单元103b至少拍摄3个灭灯信标模块101的图像才能满足视觉定位需求，且图像中的灭灯信标模块101越多，则视觉定位就越精确。优选地，摄像单元103b由两个距离为50?100毫米组成的平行摄像头，则至少可以分辨出使用者视场中5个距离段的?目标模块101。
[0035]对于只有一组信标的系统，图像采集模块103拍摄的某一帧图像中可能只有一个信标模块101被灭灯，对于多组信标系统，所拍摄的图像中可能会有多个不同颜色的信标模块101同时被灭灯。最后将采集的图像和对应被灭灯的信号模块101编号信息传输到图像处理模块104进行后续分析。
[0036]图像处理模块104，用于分析出某个图像中的灭灯情况，包括灭灯的数目和颜色，并根据分析结果计算出与该图像对应的灭灯的信号模块101编号，然后通过查找信标模块101位置坐标表计算出拍摄位置(即摄像单元103b所在的位置)的实际位置坐标。具体地，首先图像处理模块104分析出所拍摄图像中灭灯点(即信标指示灯1lb)的数目、颜色、、灭灯点在图像中的位置及其之间的间距等信息，只要有三个灭灯点被拍到即可进行视觉定位；然后根据灭灯点对应的信标模块101编号和信标模块101位置坐标表计算出摄像单元103b拍摄时的位置。
[0037]以上为本发明系统的模块功能介绍，作为优选地，可以将信号发射模块102与信号同步单元103a的功能都集成到一起并添加到图像采集模块中103中，从而提高了本发明系统100的集成度。图3示出了本发明系统100的一个具体应用实施例。在本实施例中，上述的图像采集单元103和图像处理单元104均位于使用者的头戴设备上，使用者戴上该头戴设备进入到一个布置有多个信标模块101和信号发射模块102的房间中，即可对使用者的位置进行视觉定位。
[0038]房间中布置有多组信标模块101，本实施例采用蓝光、绿光、红光三组信标模块101，每组有20个信标模块，每个信标模块均有编号(编号I?60)和对应的位置坐标X、y、z值。此外该房间的四周墙面和天花板面积共90平米，则可计算出平均1.5平米就有一个信标模块101 (假设本房间中的信标模块101均匀布置)。
[0039]信号发射模块102发射控制信号，共20组控制信号，每个控制信号对应个三个信标模块101，分别为一个蓝光信标模块101、一个绿光信标模块101、一个红光信标模块。其中信标指示灯1lb的亮灭信号的脉冲宽度为0.2秒，脉冲发射时间间隔Λ t为0.1秒，则一个周期需要2秒钟，休眠时间为O秒即连续工作。
[0040]信号发射模块102发射的控制信号同时被图像采集模块103和所有信标模块101接收到，因而信标模块101和图像采集模块103的时间是同步的，当然也可以通过上激活内部的时钟模块的方式达到时间上同步，利用时间上的同步即可得出拍摄图像序列时有哪些编号的信标模块101处于灭灯状态。
[0041]优选地，图像采集模块103中摄像单元103b采集大视角镜头(例如广角镜头)，假设摄像单元103b同时拍到30个信标模块101，如果三组信标模块101均匀布置，则每组信标模块101中均至少有10个信标模块被拍摄到。假设这10个信标模块101对应的控制信号均匀分布在2秒钟的周期内，则0.2秒内至少可以采集到一个灭灯的信标模块101，故保证了任何时刻至少可以采集到3个灭灯的信标模块101，也满足了视觉定位的基本要求。
[0042]图像处理单元104通过获取拍摄图像中至少3个灭灯信标模块101之间的间距和对比图像中灭灯信标模块101的位置坐标表，即可计算出使用者的视线方向以及与信标模块101之间的距离，从而完成使用者在房间中视觉定位。例如，如果3个灭灯信标模块101之间的连线为正三角形，则使用者位于该3个灭灯信标模块101的正前方，且3个灭灯信标模块101之间间距越大，则使用者离3个灭灯信标模块101的距离就越近；同理可知，如果3个灭灯信标模块101之间的连线不为正三角形，则使用者并没有正对着观察3个灭灯信标模块101，而是存在一定的观察角度，该角度可以通过测量3个灭灯信标模块101之间的不同间距来确定。
[0043]根据本发明的另一实施例，摄像单元103b采用了两个距离为50?100毫米组成的平行摄像头来采集图像。该实施例尽管会增加了图像处理单元101的计算量，但是采用双摄像头的摄像单元103b可以分辨出使用者视场中5个距离段。因此，仍按照上述实施例中的情况进行信标模块101的布置，只是将三组不同的信标模块101替换为三组相同的信标模块101。根据上述分析，可知摄像单元103b在0.2秒之后能采集到第一批3个灭灯信标模块101，这3个信标点有大约70%的概率分布在2个(含)以上不同的距离段上，因此至少能分辨出2个信标模块101，另I个信标模块101编号存疑，所以只需增加2倍计算量，即可实现3倍信标模块101的采集，更加显示出本发明针对大量信标模块的快速识别性能。
