一种基于LED和图像传感器的光定位方法、系统和装置与流程

本发明涉及可见光定位技术，更具体地涉及一种基于发光二极管(LED)和图像传感器的光定位方法、系统和装置。

背景技术：

随着机场、车站、购物中心等大型室内场馆的建设以及机器人技术的高速发展，室内定位的需求也持续增长。现有Wi-Fi、蓝牙等室内定位技术大多采用无线射频技术，在室内复杂的环境中，受多径效应干扰，定位误差较大。LED相比于传统光源具有更高的发光效率，是新一代的绿色节能照明设备，目前正逐步成为主要的照明光源。可见光定位利用新的白光频谱资源，将定位信号加载至室内照明白光LED上，通过光照强度的变化来进行数据传输；在接收端，通过光电转换后获取定位信号，经过解算之后可解得接收机的位置。可见光定位无需新的电磁频谱许可，也不会引入对其他设备的电磁干扰，室内多径反射信号较弱，可以达到很高的定位精度。目前存在几种可见光定位方法：采用图像传感器的可见光定位方法和利用接收信号强度的定位方法等。

采用图像传感器的可见光定位方法利用图像传感器(CMOS或CCD)的卷帘快门效应，根据图像的不同条纹，来识别不同LED的编号与身份，当可以同时拍摄到多个LED时，利用镜头的投影模型和LED在图像传感器上光斑的位置，测量出各个LED到达接收机的角度，利用三角定位方法，可以解得接收机的位置。该方法当LED与接收机距离较远时，LED所成光斑较小，难以区别不同的条纹图案，因此定位空间区域大小受到限制。

采用接收信号强度的定位方法，接收机一般为光电二极管，当接收机的光电二极管可以测量出接收到的各个LED的信号强度，在已知各个LED的发射信号强度下，通过LED的信号空间衰减模型，可以求得接收机到各LED的距离，当测量获取接收机到三个以上已知位置的LED之间的距离后，利用三边定位原理，可以解得接收机的位置。

现有的大多数采用LED的室内可见光定位方法都是基于三边定位或三角定位，需要多个LED共同发射信号，供接收机进行定位，然而当发生遮挡，接收机位于角落或者接收机处于特殊姿态时，其仅能接收到一盏LED时，则无法定位。

现有的单个LED定位系统的定位精度较低或者结构较为复杂。例如在有的系统中，LED发射其特定身份编号或者唯一的光闪烁频率，接收机接收到该信号后可以定位于该LED的附近，此类单LED定位系统仅能提供LED覆盖范围级别的定位精度，大多为米级。再例如有的系统将多个光电探测器分别固定在一个立方体相互垂直的面上，利用不同光电探测器接收到的信号强度之间的差求解接收机的位置。还有方案的将光电探测器以一定的角度固定于一个能够旋转的平台上，定位时，光电探测器以不同的角度测量接收信号强度，利用多组测量量，求解接收机的位置。现有的定位方案中接收机的结构较为复杂或者定位精度较低。

因此，如何基于单个LED进行精确地可见光定位，是本发明要解决的技术问题。

技术实现要素：

为使能够基于单个LED进行精确地可见光定位，本发明提供了一种基于LED和图像传感器的光定位方法、系统和装置。该方法同时利用发射机与接收机之间的角度和距离两个维度的信息，可以克服现有技术中难以基于单个LED进行精确地可见光定位的缺陷。

为了达到上述目的，根据本发明的一方面，提供一种基于LED和图像传感器的光定位方法，该方法包括以下步骤：

发光步骤：由发射机的LED发出光信号；

距离确定步骤：由接收机中的图像传感器感测接收到的光信号强度，根据LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及接收到的光信号强度，获得接收机与发射机的LED之间的距离，其中所述图像传感器前方设置有光学镜头；

角度确定步骤：确定LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标，根据光学镜头的光投影模型，获得发射机与接收机之间的空间相对角度；

