一种基于可见光的室内定位方法、装置和存储介质与流程

本发明涉及室内定位
技术领域：
，尤其涉及一种基于可见光的室内定位方法、装置和存储介质。
背景技术：
：随着工业互联网技术与智慧物流的发展，室内定位的需求不断增加。但传统基于卫星信号的定位系统(gps(全球定位系统)、北斗等)，由于信道衰落的原因，在室内环境下定位效果劣化严重，无法有效使用，因此出现了一系列基于其他原理的室内定位方法和系统，如wi-fi(无线保真)、蓝牙、超声、红外、超宽带和惯性导航等。但目前每种定位方法都有其自身局限性，如wi-fi、蓝牙定位精度偏低；红外、超宽带需要布设基站，成本较高；惯性导航存在累积误差无法单独实现定位等。随着固体光源技术的进步，以led(发光二极管)为代表的固体光源以发光效率高、能耗低、寿命长、材料环保等优势逐渐成为照明市场的主流。而led相对于传统荧光灯/白炽灯的高调制带宽，使其能在提供照明的同时发射可见光信号，为基于照明的室内可见光定位提供了硬件基础。此外，随着智能移动设备的发展，智能手机普及率越来越高，几乎成为大多数人的必备设备，也为基于手机的室内可见光定位提供了巨大的应用潜力。与基于卫星信号的室外定位和其他室内定位方法相比，室内可见光定位技术以照明光源发射的可见光信号为信息载体。因此，其可直接利用室内已有的照明光源作为信号发射端，同时提供照明和室内定位服务，布设成本较低。其次，由于以可见光信号为载体，因此室内可见光定位系统不会产生射频波段的电磁波信号，因此不会与室内已有的无线通信信号产生干扰，也不会产生电磁干扰。此外，由于可见光信号具有直线传播的特性，不会穿透墙壁。因此，与利用射频信号的室内定位方法相比，可见光定位不会出现跨楼层和跨房间误定位的问题。根据接收端所采用的可见光探测器的不同，室内可见光定位可以分为非成像型和成像型两种。对于非成像型可见光定位来说，其需要在接收端使用高速单元光电探测器，因此需要专用的接收模块，主要适用于某些专用的场合。而对于成像型可见光定位来说，由于其可利用智能终端(如手机)自带的成像探测器，不需要额外添加接收模块，适用于普通商用场合，但是对于目前的成像型可见光定位方法，大多需要接收端同时采集到来自于多个照明光源的信息，对光源在场景中的分布密度要求较高，并且需要智能终端的摄像头长时间开启，耗电量大且影响终端续航时间。因此，如何在利用可见光实现室内定位的同时，又不增加智能终端硬件成本和功耗，成为现有技术中亟待解决的技术问题之一。技术实现要素：本发明实施例提供一种基于可见光的室内定位方法，用以在利用可见光实现室内定位的同时，降低智能终端硬件成本和功耗。第一方面，提供一种基于可见光的室内定位方法，包括：调用智能终端的环境光传感器，利用不同的采样率分别对同一光源发出的可见光信号进行采集得到第一光信号和第二光信号；从所述第一光信号和所述第二光信号中分别提取第一频率值和第二频率值；根据所述第一频率值和第二频率值，从预先建立的频率坐标数据库中确定出目标频率；确定所述目标频率在所述频率坐标数据库中对应的位置坐标为所述智能终端的位置坐标。在一种实施方式中，从所述第一光信号和所述第二光信号中分别提取第一频率值和第二频率值，具体包括：对所述第一光信号进行快速傅里叶变换，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第一频率值；对所述第二光信号进行快速傅里叶变换，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第二频率值。在一种实施方式中，根据所述第一频率值和第二频率值，从预先建立的频率坐标数据库中确定出目标频率，具体包括：根据所述第一频率值，从所述频率坐标数据库中选择满足以下条件的频率作为候选频率：根据所述第二频率值，从所述候选频率中选择满足以下条件的频率作为所述目标频率：其中：fa表示第一频率值；n为正整数；sa为第一光信号对应的采样率；f′为所述频率坐标数据库中存储的可见光发射频率；fb表示第二频率值；f为候选频率；sb为第二光信号对应的采样率。在一种实施方式中，按照以下方法建立所述频率坐标数据库：为用于进行室内定位的光源阵列中的每一可见光光源分配一可见光发射频率；针对每一可见光光源，建立该可见光光源的位置坐标与为其分配的可见光发射频率之间的对应关系；并将针对该可见光光源建立的对应关系添加至所述频率坐标数据库中。第二方面，提供一种基于可见光的室内定位装置，包括：采集单元，用于调用智能终端的环境光传感器，利用不同的采样率分别对同一光源发出的可见光信号进行采集得到第一光信号和第二光信号；提取单元，用于从所述第一光信号和所述第二光信号中分别提取第一频率值和第二频率值；第一确定单元，用于根据所述第一频率值和第二频率值，从预先建立的频率坐标数据库中确定出目标频率；第二确定单元，用于确定所述目标频率在所述频率坐标数据库中对应的位置坐标为所述智能终端的位置坐标。