[0044]综上，本发明的一种基于信标的视觉定位系统和方法具有快速的信标识别功能，特别是针对大量的信标系统，更加能体现出本发明视觉定位系统在识别速度上的优势，且同时需要的运算量很小，且相比较其他信标识别系统还具有可靠的稳定性。
[0045]所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。
[0046]结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
【主权项】
1.一种基于信标的视觉定位系统，包括信号发射模块、多个进行编号的信标模块、图像采集模块和图像处理模块，其中， 所述信号发射模块用于发射至少一组连续的控制信号来控制所述各个信标模块的亮灭状态； 所述信标模块包括信号接收单元和指示灯，所述信号接收单元用于接收所述信号发射模块发出的控制信号控制指示灯的亮灭或者通过控制所述信号单元内部的时钟模块来控制指示灯的亮灭；每个编号的信标模块均对应唯一一个位置坐标； 所述图像采集模块包括信号同步单元和摄像单元，所述同步单元用于接收所述信号发射模块发出的控制信号，所述摄像单元根据所述同步单元接收到的控制信号的频率同步拍摄所述信标模块的图像序列； 所述图像处理模块通过获取图像采集模块拍摄的图像序列中至少3个灭灯的且位置不在一条直线上的所述信标模块，通过控制信号时间确定所述信标模块的编号，以得到该信标单元的位置坐标，并根据所述信标模块的位置坐标来计算所述摄像单元的位置。2.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于:所述信号接收单元和所述同步单元均内置有时钟模块，所述信号发射模块发出控制信号同时激活所述时钟模块并通过所示时钟模块控制指示灯的亮灭，所述摄像单元根据所述时钟模块的频率同步拍摄所述信标模块的图像序列。3.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于:所述多个信标模块的指示灯分为多组，每组发出不同波段的光。4.根据权利要求3所述的视觉定位系统，其特征在于:所述不同波段的指示灯发出白光、蓝光、绿光、红光、红外光中的一种或多种。5.根据权利要求3所述的视觉定位系统，其特征在于:位于不同组中的信标模块的指示灯通过同一控制信号同时灭灯。6.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于:所述指示灯的亮灭信号为方波脉冲信号。7.根据权利要求6所述的视觉定位系统，其特征在于:所述方波指示灯的亮灭信号为正单脉冲、正双脉冲、负单脉冲和负双脉冲其中之一。8.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于:所述摄像单元包括两个间距为50?100毫米的平行摄像头。9.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于:所述信标模块呈扁平状的圆柱体，圆柱体顶面中心处半球形凸起为所述信标指示灯。10.一种利用权利要求1所述视觉定位系统的定位方法，其定位步骤如下: a)在需要定位的空间中均匀布置所述信标模块，对每个所述信标模块编号，记录下每个所述信标模块对应的唯一位置坐标； b)所述信号发射模块发出不同的控制信号，所述图像采集模块中的同步单元和所述信标模块同步接受控制信号，所述摄像单元根据接收到的控制信号频率或时钟模块频率同步拍摄所述信标模块的图像序列； c)所述图像处理模块根据采集到的图像序列，识别出图像中不同时刻灭灯的至少三个位置不在同一条直线上的所述信标模块； d)通过脉冲时间确定所识别的信标模块的编号，以得到该信标单元的位置坐标，并根据所述信标模块的位置坐标来计算所述摄像单元的位置。
【专利摘要】本发明提供了一种基于信标的视觉定位系统，包括信号发射模块、多个进行编号的信标模块、图像采集模块和图像处理模块，其中，信号发射模块，用于发射至少一组连续的控制信号来控制所述各个信标模块的亮灭状态；信标模块，包括信号接收单元和指示灯；图像采集模块，包括信号同步单元和摄像单元；图像处理模块，通过获取图像采集模块拍摄的图像序列中至少3个灭灯的且位置不在一条直线上的所述信标模块，通过控制信号时间确定所述信标模块的编号，以得到该信标单元的位置坐标，并根据所述信标模块的位置坐标来计算所述摄像单元的位置。
【IPC分类】H05B37/02, G01C11/00
【公开号】CN105716579
【申请号】CN201410736890
【发明人】覃政
【申请人】北京蚁视科技有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2014年12月5日