定位步骤：基于LED的空间位置坐标、接收机与发射机之间的距离以及相对角度,计算接收机的空间位置。

优选地，所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及LED的空间位置信息预先存储在所述接收机中。

优选地，所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及LED的空间位置包含在LED发出的光信号中；

所述方法还包括：

定位信号产生步骤：由发射机的定位信号发生器产生定位信号，以用该定位信号调制LED的发光强度，以使得LED在发光步骤中发射携带定位信号的光信号，其中，所述定位信号包含LED的空间位置信息、LED的发光强度信息以及LED发光光束分布特性；以及

光信号感测步骤：由所述图像传感器以预设帧频拍摄LED在图像传感器平面上的成像光斑，将获取的每一帧LED图像的灰度值作为一次采样值，获取接收波形，并根据接收波形解调出定位信号，其中，所述预设帧频为LED发射信号最高频率的2倍以上。

优选地，所述定位信号包含定位报文和测距信号，所述定位报文包含LED的空间位置信息、LED发光强度信息以及LED发光光束分布特性等。

优选地，所述测距信号可以为正弦波、矩形波、直流信号或其他形式的测距信号。

优选地，所述空间相对角度包括LED与镜头光心连线相对于镜头法线的入射角以及LED相对于接收机的方位角，并且根据如下公式获得发射机与接收机之间的空间相对角度：

其中，ω为LED与镜头光心连线相对于镜头法线的入射角；为LED相对于接收机的方位角；(u,v)为LED的入射光斑中心在图像传感器平面的位置坐标；(o_u,o_v)为图像传感器平面的中心坐标；

并且，所述定位步骤包括：

基于接收机与发射机之间的距离以及空间相对角度与LED在相机坐标系内的位置坐标的关系计算LED在相机坐标系内的位置坐标；以及

基于LED的空间位置坐标以及LED在相机坐标系内的位置坐标对接收机在相机坐标系内的位置坐标进行变换，得到接收机的空间位置坐标。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于LED和图像传感器的光定位系统，该系统包括发射机和接收机，

所述发射机包括：

LED，其用于发出的光信号；

所述接收机包括光学镜头、图像传感器和位置解算单元：

所述光学镜头设置于图像传感器前方；

所述图像传感器用于接收穿过光学镜头的光信号并感测光信号强度；以及

所述位置解算单元用于：根据LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及接收到的光信号强度，获得接收机与发射机的LED之间的距离；确定LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标，根据光投影模型，获得发射机与接收机之间的空间相对角度；并且基于LED的空间位置坐标、接收机与发射机之间的距离以及空间相对角度计算接收机的空间位置。

优选地，所述发射机还包括：

定位信号发生器，其用于产生定位信号，所述定位信号包含LED的空间位置信息、LED的发光强度信息以及LED发光光束分布特性；以及

LED驱动电路，其用所述定位信号调制LED的发光强度；

所述图像传感器以预设帧频拍摄LED在图像传感器平面上的成像光斑，将获取的每一帧LED图像的灰度值作为一次采样值，获取接收波形，以根据接收波形解调出定位信号，其中，所述预设帧频为LED发射信号最高频率的2倍以上。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于LED和图像传感器的光定位装置，该装置包括光学镜头、图像传感器和位置解算单元；

所述光学镜头设置于图像传感器前方，用于接收LED发出的光信号；

所述图像传感器接收穿过光学镜头的光信号并感测光信号强度；以及

位置解算单元，其用于：根据LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及接收到的信号强度，获得接收机与发射机的LED之间的距离；确定LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标，根据光投影模型，获得发射机与接收机之间的空间相对角度；并且基于LED的空间位置坐标、接收机与发射机之间的距离值以及空间相对角度计算接收机的空间位置。

