本發(fā)明涉及室內(nèi)定位技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種低成本室內(nèi)定位方法。

背景技術(shù)：

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線傳感器技術(shù)的發(fā)展，以及社會(huì)各行業(yè)對(duì)智能化的需求，室內(nèi)定位技術(shù)在商場(chǎng)導(dǎo)購(gòu)、餐廳服務(wù)等諸多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景，室內(nèi)定位的研究也成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

目前，對(duì)定位的研究主要使用的是gps、rfid、超聲波、藍(lán)牙和wlan等技術(shù)。然而，采用gps定位多用于室外，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境，受障礙物及建筑物的影響，其定位精度下降嚴(yán)重。雖然用于室內(nèi)定位的rfid、超聲波、wlan等技術(shù)可以提供從幾米到幾十厘米的定位精度，但是射頻系統(tǒng)對(duì)電磁感應(yīng)敏感，在很多場(chǎng)合不能使用，有很大的局限性；另外依靠無(wú)線信號(hào)的定位系統(tǒng)，受電磁干擾影響，不能給予精確定位。并且以上定位方式定位算法復(fù)雜，應(yīng)用成本較高，難以得到推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上情形，為了解決上述現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)存在的環(huán)境影響因素多、算法復(fù)雜、應(yīng)用成本高昂?jiǎn)栴}，本發(fā)明提出一種低成本室內(nèi)定位方法。

一種低成本室內(nèi)定位方法，其步驟在于：在室內(nèi)屋頂設(shè)置一個(gè)或一個(gè)以上的紅外信標(biāo)；以一個(gè)紅外信標(biāo)在地面的投影點(diǎn)設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立室內(nèi)坐標(biāo)系，若設(shè)有多個(gè)紅外信標(biāo)，同時(shí)依據(jù)所述室內(nèi)坐標(biāo)系標(biāo)定其它紅外信標(biāo)的坐標(biāo)信息；被定位終端定位時(shí)，首先初始化被定位終端上設(shè)置的定位傳感器；然后，被定位終端通過(guò)其設(shè)置的攝像頭追蹤并對(duì)準(zhǔn)屋頂上的紅外信標(biāo)，識(shí)別、獲取、記錄紅外信標(biāo)的序列號(hào)信息；同時(shí)，被定位終端的定位傳感器讀取定位角度值；最后，通過(guò)獲取的紅外信標(biāo)的序列號(hào)信息，定位傳感器讀取到的定位角度值以及被定位終端與紅外信標(biāo)之間的空間關(guān)系，計(jì)算出被定位終端的位置坐標(biāo)。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，所述紅外信標(biāo)包括若干紅外led，其中部分紅外led作為被定位終端追蹤和對(duì)準(zhǔn)紅外信標(biāo)的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，保持常亮狀態(tài)；另外的紅外led作為紅外信標(biāo)的特征點(diǎn)，通過(guò)其亮/滅狀態(tài)用于編碼不同的id值，不同id值對(duì)應(yīng)不同的坐標(biāo)信息。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，每一個(gè)紅外信標(biāo)包含9個(gè)按正方形排列的紅外led，其中左上角和右下角的紅外led作為被定位終端追蹤、對(duì)準(zhǔn)紅外信標(biāo)的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，保持常亮狀態(tài)；其余的紅外led作為紅外信標(biāo)的特征點(diǎn)，用于編碼不同的id值，不同id值將對(duì)應(yīng)不同坐標(biāo)用于定位標(biāo)定。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，所述紅外信標(biāo)安裝在屋頂與墻壁的交匯處。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，所述以一個(gè)紅外信標(biāo)在地面的投影點(diǎn)設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立室內(nèi)坐標(biāo)系，包括選擇某個(gè)已安裝的紅外信標(biāo)，以其垂直地面的投影點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以該點(diǎn)所在的平行于墻棱的邊線作為x軸，以地面上過(guò)該投影點(diǎn)且垂直x軸的直線作為y軸，以紅外信標(biāo)和其投影點(diǎn)的連線作為z軸，建立室內(nèi)坐標(biāo)系。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，所述依據(jù)所述室內(nèi)坐標(biāo)系標(biāo)定其他紅外信標(biāo)的坐標(biāo)信息，包括在建立好的室內(nèi)坐標(biāo)系中，標(biāo)記已安裝好的其它紅外信標(biāo)，所述其它紅外信標(biāo)的z軸坐標(biāo)為室內(nèi)墻體的高度h；x軸、y軸坐標(biāo)為相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，所述定位傳感器包括攝像頭和角度傳感器；所述初始化被定位終端上設(shè)置的定位傳感器，包括初始化攝像頭和初始化角度傳感器；初始化攝像頭包括攝像頭成像矯正，以及攝像頭成像數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)備；初始化角度傳感器包括將測(cè)量水平和垂直角度的傳感器的值初始化為零。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，所述被定位終端通過(guò)其設(shè)置的攝像頭追蹤并對(duì)準(zhǔn)屋頂上的紅外信標(biāo)，識(shí)別、獲取、記錄紅外信標(biāo)的序列號(hào)信息，若攝像頭只感知到一個(gè)紅外信標(biāo)，攝像頭即對(duì)準(zhǔn)該紅外信標(biāo)中心，并識(shí)別該紅外信標(biāo)的id值，獲取該紅外信標(biāo)的位置坐標(biāo)；若攝像頭感知到多個(gè)紅外信標(biāo)，將先識(shí)別多個(gè)紅外信標(biāo)的id值，選擇id值最小的紅外信標(biāo)為此次定位信標(biāo)，而后對(duì)準(zhǔn)id值最小的紅外信標(biāo)中心，記錄該紅外信標(biāo)的位置坐標(biāo)。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，被定位終端在追蹤、對(duì)準(zhǔn)紅外信標(biāo)的過(guò)程中，被定位終端通過(guò)角度傳感器讀取自身相對(duì)于紅外信標(biāo)的空間角度坐標(biāo)作為定位角度值。

