本發(fā)明屬于定位系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是涉及一種基于led可見(jiàn)光通信的手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)及其定位方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，被譽(yù)為“綠色照明”的半導(dǎo)體led照明技術(shù)發(fā)展迅猛，與傳統(tǒng)照明光源相比，白光led不僅功耗低、使用壽命長(zhǎng)、尺寸小、綠色環(huán)保，更具有調(diào)制性能好和響應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。利用led的這種特性，它能用作照明的同時(shí)，還可以把信號(hào)調(diào)制到led可見(jiàn)光束上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將信息從燈具發(fā)送至客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)一種新興的光無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，即可見(jiàn)光通信技術(shù)。由于可見(jiàn)光與日常生活息息相關(guān)，辦公室、家庭以及公共場(chǎng)合中的許多設(shè)備均含可見(jiàn)光光源，可為室內(nèi)用戶(hù)提供隨時(shí)隨地的便捷數(shù)據(jù)服務(wù)。

隨著各種綜合體類(lèi)建筑如大型購(gòu)物中心、大型交通中轉(zhuǎn)站等的出現(xiàn)，人們的活動(dòng)空間越來(lái)越龐大和復(fù)雜，進(jìn)而對(duì)室內(nèi)定位和導(dǎo)航的需求也日趨強(qiáng)烈；同時(shí)，精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)、智能倉(cāng)儲(chǔ)、機(jī)器人、療養(yǎng)護(hù)理等行業(yè)也需要利用定位技術(shù)獲取特定對(duì)象的室內(nèi)位置信息；而gps衛(wèi)星信號(hào)在室內(nèi)是很微弱甚至沒(méi)有的，不能夠滿(mǎn)足室內(nèi)定位的精度需求，這些需求為室內(nèi)定位技術(shù)帶來(lái)巨大機(jī)會(huì)。

目前現(xiàn)有技術(shù)中的室內(nèi)定位技術(shù)方案包括a-gps定位技術(shù)、超聲波定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、紅外線(xiàn)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、超寬帶技術(shù)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)、光跟蹤定位技術(shù)，以及圖像分析、信標(biāo)定位、計(jì)算機(jī)視覺(jué)定位技術(shù)等等。這些室內(nèi)定位技術(shù)從總體上可歸納為幾類(lèi)，即gnss技術(shù)，如偽衛(wèi)星等；無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)，包括無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)、射頻無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽、超聲波、光跟蹤、無(wú)線(xiàn)傳感器定位技術(shù)等；其它定位技術(shù)如計(jì)算機(jī)視覺(jué)、航位推算等；以及gnss和無(wú)線(xiàn)定位組合的定位技術(shù)如a-gps或a-gnss。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)基于led可見(jiàn)光的定位技術(shù)的研究分為非成像定位技術(shù)和成像定位技術(shù)兩種。非成像定位技術(shù)使用傳統(tǒng)的定位方法，利用多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，基于距離和角度進(jìn)行定位；成像定位技術(shù)采用閃光燈、顯示器、光學(xué)傳感器等作為收發(fā)器件，以實(shí)現(xiàn)可變速率通信、定位導(dǎo)航和消息廣播等功能。非成像定位技術(shù)是基于專(zhuān)用的光電探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)led燈的檢測(cè)，主要有4種實(shí)現(xiàn)方法：三角測(cè)量法、情景分析法、接近法及vlc和adhoc混合法；基于可見(jiàn)光的成像定位系統(tǒng)，從led發(fā)射的三維坐標(biāo)通過(guò)圖像傳感器解調(diào)信息，并使用圖像傳感器中接收到的led圖像的距離幾何關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)的位置?；诳梢?jiàn)光的成像定位系統(tǒng)可分為單燈單攝像頭、雙燈單攝像頭和單燈雙攝像頭等形式，利用不同的定位方式中圖像傳感器接收到led圖像的不同距離幾何關(guān)系來(lái)計(jì)算出目標(biāo)的位置。