上述光定位装置可为接收机。

优选地，所述LED发出的光信号携带定位信号，所述定位信号包含发射机的空间位置信息、LED发光强度信息以及LED发光光束分布特性；

所述图像传感器还用于以预设帧频拍摄LED在图像传感器平面上的成像光斑，将获取的每一帧LED图像的灰度值作为一次采样值，获取接收波形,其中所述预设帧频为LED发射信号最高频率的2倍以上；

所述位置解算单元还用于根据接收波形解调出定位信号。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于LED和图像传感器的光定位方法，该方法包括以下步骤：

发光步骤：由发射机的LED发出光信号；

接收信号强度测量步骤：由接收机中的图像传感器感测接收到的光信号强度；确定LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标；

以接收信号强度、LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标为指纹，并记录接收机移动至空间不同位置时的指纹，建立指纹库；

在定位阶段，得到接收机所在位置的指纹，并与指纹库中的指纹相匹配，以相似度最高的点所对应的接收机空间位置作为定位结果。

优选地，所述LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及LED的空间位置包含在LED发出的光信号中；

所述方法还包括：

定位信号产生步骤：由发射机的定位信号发生器产生定位信号，以用该定位信号调制LED的发光强度，以使得LED在发光步骤中发射携带定位信号的光信号，其中，所述定位信号包含LED的空间位置信息、LED的发光强度信息以及LED发光光束分布特性；以及

光信号感测步骤：由所述图像传感器以预设帧频拍摄LED在图像传感器平面上的成像光斑，将获取的每一帧LED图像的灰度值作为一次采样值，获取接收波形，并根据接收波形解调出定位信号，其中，所述预设帧频为LED发射信号最高频率的2倍以上。

本发明利用可见光照明LED和图像传感器，采用到达信号角度和接收信号强度相结合的定位方法，综合接收机与发射机之间的角度和距离关系获得发射机与接收机之间的相对位置关系，从而仅利用单个LED和图像传感器，就可实现高精度定位；当然本发明亦可以利用多个LED发射机，解得接收机的位置。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

参照以下附图，将更好地理解本发明的许多方面。附图中：

图1为本发明一实施例中光定位方法的流程图；

图2为本发明中两种定位信号结构的示例；

图3为本发明中定位信号结构的示例；

图4为本发明实施例中发射机的示意性框图；

图5为本发明实施例中接收机的示意性框图；

图6为本发明实施例中图像传感器进行高帧频拍摄得到的图像的示意图；

图7为本发明实施例中图像传感器与镜头投影模型的示意图；

图8为本发明另一实施例中光定位方法的流程图。

具体实施方式

下面，对本发明的优选实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明的技术精神及其主要操作不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本专利提供了一种新型的基于单LED和图像传感器定位方法，是利用发射机与接收机之间的距离和角度两个维度的信息来实现定位。本发明可仅使用一盏LED和一个图像传感器，图像传感器既能够测量LED与接收机之间的空间相对角度，又可以类似于单个光电二极管的方式对接收光信号强度进行采样，解调出接收信号，并测量接收信号强度，利用信号衰减模型解算出LED与接收机之间的距离，同时利用角度和距离两个维度的信息，可实现高精度定位。

采用本发明的定位方法的定位系统包括定位发射机和定位接收机两大部分。发射机可包含定位信号发生器、LED驱动电路和LED，定位信号内可包含发射机的空间位置坐标(也即LED的空间位置坐标)、LED发光强度信息、LED的发光光束分布特性(如朗伯发光模型的参数)，此外定位信号还可包含LED的几何形状特点等；定位信号由定位信号发生器生成后，经放LED驱动电路加载至LED，定位信号转换为LED的发光强度的变化，并由LED发射到空间中。接收机采用图像传感器，例如CMOS或CCD相机。在定位过程中，图像传感器可以同时测量发射机LED的到达角度和接收到的LED的发光强度。图像传感器既利用LED在图像传感器平面上光斑的位置以及图像传感器光学几何成像模型，可以得到发射机与接收机的角度位置关系；又能够类似于单个光电二极管，对接收光信号强度进行采样，解调发射信号，测量接收到LED信号强度，通过信号衰减模型测量出发射机与接收机之间的距离。图像传感器通过高帧频连续拍摄LED，每一帧图片LED的灰度值作为一次采样值，形成接收波形，解调出发射机发出的定位信号。结合发射机的空间位置坐标、发射机与接收机之间的角度与距离信息，可以求解出接收机的空间位置坐标。本发明还可采用指纹定位的方法，以接收光信号强度和LED在图像传感器上成像位置构成指纹，建立指纹库，定位时与指纹库相匹配的方法实现定位。

