本发明涉及光标签定位技术,具体涉及一种基于光标签的定位方法。
背景技术:
目前定位方法的缺陷:
1)GPS定位,民用的GPS室外定位有几十米的误差范围,且GPS系统在建筑物内部接受的信号非常弱,因此无法在室内有效的使用。
2)蓝牙定位技术通过测量接收的信号强度来进行定位,仅适合短距离,小范围的定位,且设备昂贵,稳定性较差。
3)Wi-Fi定位是通过测距方法的计算用户到无线热点的距离。这种定位方法容易受其他信号的干扰,从而影响定位精度。并且定位器的能耗也比较高,不利于节能环保。
技术实现要素:
本发明的目的在于克服现有技术缺陷,本发明提出一种基于光标签的定位方法,在光标签识别的同时进行定位,具有低功耗,定位精度高的优点,可广泛应用。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种基于光标签的定位方法,包括以下步骤:
第一步:光标签的识别
在可视范围内,获得确定光标签形状的三个点在预定位的图像平面的坐标A′(XA′,YA′)、B′(XB′,YB′)和C′(XC′,YC′);
第二步:定位
A(XA,YA,ZA)、B(XB,YB,ZB)和C(XC,YC,ZC)为对应光标签的中心点,设A′(XA′,YA′,f)、B′(XB′,YB′,f)和C′(XC′,YC′,f)分别为A(XA,YA,ZA)、B(XB,YB,ZB)和C(XC,YC,ZC)点在相机平面上的投影;
利用小孔成像原理,各点坐标有如下关系为:
已知光标签中标志点A、B、C之间的距离|AB|=L1,|AC|=L2,以及和的角度α,故得下式:
利用该式解出点A(XA,YA,ZA)、B(XB,YB,ZB)和C(XC,YC,ZC)的两组解,从这两组解中得到最终解,确定光标签的位置信息,通过光标签位置实现定位。
进一步,利用手机传感器得到手机平面和重力线的夹角,从而得到ZA,ZB和ZC之间的关系,使用此关系来从两组解中选择正确的解。
进一步,通过多个光标签实现定位。
进一步,光标签的识别具体包括以下步骤:、、、、、、、。
本发明提出的方法具有以下优点:
1)低功耗,光标签采用LED灯,LED灯是下一代的绿色照明设备,具有低能耗,使用寿命长,尺寸小和绿色环保等优点;
2)定位精度高,单个光标签在可视范围内可以达到5%的定位精度,由于光标签也可以作为照明设备,所以每次可用于定位的光标签的数量较多,可进一步提高定位的精度;
3)广泛应用的定位技术,基于光标签的定位技术成本低,实现简单,无电磁干扰,所以可广泛应用于各种场景,例如复杂的室内环境和人口密集区域。
附图说明
图1为小孔成像模型
图2为等效小孔成像模型
图3为光标签示意图
图4 QR码成像示意
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
如图2所示,本发明的基于光标签的定位方法,具体实施方式如下:
第一步:光标签的识别。在可视范围内,获得确定光标签形状的三个点在图像平面的坐标A′(XA′,YA′)、B′(XB′,YB′)和C′(XC′,YC′)。
第二步:定位。
1、成像模型
获得拍摄设备与其拍摄目标的相对位置,属于计算机视觉中的三维重建范畴。针对该问题,本说明书将首先介绍相机的成像模型。
相机的成像原理可以用小孔成像解释,如图1。图中物体Y经过小孔O后成倒立的像y。如将成像平面等效置于小孔O的另外一侧,其成像y除正立外无任何影响,所以一般用如图2中的模型对成像进行解释。
1、计算候选坐标
如图3所示,A、B和C为对应光标签的中心点。
由于光标签位于空间中的平面上,所以可以用图4表示光标签的成像模型。图中A′(XA′,YA′,f)、B′(XB′,YB′,f)和C′(XC′,YC′,f)分别为A(XA,YA,ZA)、B(XB,YB,ZB)和C(XC,YC,ZC)点在相机平面的投影。利用小孔成像原理,各点坐标有如下关系为:
在本系统中,可以利用的条件有:i)相机成像原理;ii)QR码中标志点A、B、C之间的距离|AB|=L1,|AC|=L2,以及和的角度α,故可得下式:
上式有9个自变量并且有9个相互独立的条件,所以利用该式可解出点A(XA,YA,ZA)、B(XB,YB,ZB)和C(XC,YC,ZC)的两组解。
使用手机的传感器从这两组解中得到最终解。例如:手机传感器可以得到手机平面和重力线的夹角,从而得到ZA,ZB和ZC之间的关系,使用此关系来从两组解中选择正确的解。
三、使用方法后,问题解决的效果
在2015年主流配置的手机上,使用单个光标签在可视范围内可达到5%的定位精度。
CCD像素大小:1.12×10-3mm;
设备焦距:4.76mm;
侧面仰拍光标签,光标签在距离拍摄位置3.232米处。实体光标签的三个标识符组成直角等边三角形,|AB|=|AC|=12mm
三个点在图像平面的坐标A′(XA′,YA′)=(2176,2724)、B′(XB′,YB′)=(2177,2740)和C′(XC′,YC′)=(2188,2726)
利用公式(1)可以得到两组解:
第一组解:
A1=(151.23,-72.71,3090)
B1=(152.08,-84.41,3092.6)
C1=(159.51,-73.95,3081.5)
第二组解:
A2=(151.39,-72.78,3093.3)
B2=(151.96,-84.34,3090.2)
C2=(160.52,-74.42,3101)
由手机传感器得到手机仰面拍摄方式,得到ZA>ZB的限定条件,则选择第二组解。得到最终解为:
A2=(151.39,-72.78,3093.3)
B2=(151.96,-84.34,3090.2)
C2=(160.52,-74.42,3101)
计算得到距离:|A2A’|=3.103m,|B2B’|=3.1m,|C2C’|=3.111m,平均距离为3.105m实测距离为3.232m,定位精度为3.9%。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明保护范围。