在一种实施方式中，所述提取单元，具体用于对所述第一光信号进行快速傅里叶变换，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第一频率值；对所述第二光信号进行快速傅里叶变换，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第二频率值。在一种实施方式中，所述第一确定单元，具体用于根据所述第一频率值，从所述频率坐标数据库中选择满足以下条件的频率作为候选频率：根据所述第二频率值，从所述候选频率中选择满足以下条件的频率作为所述目标频率：其中：fa表示第一频率值；n为正整数；sa为第一光信号对应的采样率；f′为所述频率坐标数据库中存储的可见光发射频率；fb表示第二频率值；f为候选频率；sb为第二光信号对应的采样率。在一种实施方式中，本发明实施例提供的基于可见光的室内定位装置，还包括：映射单元，用于为用于进行室内定位的光源阵列中的每一可见光光源分配一可见光发射频率；针对每一可见光光源，建立该可见光光源的位置坐标与为其分配的可见光发射频率之间的对应关系；并将针对该可见光光源建立的对应关系添加至所述频率坐标数据库中。第三方面，提供一种计算装置，所述计算装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一基于可见光的室内定位方法所述的步骤。第四方面，提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一基于可见光的室内定位方法所述的步骤。采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明所述基于可见光的室内定位方法、装置和存储介质，利用智能终端中的环境光传感器使用单个光源即可完成智能终端的定位，由于无需增加额外的定位模块，从而降低了智能终端的硬件成本，另外，由于使用单个光源即可实现定位，降低了智能终端所需采集的数据量，从而降低了智能终端的功耗。附图说明图1为根据本发明实施例的基于可见光的室内定位系统的结构示意图；图2为根据本发明实施例的基于可见光的室内定位方法的流程示意图；图3为根据本发明实施例的基于可见光的室内定位方法的实施步骤示意图；图4为根据本发明实施例的基于可见光的室内定位装置的结构示意图；图5为根据本发明实施例的计算装置的结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。如图1所示，其为本发明实例提供的基于可见光的室内定位系统的结构示意图，包括发射端和接收端，其中发射端包括下行发送处理器、光源驱动电路和照明光源，在提供照明的同时发送与定位相关的可见光信号。接收端包括环境光传感器、光源标签识别算法和定位算法。其中，环境光传感器用来接收光源的光信号，光源标签识别算法通过对环境光传感器接收到的光信号进行解算，区分光源。定位算法则是在获得光源标签的基础上，获得接收器在室内环境下的具体位置。具体实施时，对于每个发射端来说，其都组成一个独立的定位小区，各个发射端(定位小区)所发射的可见光信号的调制频率可控且不同，以利于接收端的接收和分辨。具体实施时，接收端可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑以及微型计算机等，也可以为具有处理能力带有环境光传感器的智能终端。其中，环境光传感器集成在接收端硬件中，在定位时可以采集光源发射的光信号。光源标签识别算法通过对环境光传感器接收到的欠采样的光信号进行解算，区分光源。定位算法则是在光源标签识别算法区分光源的基础上，通过对预先设置的光源id-坐标比对，获得所识别到的光源的坐标，进而确定接收端在室内环境下的具体位置。由于受器件成本影响，智能终端自带的环境光传感器模块采样率很低(一般小于200hz)，按照奈奎斯特定理，只能接收小于100hz的光信号，而这种频率会被人眼感受到闪烁，因此，无法大规模应用，有鉴于此，本发明实施例提供了一种适用于低采样率前置环境光传感器模块的定位方法，在不增加定位模块的情况下实现识别定位。为了利用可见光实现对智能终端的室内定位，本发明实施例总，对于光源阵列中的每个光源进行频率分配，即每个光源发送与所分配频率对应的周期信号，在发射端采用处理器产生所分配频率的周期信号并由驱动电路驱动光源发送可见光周期信号；其中，光源阵列是指进行室内可见光定位的所有用来定位的光源集合；周期信号既可以是正弦波周期信号也可以是方波周期信号；光源发送的可见光周期信号，其频率满足条件为人眼看不到闪烁，即大于50赫兹；不同光源之间独立发送信号，并不相互影响。结合光源阵列中每一光源的位置坐标，建立每一光源的位置坐标与其分配的发射频率之间的对应关系，并添加到频率坐标数据库中，如表1所示，其为频率坐标数据库一种可能的数据结构：表1光源id发射频率位置坐标l1f1(x1，y1)l2f2(x2，y2)………………基于建立的频率坐标数据库，本发明实施例提供了一种基于可见光的室内定位方法，如图2所示，可以包括如下步骤：s21、调用智能终端的环境光传感器，利用不同的采样率分别对同一光源发出的可见光信号进行采集得到第一光信号和第二光信号。