下面对本发明进行更加详细地描述。

图1为本发明一实施例中基于单个LED和图像传感器的光定位方法的流程图。如图1所示，该方法包括步骤S110至步骤S150。

在步骤S110(定位信号产生步骤)，由发射机产生定位信号，用该定位信号调制LED的发光强度以使得LED发射携带所述定位信号的光信号。

如图4所示，发射机可包括定位信号发生器400、LED驱动电路410和LED420。定位信号内可包含发射机的空间位置坐标、LED发光强度信息、LED发光光束分布特性，此外，还可包含LED的几何形状特点等，定位信号可以包括以上全部内容或部分内容。定位信号由定位信号发生器产生后，经LED驱动电路后调制LED的发光强度，定位信号转换为LED的发光强度，并由LED以光强变化的形式发射到空间中。

定位信号发生器可产生定位报文和测距信号。由定位报文和测距信号，或是仅由定位报文构成定位信号。定位报文信息包括或部分包括发射机的空间位置坐标、LED发光强度信息、LED发光光束空间分布特性以及LED具几何形状特点。测距信号可以为正弦波、矩形波、直流信号或其他形式的测距信号。

定位报文与测距信号以一定帧结构排列。

在本发明实施例中，定位报文中的内容可以由LED发射至接收机，由接收机解调获得，亦可以通过其他方式，由接收机在定位前已经获得，例如提前内置于接收机内等方法实现。

图2中(a)和(b)示出了2种定位信号格式：(a)定位信号由定位报文和测距信号组成；(b)定位信号仅由定位报文组成。

LED的发光强度信息和光束分布特性(如朗伯发光模型的参数)可以经过提前测量，将测量好的信息预置入定位报文。例如可以提前测量出距离LED1米处，与LED光轴成不同角度处的光照度等LED的发光强度和光束分布等特性。

LED一般都置于特定的灯具结构内，因此定位报文中还可以包含有LED具的形状特征，例如圆形灯具的直径、正方形灯具的边长等信息。

定位报文经过特定的如开关键控(OOK)、脉幅调制(PAM)等调制方法，与测距信号组成特定的帧结构之后，直接调制LED的驱动电流，通过驱动电流的强度变化改变LED的发光强度。调制信号应有足够高的频率，使得人肉眼无法察觉到灯的明暗变化。图3为定位信号格式举例。

测距信号可以采用但不限于正弦波、矩形波、直流信号等，添加此类特殊的测距信号可以便于接收机精确测量接收信号强度，进一步提高系统的定位精度。

LED驱动电路主要是将定位信号加载至LED。对于采用OOK开关调制的信号，LED驱动电路可以直接控制LED直流驱动电流的通断，将开关信号转变为灯的亮灭。而对于采用连续波调制的信号，LED驱动电路将定位信号发生器产生的小信号进行放大，经放大后的信号可以直接驱动或叠加直流偏置后驱动LED。LED驱动电路的主要功能是将定位信号加载至LED，对于其他调制方式，其驱动电路结构不再一一详述。

LED的发光强度由定位信号调制驱动，以使得LED发射携带定位信号的光信号。LED所发出的光信号经空间传播后至接收机。本发明仅利用单个LED即可实现定位。

在步骤S120(光信号感测步骤)，由接收机中的图像传感器以预设帧频拍摄LED在图像传感器平面上的成像光斑，将获取的每一帧LED图像的灰度值作为一次采样值，获取接收波形。

