流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，可用于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中對(duì)環(huán)境中數(shù)量很大的信標(biāo)進(jìn)行快速識(shí)別。包括信標(biāo)系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)，一個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)由多個(gè)信標(biāo)組成，信標(biāo)采用流水燈方式工作，依次發(fā)出脈沖信號(hào)，通過分析圖像序列，可以獲取到脈沖信號(hào)發(fā)生的圖像坐標(biāo)和發(fā)生時(shí)刻，由于每個(gè)信標(biāo)的工作次序已知，可以將采集到的脈沖信號(hào)圖像坐標(biāo)和信標(biāo)編號(hào)對(duì)應(yīng)起來，從而實(shí)現(xiàn)大量信標(biāo)的快速識(shí)別。
【專利說明】流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，可用于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中對(duì)環(huán)境中數(shù)量很大的信標(biāo)進(jìn)行快速識(shí)別。

【背景技術(shù)】
[0002]在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，尤其是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中，對(duì)環(huán)境信標(biāo)的圖像分析可以提供圖像采集設(shè)備(如攝像機(jī))的相對(duì)位置和姿態(tài)信息。
[0003]目前主要采用的信標(biāo)系統(tǒng)為常亮式信標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)信標(biāo)之間不加以區(qū)分，而采用窮舉的方式進(jìn)行推算。當(dāng)同一畫面中出現(xiàn)的信標(biāo)數(shù)量過大時(shí)，計(jì)算復(fù)雜性增加，無法實(shí)現(xiàn)快速識(shí)別。
[0004]另有一種信標(biāo)系統(tǒng)，信標(biāo)采用的是二維碼的形式，但其運(yùn)算量仍然過大，不適用于便攜式設(shè)備。
[0005]還有一種信標(biāo)系統(tǒng)，信標(biāo)采用的是二進(jìn)制頻閃方式，當(dāng)信標(biāo)數(shù)量過大時(shí)(100個(gè)以上)，二進(jìn)制碼過長(7位以上)，在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)很難持續(xù)跟蹤采集，容易導(dǎo)致識(shí)別失敗。
[0006]基于上述現(xiàn)有方案的不足之處，為了開發(fā)出可對(duì)大量信標(biāo)進(jìn)行快速識(shí)別的信標(biāo)系統(tǒng)，本發(fā)明提出了流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，所要解決的技術(shù)問題是:在較小的運(yùn)算量下，增加系統(tǒng)能分辨出的信標(biāo)總數(shù)。
[0008]本發(fā)明主要通過以下技術(shù)方案實(shí)施:一種流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，包括信標(biāo)系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)。一個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)由多個(gè)(N個(gè)信標(biāo)，編號(hào)由I到N)信標(biāo)組成，一個(gè)工作周期開始的時(shí)刻被記為t0，信標(biāo)采用流水燈方式工作，多個(gè)信標(biāo)間隔一定時(shí)間Λ t依次發(fā)出脈沖信號(hào)，一個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)所有信標(biāo)都發(fā)送完脈沖信號(hào)后，一個(gè)工作周期結(jié)束，經(jīng)過一定休眠時(shí)間后，進(jìn)入下一個(gè)工作周期；圖像采集系統(tǒng)可連續(xù)工作采集圖像序列，通過分析圖像序列，可以獲取到脈沖信號(hào)發(fā)生的圖像坐標(biāo)x、y和發(fā)生時(shí)刻ti (i=l，…，n)，由于每個(gè)信標(biāo)的工作次序η已知，可以將采集到的脈沖信號(hào)圖像坐標(biāo)x、y和信標(biāo)編號(hào)N對(duì)應(yīng)起來，從而實(shí)現(xiàn)大量信標(biāo)的快速識(shí)別。
[0009]作為優(yōu)選，信標(biāo)發(fā)出的電磁波信號(hào)可以是藍(lán)、綠、紅、紅外四個(gè)波段，從而允許多達(dá)四個(gè)不同波段的信標(biāo)系統(tǒng)同時(shí)工作而互不干擾，圖像采集系統(tǒng)可采集一個(gè)或多個(gè)波段的電磁波信號(hào)。
[0010]作為優(yōu)選，當(dāng)有多個(gè)相同波段的信標(biāo)系統(tǒng)同時(shí)工作，即可能發(fā)生兩個(gè)相同波段的信標(biāo)在同一時(shí)刻工作，可采用多攝像頭立體圖像采集系統(tǒng)，通過多目視差確定距離，從而區(qū)分同一時(shí)間點(diǎn)工作的不同信標(biāo)。