在根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中，優(yōu)選地，被定位終端每一次拐彎或掉頭，都進(jìn)行空間角度坐標(biāo)校準(zhǔn)以修正定位角度值。

在采取本發(fā)明提出的技術(shù)后，根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法，通過(guò)先在室內(nèi)屋頂安裝紅外信標(biāo)，信標(biāo)的安裝數(shù)量取決于室內(nèi)環(huán)境的大小，信標(biāo)安裝在屋頂與墻壁的交接處。選擇已安裝信標(biāo)中的某一個(gè)信標(biāo)，將其在地面的投影點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，從而建立室內(nèi)坐標(biāo)系，依據(jù)此坐標(biāo)系標(biāo)定其余信標(biāo)的相對(duì)坐標(biāo)信息，初始化被定位終端上的定位傳感器。被定位終端追蹤、對(duì)準(zhǔn)室內(nèi)安裝的紅外信標(biāo)，識(shí)別、獲取、記錄紅外信標(biāo)的物理信息。被定位終端的定位傳感器讀取定位角度值。依據(jù)識(shí)別到的紅外信標(biāo)的物理信息，定位傳感器讀取到的定位角度值以及被定位終端與紅外信標(biāo)之間的空間關(guān)系，計(jì)算出被定位終端的位置坐標(biāo)。

在采取本發(fā)明提出的技術(shù)后，根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法，在室內(nèi)屋頂安裝適當(dāng)數(shù)量紅外信標(biāo)，依據(jù)某一紅外信標(biāo)在地面的投影點(diǎn)建立室內(nèi)三維坐標(biāo)系，標(biāo)定所有紅外信標(biāo)在該坐標(biāo)的坐標(biāo)值，通過(guò)移動(dòng)物體即被定位終端的攝像頭識(shí)別、追蹤、對(duì)準(zhǔn)紅外信標(biāo)，讀取角度傳感器測(cè)量到的被定位終端空間角度坐標(biāo)，依據(jù)物理關(guān)系式，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)物體在室內(nèi)的定位功能。