隨著科技的高速發(fā)展和進(jìn)步，智能手機(jī)的發(fā)展越來(lái)越快，更加貼近人們的生活，手機(jī)功能也越來(lái)越強(qiáng)大，這一系列的現(xiàn)象表明智能手機(jī)大時(shí)代的到來(lái)，而且正在持續(xù)高速發(fā)展，手機(jī)app的開(kāi)發(fā)也是越來(lái)越受歡迎。而以往基于led可見(jiàn)光通信的室內(nèi)定位技術(shù)并沒(méi)有結(jié)合手機(jī)上的單攝像頭和手機(jī)安卓系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用開(kāi)發(fā)得到的可見(jiàn)光通信相機(jī)進(jìn)行安卓app開(kāi)發(fā)的基于led可見(jiàn)光通信的定位系統(tǒng)及其定位方法，其通過(guò)調(diào)用手機(jī)攝像頭相機(jī)系統(tǒng)的拍攝來(lái)確定手機(jī)客戶(hù)端相對(duì)于led燈的位置，對(duì)拍攝得到的led光信號(hào)進(jìn)行解碼，再通過(guò)定位算法和計(jì)算進(jìn)行精確的定位。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于led可見(jiàn)光通信的手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)包括依次連接的led可見(jiàn)光通信模塊、手機(jī)可見(jiàn)光通信信號(hào)接收模塊和手機(jī)定位軟件模塊，led可見(jiàn)光通信模塊包括led燈，led燈是安裝在已知坐標(biāo)位置的照明設(shè)備，手機(jī)可見(jiàn)光通信信號(hào)接收模塊包括開(kāi)發(fā)得到的可見(jiàn)光通信相機(jī)，可見(jiàn)光通信相機(jī)包括手機(jī)上的單個(gè)攝像頭及相機(jī)系統(tǒng)；手機(jī)定位軟件模塊包括在手機(jī)安卓系統(tǒng)下運(yùn)行的包含定位算法的手機(jī)客戶(hù)端app軟件。

一種基于led可見(jiàn)光通信的手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)的定位方法，該定位方法具體包括如下步驟：首先由手機(jī)端可見(jiàn)光通信相機(jī)拍攝led燈圖片，將led燈的位置信息調(diào)制到led燈的閃爍上，led燈為發(fā)送端，調(diào)用手機(jī)單攝像頭的開(kāi)發(fā)得到的可見(jiàn)光通信相機(jī)為接收端；接收端通過(guò)相機(jī)系統(tǒng)調(diào)用手機(jī)攝像頭進(jìn)行逐行掃描拍攝得到led燈上的調(diào)制信息，圖像處理得到數(shù)據(jù)區(qū)條紋圖，表現(xiàn)為相機(jī)系統(tǒng)拍攝得到的led圖像的明暗條紋圖，然后應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)區(qū)條紋圖進(jìn)行解碼，而此解碼結(jié)果獲取對(duì)應(yīng)該led燈的位置信息；之后根據(jù)室內(nèi)基于光學(xué)成像的定位方法，以及解碼所得led燈具的位置，由應(yīng)用程序進(jìn)行計(jì)算最終得到手機(jī)接收端的精確定位位置。

每一個(gè)led燈由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路控制，led燈在實(shí)現(xiàn)普通照明功能的同時(shí)發(fā)出按照特定方式編碼的高頻閃爍光，高頻閃爍光對(duì)應(yīng)該燈唯一的位置編碼信息；led燈將其位置信息調(diào)制成高頻閃爍信號(hào)發(fā)射出去后，手機(jī)可見(jiàn)光通信信號(hào)接收模塊的接收端通過(guò)可調(diào)用手機(jī)攝像頭的可見(jiàn)光通信相機(jī)進(jìn)行逐行掃描拍攝得到led燈的調(diào)制信息，并解碼得到該led燈的位置信息，最后根據(jù)定位算法計(jì)算得到手機(jī)接收端的精確定位位置。

開(kāi)發(fā)得到的可見(jiàn)光通信相機(jī)能夠拍攝led燈在連續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)上發(fā)射出的變化的光信號(hào)，將這些變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成空間上連續(xù)變化的明暗條紋，并將其體現(xiàn)在同一張照片上，同時(shí)該可見(jiàn)光通信相機(jī)能夠通過(guò)程序設(shè)定來(lái)根據(jù)需要改變相機(jī)參數(shù)。

手機(jī)上自帶的任意一個(gè)攝像頭由相機(jī)系統(tǒng)控制拍攝led燈的圖像，圖像中包含led燈發(fā)射的位置編碼信息，或者打開(kāi)相機(jī)系統(tǒng)的攝像模式對(duì)led燈進(jìn)行預(yù)覽，控制程序?qū)ed燈發(fā)射的高頻閃爍光進(jìn)行實(shí)時(shí)接收處理，獲取led燈發(fā)射的位置編碼信息。

