一种基于双图像传感器的可见光定位系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及L邸定位应用领域，具体来讲设及一种基于双图像传感器的可见光定 位系统及方法。
【背景技术】
[0002] LED(Li曲tingEmittin曲iode，发光二极管）被称为第四代照明光源或绿色光源， 可W广泛应用于各种领域，势将成为下一代照明技术。L邸因为具有节能、安全、可用频谱宽 等优点，在提供室内照明的同时，还可应用于无线光通信系统中，同时满足室内上网W及一 系列扩展应用。基于LED的室内定位就是其中一个潜力巨大的应用方向，W各L邸为参照 可准确获知接收端的位置和距离，在室内实现类似GPS的定位和导航。
[0003] 使用LED的室内可见光定位通常测量接收信号的强度巧SS，ReceivedSi即al Power)、延时（TOA，TimeofArrive)或到信号源的接收角度（AOA，AngleofArrive),基 于估算的到多个信号源的距离或角度，进而基于=角几何方法对接收端进行定位。对于采 用A0A技术的可见光定位系统，在接收端采用图像传感器，测量光信号到达的角度，从而确 定接收端相对于信号发射器的角度关系，最终进行定位。
[0004] 基于A0A方法相对于RSS方法可获得更稳定精确的测量结果，尤其在消费级的 CMOS成像器件W及DSP处理技术成熟的条件下，基于A0A方案日渐成为一种硬件易获取且 定位精度高的测量定位方案。但是，在A0A系统中，接收端定位的精确度取决于接收端中图 像传感器的角度，而保持和测量图像传感器的角度比较困难，需要借用6轴传感器来动态 测量图像传感器角度，因此A0A方法实施困难，并且依旧难W达到所需的精度。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于双图像传感器的可 见光定位系统及方法，实施过程简单，定位精度较高。
[0006]为达到W上目的，本发明采取一种基于双图像传感器的可见光定位系统，包括发 送端和接收端，发送端用于发送调制的光信号，包括至少S个水平布置于同一平面的LED; 接收端包括两套成像装置，每套成像装置均由一组透镜和一个图像传感器组成，两个图像 传感器位于同一个水平面，每组透镜的主轴均垂直于一个图像传感器的平面，且与图像传 感器的平面相交的点为该图像传感器的中屯、，两个图像传感器均能观测到至少=个相同的 LED;所述成像装置用于确定各L邸在传感器上的投影位置，并解析来自发送端光信号传送 的自身标识和位置信息。
[0007] 在上述技术方案的基础上，所有L邸水平布置在天花板，各相邻L邸之间的间隔均 匀且位置已知，L邸光线垂直向下投射覆盖照明区域。
[0008] 在上述技术方案的基础上，所述成像装置为广角镜头。
[0009] 在上述技术方案的基础上，所述发送端还包括信息调制电路，用于将要发送的信 息调制到L邸发出的光上，包括LED的标识和位置信息。
[0010] 在上述技术方案的基础上，所述接收端包括信息处理模块，用于识别各LEDw及 各L邸广播的位置信息。
[0011] 在上述技术方案的基础上，所述图像传感器由平面排列的感光元件组成阵列，用 于接收光信号并解调。
[0012] 基于双图像传感器的可见光定位系统，其特征在于；所述图像传感器由平面排列 的感光元件组成阵列，用于接收光信号并解调。
[0013] 本发明还提供一种基于双图像传感器的可见光定位方法，包括步骤：
[0014] S1.发射端选取S个L邸作为定位参照点，将要发送的信息调制到L邸光上，广播 自身标识和位置信息；
[0015] S2.接收端通过两套成像装置拍摄所有LED,从成像中识别作为参照点的=个LED 并获取各自的位置信息，同时获得所述=个L邸在每套图像传感器中的位置；
[0016] S3.设两组透镜主轴之间的连线中点为U，基于投影几何关系，分别计算得到=个 LED到中点U的距离；
[0017] S4.根据=角几何原理，根据所述距离联立=个等式，得到接收端的=维坐标。
[0018] 在上述技术方案的基础上，S3中，设两个图像传感器中屯、距离为以中点U的坐标 为（X，y，Z)，针对单个LED,假设两个图像传感器上成像点到图像传感器中屯、的距离分别是 ii、i2,ii、i2两个图像传感器中线连线上的投影长度分别为Pn、Pc，则L邸到一组透镜的垂 直距离h= 其中f为每组透镜的焦距，(11为P11、口12之间的长度差；则两组透镜的中屯、 到成像点距离分别为
