基于定位图标的两成像模块同步成像的室内定位装置的制作方法

本实用新型涉及一种室内定位技术领域，具体为一种基于定位图标的两成像模块同步成像的室内定位装置。

背景技术：

目前常见的室内定位方法主要有基于可见光信号强度的室内定位方法、基于指纹标记的室内定位方法、基于频分多址的室内定位方法、可见光多接收点几何中心定位方法、基于光源成像的室内定位法、基于定位图标成像的室内定位法等。

可见光信号强度的室内定位、基于指纹标记的室内定位和基于频分多址的室内定位的共同之处为必须在定位基站与定位接收端之间建立单向或双向通信连接关系,容易受到，且还需要精确测量光源到待定位点的距离，受室内环境因素的影响和其它信号的干扰以及测量精度的制约,其定位精度和定位误差较大；而基于光源成像的室内定位法虽然避免了直接测距的弊端,但由于光晕现象降低了定位精度。因此，该领域的研究学者转向基于定位图标成像的室内定位方法，它可以解决直接测距、光晕等弊端，相对上述几种室内定位方法存在一定优势。

例如申请号为CN201810093132.1，申请日期为2018年1月31日的中国发明专利申请公开了一种基于图标成像的室内定位系统及方法，可实现厘米以内的3维空间定位，由于其只采用单个成像系统，只能对固定的成像中心点或平行于成像平面的固定点进行定位，无法对运动平面的其它任意位置的待定位点进行精确定位。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的是，针对上述问题，提供了一种基于定位图标的两成像模块同步成像的室内定位装置，它通过设置的二个感光元件来同时对图标同步成像而进行室内定位，实现对运动平面上任意待定位位置的定位，同时可有效提高室内定位精度和定位可靠性。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

基于定位图标的两成像模块同步成像的室内定位装置，包括成像定位处理系统和图标分布系统，所述图标分布系统包括图标坐标赋值模块和按几何结构规律进行空间分布得到的图标平面2，所述图标平面2上至少设有三个非共线的图标，所述图标布置于室内的顶面或墙面上，各个图标设有唯一图标结构且通过图标坐标赋值模块初始化图标坐标值；所述成像定位处理系统包括成像信号处理及定位电路，

所述成像定位处理系统还包括转轴和两个组成结构相一致的成像模块，所述转轴连接有驱动组件，两个成像模块分别安装在转轴的两端且可随转轴的转动进行同步转动以实现对不同图标平面2的对准和成像定位；

所述成像模块包括一个透镜和一个感光元件，所述透镜设置在感光元件的上方，用以对待定位图标进行成像，所述感光元件与透镜相互平行设置，用于对透镜成像得到的图像光信号转为图像电信号，在透镜的上方设置有光滤薄膜，所述成像信号处理及定位电路接收感光元件发来的图像电信号，并对图像电信号进行处理后输出待定位点的位置坐标。

作为优选实施方式，可在转轴的中心通过支架安装有自动测距装置，所述自动测距装置用于实时测量转轴的中心至待定位点的距离。

作为优选实施方式，所述感光元件具体可为图像传感器或光电二极管阵列。

作为优选实施方式，所述成像定位处理系统还可包括调节组件，所述调节组件包括第一调节组件和用于调节转轴的转动角度的第二调节组件。

作为优选实施方式，所述第二调节组件可包括步进电机、主动轮和从动轮，所述从动轮安装在转轴上，所述主动轮通过连杆与步进电机连接且与主动轮相啮合。

作为优选实施方式，所述第一调节组件还可包括用于自动调整成像平面与焦平面距离的调节杆，所述调节杆为竖直设置，且调节杆的上端与透镜的底部连接、调节杆的下端连接有微型马达，微型马达通过支座固定在转轴上。

所述图标结构具体为文字、数字、几何图形、字母或其他具有标记作用的图形与结构中的任意一种或多种的结合。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型设置有两个图像传感器，并将两个图像传感器用来接收信号，由于分别对应的非共线定位图标相互均不在同一直线上，避免了个别图标模糊、图标重合等因图标分布缺陷影响测量精度下降的问题；