在手機(jī)安卓系統(tǒng)下運(yùn)行的包含定位算法的手機(jī)客戶(hù)端app軟件能夠在安卓系統(tǒng)下對(duì)調(diào)用手機(jī)單攝像頭的相機(jī)系統(tǒng)拍攝到的led燈圖像進(jìn)行處理和解碼，得到對(duì)應(yīng)的led燈位置坐標(biāo)，進(jìn)一步通過(guò)單攝像頭模式的定位算法計(jì)算出攝像頭的三維位置坐標(biāo)。

本發(fā)明與傳統(tǒng)射頻無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比，可見(jiàn)光通信可利用的帶寬范圍大，具有更高的安全性和私密性，不產(chǎn)生電磁干擾，也無(wú)需相應(yīng)頻段的許可授權(quán)，能夠以較低的成本實(shí)現(xiàn)高帶寬高速率的無(wú)線(xiàn)通信接入，具有很好的空間復(fù)用性，極大地拓展了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，是對(duì)現(xiàn)有射頻技術(shù)的很好的補(bǔ)充。

本發(fā)明通過(guò)一系列安卓開(kāi)發(fā)步驟，在手機(jī)客戶(hù)端下載得到本發(fā)明這款基于led可見(jiàn)光通信的室內(nèi)定位app，之后可以直接使用可調(diào)用手機(jī)上單攝像頭的開(kāi)發(fā)相機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行拍攝，通過(guò)掃描led燈的閃爍獲取led燈上對(duì)應(yīng)的調(diào)制信息，解碼從而確定燈的位置，進(jìn)而通過(guò)定位算法和計(jì)算得到手機(jī)客戶(hù)端的具體精確位置并且將結(jié)果顯示在手機(jī)app上，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)調(diào)用手機(jī)攝像頭相機(jī)系統(tǒng)的拍攝來(lái)確定手機(jī)客戶(hù)端相對(duì)于led燈的位置，對(duì)拍攝得到的led光信號(hào)進(jìn)行解碼，再通過(guò)定位算法和計(jì)算進(jìn)行精確的定位。本發(fā)明基于led可見(jiàn)光通信的定位系統(tǒng)定位精度高，而且?guī)捹Y源豐富，不需獲得管理機(jī)構(gòu)的授權(quán)，而且本發(fā)明中的定位系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生任何電磁干擾，也不易受外部電磁干擾的影響，定位精度高，可廣泛應(yīng)用于對(duì)電磁干擾敏感的特殊場(chǎng)合，如醫(yī)院和加油站等。本發(fā)明中的定位系統(tǒng)使用led做光源，兼顧照明與定位，此技術(shù)一旦成型便可很快應(yīng)用到日常生活中?；趌ed可見(jiàn)光通信的手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，使得客戶(hù)端直接使用手機(jī)下載app，利用開(kāi)發(fā)的可調(diào)用手機(jī)攝像頭的相機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行拍照就可進(jìn)行定位，從而使得定位在生活中的應(yīng)用更加方便。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)的工作流程圖；

圖2是本發(fā)明手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖；

圖3是本發(fā)明手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位計(jì)算空間示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

如圖1至圖2所示，一種基于led可見(jiàn)光通信的手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)包括依次連接的led可見(jiàn)光通信模塊、手機(jī)可見(jiàn)光通信信號(hào)接收模塊和手機(jī)定位軟件模塊，led可見(jiàn)光通信模塊包括led燈，led燈是安裝在已知坐標(biāo)位置的照明設(shè)備，手機(jī)可見(jiàn)光通信信號(hào)接收模塊包括開(kāi)發(fā)得到的可見(jiàn)光通信相機(jī)，可見(jiàn)光通信相機(jī)包括手機(jī)上的單個(gè)攝像頭及相機(jī)系統(tǒng)；手機(jī)定位軟件模塊包括在手機(jī)安卓系統(tǒng)下運(yùn)行的包含定位算法的手機(jī)客戶(hù)端app軟件。