【主权项】
1. 一种基于双图像传感器的可见光定位系统，包括发送端和接收端，发送端用于发送 调制的光信号，包括至少三个水平布置于同一平面的LED ;其特征在于：接收端包括两套成 像装置，每套成像装置均由一组透镜和一个图像传感器组成，两个图像传感器位于同一个 水平面，每组透镜的主轴均垂直于一个图像传感器的平面，且与图像传感器的平面相交的 点为该图像传感器的中心，两个图像传感器均能观测到至少三个相同的LED ;所述成像装 置用于确定各LED在传感器上的投影位置，并解析来自发送端光信号传送的自身标识和位 置信息。
2. 如权利要求1所述的基于双图像传感器的可见光定位系统，其特征在于：所有LED 水平布置在天花板，各相邻LED之间的间隔均匀且位置已知，LED光线垂直向下投射覆盖照 明区域。
3. 如权利要求1所述的基于双图像传感器的可见光定位系统，其特征在于：所述成像 装置为广角镜头。
4. 如权利要求1所述的基于双图像传感器的可见光定位系统，其特征在于：所述发送 端还包括信息调制电路，用于将要发送的信息调制到LED发出的光上，包括LED的标识和位 置信息。
5. 如权利要求1或4所述的基于双图像传感器的可见光定位系统，其特征在于：所述 接收端包括信息处理模块，用于识别各LED以及各LED广播的位置信息。
6. 如权利要求1所述的基于双图像传感器的可见光定位系统，其特征在于：所述图像 传感器由平面排列的感光元件组成阵列，用于接收光信号并解调。
7. -种基于权利要求1系统的基于双图像传感器的可见光定位方法，其特征在于，包 括步骤：
51. 发射端选取三个LED作为定位参照点，将要发送的信息调制到LED光上，广播自身 标识和位置信息；
52. 接收端通过两套成像装置拍摄所有LED，从成像中识别作为参照点的三个LED并获 取各自的位置信息，同时获得所述三个LED在每套图像传感器中的位置；
53. 设两组透镜主轴之间的连线中点为U，基于投影几何关系，分别计算得到三个LED 到中点U的距离；
54. 根据三角几何原理，根据所述距离联立三个等式，得到接收端的三维坐标。
8. 如权利要求7所述的基于双图像传感器的可见光定位方法，其特征在于：S3 中，设两个图像传感器中心距离为L，中点U的坐标为（X，y，z)，针对单个LED，假设 两个图像传感器上成像点到图像传感器中心的距离分别是h、i 2, ii、i2两个图像传 感器中线连线上的投影长度分别为Pn、Pi2，则LED到一组透镜的垂直距离
其中f为每组透镜的焦距，CliSP n、Pi2之间的长度差；则两组透镜的中心到成像点 距离分别为
LED到两组透镜的中心距离分别为
当L与|a-b I在同一数量级时，Cl1^ (a+b)/2,同理得到另外两个LED 的 d2、 d3〇
9. 如权利要求8所述的基于双图像传感器的可见光定位方法，其特征在于：S4中，联立 的三个等式为
其中三个 LED 的坐杯分别为 U1, yp Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, Z3)。
10. 如权利要求7所述的基于双图像传感器的可见光定位方法，其特征在于：当有多个 LED时，选取三个不同LED作为一组，针对不同的组进行接收端坐标计算，取平均值作为最 终结果。
【专利摘要】一种基于双图像传感器的可见光定位系统及方法，涉及LED定位应用领域，包括发送端和接收端，发送端用于发送调制的光信号，包括至少三个水平布置于同一平面的LED；接收端包括两套成像装置，每套成像装置均由一组透镜和一个图像传感器组成，两个图像传感器位于同一个水平面，每组透镜的主轴均垂直于一个图像传感器的平面，且与图像传感器的平面相交的点为该图像传感器的中心，两个图像传感器均能观测到至少三个相同的LED；所述成像装置用于确定各LED在传感器上的投影位置，并解析来自发送端光信号传送的自身标识和位置信息，根据投影几何关系和三角几何原理，得到接收端的三维坐标，实施过程简单，定位精度较高。
【IPC分类】G01S5-16
【公开号】CN104865552
【申请号】CN201510260915
【发明人】刘武, 杨超, 杨奇
【申请人】武汉邮电科学研究院
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月21日