在采取本發(fā)明提出的技術(shù)后，根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法，不受電磁感應(yīng)或電磁干擾以及障礙物或建筑物的影響，定位精度高，算法簡(jiǎn)便，應(yīng)用成本低。

附圖說(shuō)明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法中紅外信標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法室內(nèi)坐標(biāo)系建立示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法攝像頭感知到多個(gè)信標(biāo)做出判斷示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法實(shí)現(xiàn)示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的低成本室內(nèi)定位方法角度傳感器校準(zhǔn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行描述。提供以下參照附圖的描述，以幫助對(duì)由權(quán)利要求及其等價(jià)物所限定的本發(fā)明的示例實(shí)施方式的理解。其包括幫助理解的各種具體細(xì)節(jié)，但它們只能被看作是示例性的。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可對(duì)這里描述的實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。而且，為了使說(shuō)明書(shū)更加清楚簡(jiǎn)潔，將省略對(duì)本領(lǐng)域熟知功能和構(gòu)造的詳細(xì)描述。

一種低成本室內(nèi)定位方法，首先要制作紅外信標(biāo)，并在室內(nèi)環(huán)境安裝紅外信標(biāo)。

如圖1所示，每一個(gè)紅外信標(biāo)都包含9個(gè)紅外led，這些紅外led按正方形排列，其中左上角和右下角的紅外led作為被定位終端追蹤和對(duì)準(zhǔn)紅外信標(biāo)的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，常亮；其余的紅外led作為紅外信標(biāo)的特征點(diǎn)，用于編碼不同的id值，不同id值將對(duì)應(yīng)不同坐標(biāo)，這7個(gè)紅外led若亮記為1，滅記為0，將會(huì)產(chǎn)生2^7=128種不同的結(jié)果，對(duì)應(yīng)128個(gè)不同的id即128個(gè)不同的位置坐標(biāo)。所以該套人工信標(biāo)最多可以產(chǎn)生/設(shè)置128種不同id值的紅外信標(biāo)用于定位標(biāo)定。

依據(jù)室內(nèi)環(huán)境的實(shí)際大小選擇安裝適當(dāng)數(shù)量的紅外信標(biāo)。

選擇某個(gè)已安裝的紅外信標(biāo)，其垂直地面的投影點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，以該點(diǎn)所在的平行于墻棱的邊線作為x軸，以地面上過(guò)該投影點(diǎn)且垂直x軸的直線作為y軸，以紅外信標(biāo)和其投影點(diǎn)的連線作為z軸，建立室內(nèi)坐標(biāo)系，如圖2所示。

在建立好的室內(nèi)坐標(biāo)系中，標(biāo)記已安裝好的紅外信標(biāo)，紅外信標(biāo)的z軸坐標(biāo)為室內(nèi)墻體的高度h；x軸，y軸坐標(biāo)是相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。

初始化攝像頭，完成攝像頭成像矯正，攝像頭成像數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)備。

初始化角度傳感器，將測(cè)量水平和垂直角度的傳感器的值初始化為零。

被定位終端通過(guò)攝像頭感知室內(nèi)已安裝的紅外信標(biāo)，包括以下兩種情況可以選擇：

若攝像頭只感知到一個(gè)紅外信標(biāo)，攝像頭對(duì)準(zhǔn)該信標(biāo)中心，并識(shí)別信標(biāo)的id值，獲取信標(biāo)的位置坐標(biāo)；

若攝像頭感知到多個(gè)紅外信標(biāo)，將先識(shí)別多個(gè)信標(biāo)的id值，選擇id值最小的紅外信標(biāo)為此次定位信標(biāo)，而后對(duì)準(zhǔn)id值最小的信標(biāo)中心，記錄該信標(biāo)的位置坐標(biāo)，如圖3所示。