2、本实用新型在使用时，待定位点成像时位于两透镜平面的中心任意固定位置处，这样在分别测得两个透镜平面中心的坐标时，均可计算出设定的任意待定位点的坐标,提供了测量任意位置待定位点坐标的易于实现的方法,并通过多次测量取平均值的方式有效提高定位的精度。而这个有益特点是背景技术中单个图像传感定位系统所不具备的；

3、本实用新型不需要直接测距也不需要系统建立通信连接关系，提高了定位精度,并降低了定位系统的复杂性；

4、本实用新型通过设置的图标分布系统来调整图标面积的大小和相邻图标间的间距，实现不同精度级别的室内定位要求,适应性高。

5、本实用新型可选择的图标种类及几何结构多样化，便于满足不同应用场合和室内装饰风格相结合的实际需求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的定位原理示意图。

图中标号为：1、图标，2、图标平面，3、成像模块，3-1、透镜，3-2、光滤薄膜，3-3、图像传感器，4、转轴，5、成像信号处理及定位电路，6、自动测距装置，7、从动轮，8、主动轮，9、步进电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直/垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

下面结合附图对本实用新型的具体实施进一步说明。

基于定位图标的两成像模块同步成像的室内定位装置，包括成像定位处理系统和图标分布系统。

所述图标分布系统包括图标赋值模块和若干个图标1按几何结构规律进行空间分布得到的图标平面2。所述图标平面2上至少设有三个非共线所述图标1并布置于室内的顶部或墙面上。各个图标1设有唯一图标结构且通过图标赋值模块设有对应的坐标值，所述图标赋值模块安装在成像定位处理系统内。

其中，所述图标结构为文字、数字、几何图形、字母或其他具有标记作用的图形与结构中的任意一种或多种的结合。若干个图标1具有不同的图标结构以用于标识区分，且每个图标1有确定的坐标值。具体地，所述图标1按矩形的几何结构阵列规律进行分布，而相邻图标1间的距离a，而至于相邻图标1间的距离a的大小以及单个图标1所占面积大小可根据室内空间大小和定位系统的精度要求进行调整。由于图标1分布是严格规律的几何结构，可通过其中一个图标1的平面精确坐标推断所有其它图标1的平面坐标，这样便于在接收端初始化图标1坐标值，不用逐个输入每个图标1的坐标，当定位端移动到另一个房间或室内空间后，系统只需切换到相应的图标分布系统并赋图标坐标值即可，这样可提高定位系统运行效率和对不同图标1规划的适应性。对图标1的坐标值通过安装在成像定位处理系统内的坐标赋值模块来完成。所述坐标赋值模块对图标1进行初始化坐标的实现与申请号为CN201810093132.1，申请日期为2018年1月31日的中国发明专利申请，一种基于图标成像的室内定位系统及方法中说明书所公开的内容相同，并不属于本实用新型的贡献技术特征。

如图1所示，所述成像定位处理系统包括成像信号处理及定位电路5，所述成像定位处理系统还包括转轴4和两个组成结构相一致的成像模块3。所述转轴4连接有驱动组件，两个成像模块3分别安装在转轴4的两端且可随转轴4的转动进行同步转动以实现对不同图标平面2的对准和成像定位。

所述成像模块3包括一个透镜3-1和一个感光元件，所述透镜3-1设置在感光元件的上方，用以对待定位图标进行成像。所述感光元件与透镜3-1相互平行设置，用于对透镜3-1 成像得到的图像光信号转为图像电信号。在透镜3-1的上方设置有光滤薄膜3-2。所述成像信号处理及定位电路5接收感光元件发来的图像电信号，并对图像电信号进行处理后输出待定位点的位置坐标。所述感光元件具体为图像传感器3-3或光电二极管阵列，当然也可以是其它类似光电转换器件构成的阵列来代替图像传感器3-3。

在转轴4的中心通过支架安装有自动测距装置，所述自动测距装置用于实时测量转轴4 的中心至待定位点的距离。

所述成像定位处理系统还包括调节组件，所述调节组件包括第一调节组件和用于调节转轴4的转动角度的第二调节组件。本实施例中，优选地，所述第一调节组件可采用若干个水平检测仪来完成对所述透镜3-1和感光平面是否相互平行的目的。进一步地，所述第一调节组件还包括用于自动调整成像平面与焦平面距离的调节杆，所述调节杆为竖直设置，且调节杆的上端与透镜3-1的底部连接、调节杆的下端连接有微型马达，微型马达通过支座固定在转轴4上。所述微型马达的根据需要，选择尺寸规格小的马达。