[0011]作為優(yōu)選，當(dāng)有多個(gè)相同波段的信標(biāo)系統(tǒng)同時(shí)工作，即可能發(fā)生兩個(gè)相同波段的信標(biāo)在同一時(shí)刻工作，可采用淺景深圖像采集系統(tǒng)，通過信標(biāo)圖像的彌散圓半徑來區(qū)分同一時(shí)間點(diǎn)工作的不同距離的信標(biāo)。
[0012]作為優(yōu)選，脈沖信號(hào)可以是正脈沖方波信號(hào)，也可以是負(fù)脈沖方波信號(hào)。
[0013]作為優(yōu)選，為了增加脈沖信號(hào)的辨識(shí)度，防止誤判，脈沖信號(hào)可以是雙正脈沖方波信號(hào)，也可以是雙負(fù)脈沖方波信號(hào)。
[0014]作為優(yōu)選，圖像采集系統(tǒng)的采樣時(shí)間間隔小于或等于信標(biāo)系統(tǒng)的單脈沖寬度，以便能成功采集到所有的脈沖信號(hào)。
[0015]作為優(yōu)選，信標(biāo)一旦安裝好，其在一個(gè)工作周期內(nèi)的工作次序η就固定下來，信標(biāo)上裝有時(shí)間信號(hào)接收裝置，可接收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，來校準(zhǔn)內(nèi)置時(shí)鐘，從而保證該信標(biāo)的工作頻率和工作相位與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相符。
[0016]作為優(yōu)選，圖像采集系統(tǒng)上裝有時(shí)間信號(hào)接收裝置，可以接受標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，來校準(zhǔn)內(nèi)置時(shí)鐘，從而保證圖像采集系統(tǒng)的工作頻率和工作相位與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相符。
[0017]作為優(yōu)選，信標(biāo)上裝有控制信號(hào)接收裝置，可接收控制信號(hào)，來改變?cè)撔艠?biāo)在一個(gè)工作周期內(nèi)的工作次序η。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:1)采用流水燈工作方式，信標(biāo)發(fā)出脈沖的時(shí)間，就對(duì)應(yīng)著信標(biāo)的編號(hào)，識(shí)別迅速、可靠。
[0019]2)當(dāng)采用負(fù)脈沖時(shí)，由于信標(biāo)常亮，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)跟蹤，只有在跟蹤失敗的情況下，才需要重新進(jìn)行編號(hào)確認(rèn)，因而工作周期可以拉得很長，一個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)可以容納下更多的?目標(biāo)。
[0020]3)當(dāng)采用雙脈沖時(shí)，依靠01010或10101五位編碼就可以確定脈沖發(fā)生，這樣五位的編碼已經(jīng)能過濾掉大部分環(huán)境干擾，且五位編碼時(shí)間跨度較小，不至于在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)與其他信標(biāo)發(fā)生耦合干擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)的原理框圖。
[0022]圖2是四種不同的脈沖發(fā)送方式示意圖。
[0023]圖3是6個(gè)信標(biāo)的正單脈沖信標(biāo)系統(tǒng)示意圖。
[0024]圖4是6個(gè)信標(biāo)的負(fù)雙脈沖信標(biāo)系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過實(shí)施例，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步具體的說明。
[0026]流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)發(fā)生器發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，同時(shí)被圖像采集系統(tǒng)和所有信標(biāo)接收到，因而信標(biāo)和圖像采集系統(tǒng)的時(shí)間同步。信標(biāo)按照控制信號(hào)發(fā)生器給出的控制信號(hào)，按照給定的工作次序η，在某一工作周期開始時(shí)刻t0之后的(n-1) X Δ t時(shí)刻發(fā)出脈沖信號(hào)，被圖像采集系統(tǒng)截獲，圖像處理系統(tǒng)根據(jù)采集到的圖像序列，分析確定脈沖發(fā)生時(shí)刻ti，因?yàn)橛衪i=t0+(n-l) XAt,因而可以計(jì)算出n，則信標(biāo)編號(hào)N=n，該信標(biāo)即被識(shí)別。之后，圖像處理系統(tǒng)將脈沖點(diǎn)的圖像坐標(biāo)x、y和對(duì)應(yīng)信標(biāo)編號(hào)N作為結(jié)果輸出。
[0027]圖2介紹了四種不同的脈沖發(fā)送方式，分別是:正單脈沖、正雙脈沖、負(fù)單脈沖、負(fù)雙脈沖。其中雙脈沖的脈沖寬度指的是101或010三位的總寬度。脈沖發(fā)生時(shí)刻ti為第一個(gè)單脈沖的起始點(diǎn)。
[0028]圖3介紹了一個(gè)包括6個(gè)信標(biāo)的正單脈沖信標(biāo)系統(tǒng)，假設(shè)單脈沖寬度為0.1秒，時(shí)間間隔Λ t為0.1秒，則一個(gè)工作周期為0.6秒。