被定位終端通過(guò)角度傳感器讀取自身相對(duì)于紅外信標(biāo)的空間角度坐標(biāo)，如圖4所示。

通過(guò)紅外信標(biāo)序列號(hào)信息，被定位終端自身的空間角度坐標(biāo)以及空間幾何關(guān)系，即可計(jì)算被定位終端的空間位置坐標(biāo)。

具體計(jì)算方法如下。

被定位終端沿圖4中的l線移動(dòng)，攝像頭感知到室內(nèi)環(huán)境的紅外信標(biāo)a，被定位終端發(fā)出指令，攝像頭追蹤紅外信標(biāo)a，并使信標(biāo)中心成像落在攝像頭的中心。

從指令發(fā)出到攝像頭對(duì)準(zhǔn)紅外信標(biāo)a的過(guò)程中，角度傳感器的測(cè)量值改變，當(dāng)攝像頭對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)，并不再移動(dòng)的時(shí)候，角度傳感器讀取到被定位終端相對(duì)紅外信標(biāo)a的空間角度值為圖4中的α、β；其中α是垂直角度，β是水平角度。

紅外信標(biāo)的空間坐標(biāo)已知為(0,0,h)，被定位終端通過(guò)角度傳感器讀取自身相對(duì)于紅外信標(biāo)的空間角度坐標(biāo)(α,β)，根據(jù)紅外信標(biāo)a和被定位終端之間的空間幾何關(guān)系式：

可以求得被定位終端在室內(nèi)的位置坐標(biāo)(x,y)。關(guān)系式中的(x,y,h)是任意一個(gè)紅外信標(biāo)的空間坐標(biāo)，在本實(shí)例中紅外信標(biāo)a的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)都為0。

另外，當(dāng)被定位終端發(fā)生拐彎或者掉頭行為，需要進(jìn)行空間角度坐標(biāo)校準(zhǔn)即校準(zhǔn)角度傳感器的測(cè)量值。如圖5所示，被定位終端沿虛線移動(dòng)，例如在a點(diǎn)發(fā)生右轉(zhuǎn)彎后，需要水平角度傳感器的測(cè)量值自動(dòng)減去90度；在b點(diǎn)發(fā)生左轉(zhuǎn)彎后，需要水平角度傳感器的測(cè)量值自動(dòng)加上90度。

根據(jù)上述本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低成本室內(nèi)定位方法，通過(guò)先在室內(nèi)屋頂安裝適當(dāng)數(shù)量紅外信標(biāo)，信標(biāo)的安裝數(shù)量取決于室內(nèi)環(huán)境的大小，信標(biāo)安裝在屋頂與墻壁的交接處。選擇已安裝信標(biāo)中的某一個(gè)信標(biāo)，將其在地面的投影點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，依據(jù)此投影點(diǎn)建立室內(nèi)三維坐標(biāo)系，標(biāo)定所有紅外信標(biāo)在該坐標(biāo)的坐標(biāo)值。在定位時(shí)，先初始化被定位終端上的定位傳感器，通過(guò)移動(dòng)物體即被定位終端的攝像頭識(shí)別，追蹤、對(duì)準(zhǔn)室內(nèi)安裝的紅外信標(biāo)，識(shí)別、獲取、記錄紅外信標(biāo)的序列號(hào)信息。同時(shí)，被定位終端的定位傳感器讀取定位角度值。依據(jù)識(shí)別到的紅外信標(biāo)的序列號(hào)信息，定位傳感器讀取到的定位角度值以及被定位終端與紅外信標(biāo)之間的空間關(guān)系，依據(jù)空間幾何關(guān)系式，計(jì)算出被定位終端的位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)物體在室內(nèi)的定位功能。

根據(jù)上述本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低成本室內(nèi)定位方法，不受電磁感應(yīng)或電磁干擾以及障礙物或建筑物的影響，定位精度高，算法簡(jiǎn)便，應(yīng)用成本低。

以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

通過(guò)以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可實(shí)施。當(dāng)然，以上所列的情況僅為示例，本發(fā)明并不僅限于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的其他變形或簡(jiǎn)化，都可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于本發(fā)明，并且應(yīng)該包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。