对于待定位的智能终端，调用该智能终端中的环境光传感器，设置合适的采样率sa来采集信号得到第一光信号，为了便于描述，本发明实施例中记为a，并存储。具体实施中，由于环境光传感器的采样率一般小于200hz，因此，本发明实施例中，可以选用150hz左右的质数采样率，例如，可以设置为157hz。在得到第一光信号之后，改变环境光传感器的采样率为sb，其中，sb与sa不同，且不为整数倍，然后在对同一光源发出的可见光信号进行采集，得到第二光信号，为了便于描述，本发明实施例中记为b，并存储。s22、从第一光信号和第二光信号中分别提取第一频率值和第二频率值。具体地，在获得了第一光信号a和第二光信号b之后，在智能终端的处理模块，利用光源标签识别算法对得到的信号进行处理。在一种实施方式中，可以对所述第一光信号进行快速傅里叶变换(fft)，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第一频率值，为了便于描述，本发明实施例中记第一频率值为fa；以及对所述第二光信号进行快速傅里叶变换，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第二频率值，为了便于描述，本发明实施例中记第一频率值为fb。s23、根据第一频率值和第二频率值，从预先建立的频率坐标数据库中确定出目标频率。具体实施时，可以从预先建立的频率坐标数据库中，选取所有频率进行遍历，根据第一频率值，从频率坐标数据库中选择满足以下条件的频率作为候选频率：其中：fa表示第一频率值；n为正整数；sa为第一光信号对应的采样率；f′为所述频率坐标数据库中存储的可见光发射频率。进一步地，根据所述第二频率值，从候选频率中再选择满足以下条件的频率作为目标频率：其中：fb表示第二频率值；f为候选频率；sb为第二光信号对应的采样率。s24、确定目标频率在频率坐标数据库中对应的位置坐标为智能终端的位置坐标。经过两次筛选后，可以得到唯一的频率，即环境光传感器接收到的光源所对应的目标频率。利用步骤s23确定出的目标频率在频率坐标数据中进行查找，得到该目标频率所对应光源的位置坐标，将查找到的位置坐标作为智能终端的位置坐标，具体实施时，频率坐标数据库中存储的各光源的位置坐标可以采用经纬度坐标表示。至此，可以确定出智能终端在空间中的具体位置，定位过程结束。如图3所示，其为本发明实施例提供的基于可见光的室内定位方法的实施步骤示意图。具体实施时，本发明实施例提供的基于可见光的室内定位方法可以作为独立的客户端安装于智能终端中，或者嵌入需要对智能终端进行定位的一些客户端，例如，交通出行客户端或者导航客户端中等。本发明实施例提供的基于可见光的室内定位方法，与与非成像定位系统相比，该方法可直接利用智能终端的环境光传感器，不需要额外附加定位模块，提高了设备的便携性。而且使用单个光源即可实现定位，定位精度由光源密度决定，可以根据需求灵活调整，定位小区更为独立，对室内照明光源分布密度的要求低，适用范围广。与成像型定位系统相比，接收端采集数据量少四个数量级，处理速度大幅提高，提高了定位的实时性；由于摄像头和环境光传感器能耗差距20倍左右，环境光传感器省电能力更强，可以减少定位系统对智能终端续航的影响，提高用户体验。基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于可见光的室内定位装置，由于上述装置解决问题的原理与基于可见光的室内定位方法相似，因此上述装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。如图4所示，其为本发明实施例提供的基于可见光的室内定位装置的结构示意图，包括：采集单元41，用于调用智能终端的环境光传感器，利用不同的采样率分别对同一光源发出的可见光信号进行采集得到第一光信号和第二光信号；提取单元42，用于从所述第一光信号和所述第二光信号中分别提取第一频率值和第二频率值；第一确定单元43，用于根据所述第一频率值和第二频率值，从预先建立的频率坐标数据库中确定出目标频率；第二确定单元44，用于确定所述目标频率在所述频率坐标数据库中对应的位置坐标为所述智能终端的位置坐标。在一种实施方式中，所述提取单元42，具体用于对所述第一光信号进行快速傅里叶变换，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第一频率值；对所述第二光信号进行快速傅里叶变换，并提取最大幅度信号所对应的频率值为所述第二频率值。在一种实施方式中，所述第一确定单元43，具体用于根据所述第一频率值，从所述频率坐标数据库中选择满足以下条件的频率作为候选频率：根据所述第二频率值，从所述候选频率中选择满足以下条件的频率作为所述目标频率：其中：fa表示第一频率值；n为正整数；sa为第一光信号对应的采样率；f′为所述频率坐标数据库中存储的可见光发射频率；fb表示第二频率值；f为候选频率；sb为第二光信号对应的采样率。