一種基于led可見(jiàn)光通信的手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)的定位方法，該定位方法具體包括如下步驟：首先由手機(jī)端可見(jiàn)光通信相機(jī)拍攝led燈圖片，將led燈的位置信息調(diào)制到led燈的閃爍上，led燈為發(fā)送端，調(diào)用手機(jī)單攝像頭的開(kāi)發(fā)得到的可見(jiàn)光通信相機(jī)為接收端；接收端通過(guò)相機(jī)系統(tǒng)調(diào)用手機(jī)攝像頭進(jìn)行逐行掃描拍攝得到led燈上的調(diào)制信息，圖像處理得到數(shù)據(jù)區(qū)條紋圖，表現(xiàn)為相機(jī)系統(tǒng)拍攝得到的led圖像的明暗條紋圖，然后應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)區(qū)條紋圖進(jìn)行解碼，而此解碼結(jié)果獲取對(duì)應(yīng)該led燈的位置信息；之后根據(jù)室內(nèi)基于光學(xué)成像的定位方法，以及解碼所得led燈具的位置，由應(yīng)用程序進(jìn)行計(jì)算最終得到手機(jī)接收端的精確定位位置。

每一個(gè)led燈由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路控制，led燈在實(shí)現(xiàn)普通照明功能的同時(shí)發(fā)出按照特定方式編碼的高頻閃爍光，高頻閃爍光對(duì)應(yīng)該燈唯一的位置編碼信息；led燈將其位置信息調(diào)制成高頻閃爍信號(hào)發(fā)射出去后，手機(jī)可見(jiàn)光通信信號(hào)接收模塊的接收端通過(guò)可調(diào)用手機(jī)攝像頭的可見(jiàn)光通信相機(jī)進(jìn)行逐行掃描拍攝得到led燈的調(diào)制信息，并解碼得到該led燈的位置信息，最后根據(jù)定位算法計(jì)算得到手機(jī)接收端的精確定位位置。開(kāi)發(fā)得到的可見(jiàn)光通信相機(jī)能夠拍攝led燈在連續(xù)不同時(shí)間點(diǎn)上發(fā)射出的變化的光信號(hào)，將這些變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)化成空間上連續(xù)變化的明暗條紋，并將其體現(xiàn)在同一張照片上，同時(shí)該可見(jiàn)光通信相機(jī)能夠通過(guò)程序設(shè)定來(lái)根據(jù)需要改變相機(jī)參數(shù)。

手機(jī)上自帶的任意一個(gè)攝像頭由相機(jī)系統(tǒng)控制拍攝led燈的圖像，圖像中包含led燈發(fā)射的位置編碼信息，或者打開(kāi)相機(jī)系統(tǒng)的攝像模式對(duì)led燈進(jìn)行預(yù)覽，控制程序?qū)ed燈發(fā)射的高頻閃爍光進(jìn)行實(shí)時(shí)接收處理，獲取led燈發(fā)射的位置編碼信息。在手機(jī)安卓系統(tǒng)下運(yùn)行的包含定位算法的手機(jī)客戶(hù)端app軟件能夠在安卓系統(tǒng)下對(duì)調(diào)用手機(jī)單攝像頭的相機(jī)系統(tǒng)拍攝到的led燈圖像進(jìn)行處理和解碼，得到對(duì)應(yīng)的led燈位置坐標(biāo)，進(jìn)一步通過(guò)單攝像頭模式的定位算法計(jì)算出攝像頭的三維位置坐標(biāo)。

如圖3所示，圖3為本發(fā)明手機(jī)安卓相機(jī)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位計(jì)算空間示意圖，手機(jī)客戶(hù)端室內(nèi)定位的計(jì)算方法如下：

本發(fā)明中使用的定位算法為一組基于單攝像頭光學(xué)成像的定位公式，設(shè)單個(gè)led燈在環(huán)境空間坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)(x,y,z)、手機(jī)單攝像頭焦距f、單攝像頭像素平面中心在像素平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x0,y0)、led燈兩個(gè)端點(diǎn)在成像后在攝像頭像素平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x1,y1)、(x2,y2)，led燈中心與像素面中心在yw方向的距離為yc，led燈中心與像素面中心在xw方向的距離為xc，計(jì)算出攝像頭像素平面中心在環(huán)境空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x0,y0,z0)。

由相似三角形特性可得出：

上式中h為led燈到鏡頭垂直距離，由上式可求得h，然后，手機(jī)攝像頭像素面中心在室內(nèi)空間坐標(biāo)(x0,y0,z0)可表達(dá)為：

z0＝z-h-f；

由上式計(jì)算公式和算法編寫(xiě)，通過(guò)手機(jī)單攝像頭可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶(hù)端位置的3d定位。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上內(nèi)容僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的簡(jiǎn)單修改或者等同替換，均不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。