其中，预设帧频优选为LED发射信号最高频率的2倍以上。

接收机可包括光学镜头500、图像传感器510和位置解算单元520，采用图像传感器(例如CMOS或CCD相机)进行定位，与图像传感器对应的光学镜头500一般在图像传感器的前端，如图5所示。

光学镜头500接收光信号，图像传感器510接收穿过光学镜头的光信号并感测光信号强度。图像传感器510首先感测LED在成像面上的像素位置，之后连续以高帧频拍摄该像素小区域，即图像传感器只读取输出一个包含有LED像的小区域中的像素点，以提高拍摄帧频。当其拍摄帧频达到LED发射信号最高频率的2倍以上，根据奈奎斯特采样定理，每一帧中同一个像素点的灰度值构成的波形可以完全恢复出发射信号波形。根据该波形信号，对接收信号进行解调，可以获取报文信息，从而获得发射机的空间位置坐标、LED的发光强度信息、LED发光光束分布特性以及LED具的几何形状。定位报文中的此类信息为下一步的位置解算单元520求解接收机与发射机之间的距离提供已知条件。

图6为图像传感器进行局部高帧频拍摄示意图，其中亮斑为LED所成的像，其周围方框为高帧频拍摄区域。

在图像传感器获得接收波形之后，由位置解算单元执行定位算法进行接收机的定位。

在步骤S130(距离确定步骤)，位置解算单元根据定位信号中LED的发光强度、LED发光光束分布特性以及接收到的信号强度，获得接收机与发射机的LED之间的距离。

具体地，LED发光能量的空间衰减模型一般符合朗伯发光模型，其信道响应函数为：

其中A_R是接收机接收面积，d是LED与接收机之间的距离，φ是LED与接收机之间的辐射角,ψ是光线的入射角，ψ_c是接收机的最大视场角，m是与半功率角φ_1/2相关的朗伯常数，m＝-In2/In(cosφ_1/2)。ψ可以通过LED在图像传感面的投影关系获得。通过图像传感器的光电转换，图像传感器输出的测距信号幅值为：

V＝R·H_d(0)·A (2)

其中，A为发射机发出的测距信号的幅值，R为一已知的转换系数，结合接收机与发射机的空间几何信息，可以得到一组方程组为：

则可以求得：

在测量接收信号幅值时，当发射机的发射信号内包含有测距信号时，则可以测量测距信号的幅值作为接收信号幅值。而当发射机的发射信号内不包含有测距信号时，可以直接测量定位报文信号的幅值，作为接收信号幅值。

在步骤S140(角度确定步骤)，位置解算单元确定LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标，根据图像传感器前方镜头的投影模型，获得发射机与接收机之间的空间相对角度。

发射机与接收机之间的空间相对角度例如可包括LED与镜头光心连线相对于镜头法线的入射角以及LED相对于接收机的方位角。

以镜头的光心为原点，确立一个与相机相固连的相机坐标系，在相机坐标系内，接收机的位置为(0,0,0)^T，LED的位置为(^cx_i,^cy_i,^cz_i)^T，如图7所示。

对于图像传感器与其前置的镜头而言，LED与镜头光心连线相对于镜头法线的入射角ω与LED光斑710在传感器的传感面上距传感面中心距离之间的距离ρ之间满足特定的投影模型，可有如下表达式：

ω＝f(ρ) (4)