在一种实施方式中，本发明实施例提供的基于可见光的室内定位装置，还包括：映射单元，用于为用于进行室内定位的光源阵列中的每一可见光光源分配一可见光发射频率；针对每一可见光光源，建立该可见光光源的位置坐标与为其分配的可见光发射频率之间的对应关系；并将针对该可见光光源建立的对应关系添加至所述频率坐标数据库中。为了描述的方便，以上各部分按照功能划分为各模块(或单元)分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块(或单元)的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。在介绍了本发明示例性实施方式的基于可见光的室内定位方法和装置之后，接下来，介绍根据本发明的另一示例性实施方式的计算装置。所属
技术领域：
的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。在一些可能的实施方式中，根据本发明的计算装置可以至少包括至少一个处理器、以及至少一个存储器。其中，所述存储器存储有程序代码，当所述程序代码被所述处理器执行时，使得所述处理器执行本说明书上述描述的根据本发明各种示例性实施方式的基于可见光的室内定位方法中的步骤。例如，所述处理器可以执行如图2中所示的步骤s21、调用智能终端的环境光传感器，利用不同的采样率分别对同一光源发出的可见光信号进行采集得到第一光信号和第二光信号，和步骤s22、从第一光信号和第二光信号中分别提取第一频率值和第二频率值；以及步骤s23、根据第一频率值和第二频率值，从预先建立的频率坐标数据库中确定出目标频率；步骤s24、确定目标频率在频率坐标数据库中对应的位置坐标为智能终端的位置坐标。下面参照图5来描述根据本发明的这种实施方式的计算装置50。图5显示的计算装置50仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图5所示，计算装置50以通用计算设备的形式表现。计算装置50的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器51、上述至少一个存储器52、连接不同系统组件(包括存储器52和处理器51)的总线53。总线53表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。存储器52可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存取存储器(ram)521和/或高速缓存存储器522，还可以进一步包括只读存储器(rom)523。存储器52还可以包括具有一组(至少一个)程序模块524的程序/实用工具525，这样的程序模块524包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。计算装置50也可以与一个或多个外部设备54(例如键盘、指向设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与计算装置50交互的设备通信，和/或与使得该计算装置50能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口55进行。并且，计算装置50还可以通过网络适配器56与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器56通过总线53与用于计算装置50的其它模块通信。应当理解，尽管图中未示出，可以结合计算装置50使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。在一些可能的实施方式中，本发明提供的基于可见光的室内定位方法的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在计算机设备上运行时，所述程序代码用于使所述计算机设备执行本说明书上述描述的根据本发明各种示例性实施方式的基于可见光的室内定位方法中的步骤，例如，所述计算机设备可以执行如图2中所示的步骤s21、调用智能终端的环境光传感器，利用不同的采样率分别对同一光源发出的可见光信号进行采集得到第一光信号和第二光信号，和步骤s22、从第一光信号和第二光信号中分别提取第一频率值和第二频率值；以及步骤s23、根据第一频率值和第二频率值，从预先建立的频率坐标数据库中确定出目标频率；步骤s24、确定目标频率在频率坐标数据库中对应的位置坐标为智能终端的位置坐标。所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。本发明的实施方式的用于基于可见光的室内定位的程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在计算设备上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。当前第1页12