所述第二调节组件包括步进电机9、主动轮8和从动轮7，所述从动轮7安装在转轴4上，所述主动轮8通过连杆与步进电机9连接且与主动轮8相啮合。本实施例中，用于驱动转轴 4的驱动组件可可以是第二调节组件中的步进电机9，这样所述步进电机9通过驱动主动轮8 来带动从动轮7的转动，既可起到驱动转轴4转动的作用，也可以起到调节转轴4转动角度的作用。所述转轴4可支撑安装在设有开口的U形壳体上，开口位置对应安装透镜3-1与光滤薄膜3-2。

所述成像信号处理及定位电路5“通过对信号进行放大、滤波、图标1成像点位置确定、图标1识别、图标坐标赋值、图标1在感光元件成像平面的成像点到成像平面中心的距离si 值计算”的计算定位功能、成像定位处理系统中的调节组件实现的调节功能以及对图标1成像质量优选的功能涉及到的程序、计算方法均与申请号为CN201810093132.1，申请日期为 2018年1月31日的中国发明专利申请的一种基于图标成像的室内定位系统及方法中说明书所公开的内容相同。因此，在本实用新型中采用的成像信号处理及定位电路5在现有技术中已被完全公开，为现有技术，本实用新型是直接使用，并不涉及其实现程序与方法的改进。

虽然对于图标1的具体定位方法在申请号为CN201810093132.1的中国发明专利申请文件均有具体公开，本发明人为了更清楚地说明本定位结构的实现，现对于本装置的定位过程做如下简单复述，如图2所示：

定位原理:

利用任意3个非共线的图标1及其在成像系统传感器平面成像点的连线所构成的几何关系，结合图像传感器3-3信号接收平面面积及像素密度大小，计算确定待定位点的坐标值。即两个成像模块3所成像得到的透镜平面的中心坐标值均按以下方法计算得到，最后根据两个透镜平面中心的坐标值计算确定待定位点坐标。

如图2所示，假设3个非共线的图标1坐标分别为L1(x1，y1,z1)、L2(x2，y2,z2)、L3(x3， y3,z3),它们到L的距离分别为D1、D2、D3,L点为透镜平面中心，透镜平面与传感平面平行，透镜平面中心L到传感平面中心N的垂直距离为v，v＝f+α，f为透镜3-1焦距,α为大于0 的正数，M为图标L1通过透镜3-1在图像传感器平面的成像，H为图标L1到透镜平面的垂直距离,也即为L点到图标平面2的垂直距离。利用图标1和成像点的几何关系及成像公式： f^-1＝H^-1+v^-1,设定三个定位图标1均分布在平行于图像传感器平面的平面上，故z1＝z2＝z3,则得到定位方程：

(x-xi)²+(y-yi)²＝Di²-H²,i＝1,2,3

其中,Di＝H(f²+si²)^1/2/f,故不需直接测量距离Di，只需测出各图标1在传感器平面的成像点到平面中心N(为L点的正投影)的距离si,即可求解得到L点的位置坐标(x,y,z),其中 z＝zi-H。

si的计算公式:Si＝[(a²+b²)w²/T]^1/2,其中传感器平面有效面积为w²,像素为T，a为x方向像素数,b为y方向像素数。

由于两个成像模块3之间的距离恒定，根据上面计算得到两个透镜平面中心位置坐标(即图2中的P坐标和L坐标)，其连线中点为待定位点(即图2中的M坐标)，M坐标表示为(g， h,z)，P坐标表示为(x0，y0,z)，L坐标表示为(x，y,z)，则M坐标表示为(x0+x/2，y0+y/2,z)，因此当P坐标和L坐标知晓后，即对应得到待定位点坐标M的坐标值。也可以将待定位点设置在距两透镜平面中心任意固定位置处，这样当得到两透镜平面中心坐标后即可计算出设定的任意待定位点的坐标,并通过多次测量求统计平均值，即得到待定位点的位置坐标。

设有两个透镜3-1和两个图像传感器3-3的成像系统相较于单个图像传感器而言，它能够测量任意位置待定位点坐标,并通过成像系统输出结果，有效提高定位的精度及可靠性。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。