两者之间的函数表达式一般可通过对镜头和图像传感器的提前标定而确定。

在相机坐标系内，如图7所示，根据几何关系，入射角可以表达为：

LED相对于接收机的方位角表达式为：

而在成像平面U-V坐标系内，成像点距离光学中心的距离ρ的表达式为：

其中，(u,v)为LED的入射光斑中心在图像传感器平面的位置坐标；(o_u,o_v)为图像传感器平面的中心坐标。

对应的方位角为：

上述步骤S130(距离确定步骤)和S140(角度确定步骤)可以同时进行。

在步骤S150(定位步骤)，位置解算单元基于LED的空间位置坐标、接收机与发射机之间的距离以及空间相对角度计算接收机的空间位置。

本步骤首先基于接收机与发射机之间的距离以及空间相对角度与LED在相机坐标系内的位置坐标的关系计算LED在相机坐标系内的位置坐标，然后基于LED的空间位置坐标以及LED在相机坐标系内的位置坐标对接收机在相机坐标系内的位置坐标进行变换，得到接收机的空间位置坐标。

首先计算LED在相机坐标系内的位置，根据镜头的投影模型，将(5)(7)两式代入(4)式则有：

方位角关系则有即

而LED与接收机之间的距离表达式为：

由(9)-(11)三组独立的方程组，LED在相机坐标系内的位置(^cx_i,^cy_i,^cz_i)^T内含有三个未知数，则可以联立(9-11)方程组，可以求解得到LED在相机坐标系内的位置(^cx_i,^cy_i,^cz_i)^T。

在获得LED在相机坐标系内的位置(^cx_i,^cy_i,^cz_i)^T之后，由之前已获得的LED的空间位置坐标(^wx_i,^wy_i,^wz_i)^T，根据坐标系变换法则，则可以获得接收机的空间位置坐标，即确定了接收机的位置，完成定位。

本发明利用可见光照明LED和图像传感器，采用到达信号角度和接收信号强度相结合的定位方法，综合接收机与发射机之间的角度和距离关系获得发射机与接收机之间的相对位置关系，从而仅利用单个LED和图像传感器，就可实现高精度定位；当然本发明亦可以利用多个LED发射机，解得接收机的位置。在多个发射机的情况下，亦可以工作。多个发射机的LED在图像传感器上会有多个成像光斑。对于每个发射机，均可以获得一组形如(9)-(11)的方程组，当有N个发射机时，共可以获得3N个方程组，而此时的未知数仍为接收机的空间位置(^wx_i,^wy_i,^wz_i)^T中的三个未知数，此时可以利用最小二乘等计算方法，估计出接收机的空间位置坐标(^wx_i,^wy_i,^wz_i)^T。

本发明亦可以适于采用指纹定位的方法，以(接收光信号强度，LED在传感器上成像位置)为组合，作为指纹。首先建立起指纹库，指纹库中记录指纹-位置组合。

图8所示为本发明一实施例中基于单个LED和图像传感器采用指纹定位方法的流程图。

图8中，步骤S610-步骤S620同步骤S110-步骤S120。

在步骤S630(接收信号强度测量步骤)，由接收机中的图像传感器感测接收到的光信号强度。

在步骤S640，接收机确定LED成像光斑中心在图像传感器平面的位置坐标。

在步骤S650，重复步骤S630、S640，以接收信号强度、LED成像光斑在图像传感器平面的位置坐标为指纹，并记录接收机移动至空间不同位置时的指纹，上传至后台设备，在后台设备中建立指纹库。

在步骤S660，即在定位阶段，接收机首先解算出接收光信号强度和LED在传感器上成像位置，得到该处的指纹，之后将该指纹与指纹库中的指纹相匹配，以相似度最大的指纹或相似度最大的几个指纹所对应的位置作为定位结果。

本发明中的指纹定位法同样仅利用单个LED和图像传感器，就可实现高精度定位；当然本发明亦可以利用多个LED发射机，解得接收机的位置。

本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或者它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可以用本领域共知的下列技术中的任一项或者他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在流程图中表示或者在此以其它方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

需要说明的是，上述实施例仅为说明本发明而非限制本发明的专利范围，任何基于本发明的等同变换技术，均应在本发明的专利保护范围内。