而向接收器返还位置信息。

假设有一个仓库长20米，宽20米，高5米。现在通过定位系统让机器人知道物体所处位置。

为方便起见，建立一个三维直角坐标系。

如图4所示

(1)在天花板上放置n个波长不同的led灯，空间位置为(xi,yi,zi)，波长不同，设待测点(x,y,z)，

(2)根据d²＝(x-xi)²+(y-yi)²+(z-zi)²，计算待测点相对于光源LED灯的距离的平方；

(3)根据球面波的光强随距离的增加而衰减，在待测点(x,y,z)所测得的各个波长的光强：I＝I_总÷4πR²，其中的R²即为所述的步骤(2)中的d²。

(4)根据所述的各个波长的光强建立每个位置的空间光谱分布值(I₁,I₂...I_n)，一个光谱分布值代表一个空间位置的坐标，构建的光谱比例空间分布表；

(5)探测目标光谱分布值，向分析系统发送光谱数据和接收位置信息数据；

具体的，在天花板上放置4个波长不同的led灯，波长分别为660nm，730nm，850nm，940nm，位置分别为(0,0,0)，(10,0,0)，(0,10,0)，(10,10,0)。将点(10,10,4)作为目标测试点。易知目标点(10,10,4)相对于四个灯源的距离的平方依次为：216,116,116,16。

设离光源1cm处的光强为I0，根据球面波的光强随距离的增加而衰减，理论上我们在待测点(10,10,4)所测得的各个波长的光强如下：

660nm：I0/216

730nm：I0/116

850nm：I0/116

940nm：I0/16

用探测器sts光谱仪，当探测器放置于目标点时，可以得出光谱曲线。我们可以通过光谱仪来得出目标点的光强信息，从而得到目标点到各个灯源的距离信息，上面已经给出。

已经在目标点用光谱仪得出光谱信息(四个波长光的光强)，进而知道目标点到各个光源的距离。现在需要通过这四个距离推导出目标点的坐标(x,y,z)。

可以列出一组方程：

其中定位的准确度主要取决于光强信息的准确度。