[0029]圖4介紹了一個(gè)包括6個(gè)信標(biāo)的負(fù)雙脈沖信標(biāo)系統(tǒng)，假設(shè)單脈沖寬度為0.1秒，雙脈沖寬度為0.3秒，時(shí)間間隔Λ t為0.1秒，則一個(gè)工作周期為0.6秒。
[0030]下面介紹一個(gè)更加實(shí)用的實(shí)施例:流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)中包含一個(gè)全波段圖像采集系統(tǒng)和四個(gè)不同波段(藍(lán)、綠、紅、紅外)的信標(biāo)系統(tǒng)。所有信標(biāo)系統(tǒng)都采用負(fù)雙脈沖工作方式，雙脈沖寬度為0.3秒，時(shí)間間隔為0.1秒。一個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)包含30個(gè)信標(biāo)，則工作周期為3秒，考慮休眠時(shí)間為O秒，即連續(xù)工作。則四個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)共有120個(gè)信標(biāo)，分布在100平米房間(1mX 1mX 2m)的墻面上，共有80平米的墻面和100平米的天花板，平均1.5平米有I個(gè)信標(biāo)。假設(shè)圖像采集系統(tǒng)的視角為45°，則站在房間一端看另一端，最多能拍攝到的墻面和天花板約為80平米，即能拍攝到53個(gè)信標(biāo)。假設(shè)信標(biāo)均勻分布。則每個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)中有13個(gè)信標(biāo)能被拍到。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)開始工作，假定每個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)13個(gè)信標(biāo)的工作時(shí)刻均勻分布在3秒鐘的工作周期中，則平均0.3秒就可以捕獲到第一個(gè)信標(biāo)點(diǎn)，即0.3秒四個(gè)通道都捕獲到至少一個(gè)信標(biāo)點(diǎn)，四個(gè)信標(biāo)點(diǎn)即滿足了計(jì)算機(jī)視覺定位和定姿的基本條件。0.6秒之后，捕獲到8個(gè)信標(biāo)點(diǎn)，可進(jìn)一步提高定位定姿精度?？梢姳緦?shí)施例的快速識(shí)別性能優(yōu)良。
[0031]下面考慮多攝像頭立體圖像采集系統(tǒng)，采用下列實(shí)施例:圖像采集系統(tǒng)由距離10mm放置的兩個(gè)平行的攝像頭組成，至少可分辨視場(chǎng)中5個(gè)距離段，因此，仍按上一實(shí)施例中的情況進(jìn)行信標(biāo)點(diǎn)排布，只是將四個(gè)不同波段的信標(biāo)系統(tǒng)換為同一波段的四個(gè)相同的信標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)開始工作，圖像采集系統(tǒng)在0.3秒之后能采集到第一批四個(gè)信標(biāo)點(diǎn)，這四個(gè)信標(biāo)點(diǎn)有約70%的概率分布在三個(gè)(含)以上不同的距離段上，因此至少能分辨出兩個(gè)信標(biāo)點(diǎn)，另兩個(gè)信標(biāo)點(diǎn)編號(hào)存疑，因此需要2倍后期處理計(jì)算量才能消除耦合。此外，雙目視覺分析使得圖像分析計(jì)算量也增加了 2倍?？偣?，只需增加2倍計(jì)算量，即可實(shí)現(xiàn)4倍信標(biāo)點(diǎn)的識(shí)別，更加顯示出本發(fā)明的快速大量識(shí)別性能。
[0032]考慮采用淺景深圖像采集系統(tǒng)，來識(shí)別不同距離的信標(biāo)?？紤]采用f5.6光圈系統(tǒng)，假設(shè)軸向識(shí)別彌散圓半徑的能力約為5階，則軸向識(shí)別能力同雙目視覺系統(tǒng)。圖像分析計(jì)算量幾乎沒有增加，后期處理計(jì)算量增加2倍，整體性能優(yōu)于雙目視覺系統(tǒng)。
[0033]以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的多種選型方案進(jìn)行了描述，但是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和構(gòu)思的基礎(chǔ)上仍可以作出其他變型或者改型，應(yīng)當(dāng)說，這樣一些變型或改型都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，包括信標(biāo)系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)，其特征是:一個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)由多個(gè)信標(biāo)組成，信標(biāo)采用流水燈方式工作，多個(gè)信標(biāo)間隔一定時(shí)間依次發(fā)出脈沖信號(hào)，一個(gè)信標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)所有信標(biāo)都發(fā)送完脈沖信號(hào)后，一個(gè)工作周期結(jié)束，經(jīng)過一定休眠時(shí)間后，進(jìn)入下一個(gè)工作周期；圖像采集系統(tǒng)可連續(xù)工作采集圖像序列，通過分析圖像序列，可以獲取到脈沖信號(hào)的圖像坐標(biāo)和發(fā)生時(shí)刻，由于每個(gè)信標(biāo)的工作次序已知，可以將采集到的脈沖信號(hào)圖像坐標(biāo)和信標(biāo)編號(hào)對(duì)應(yīng)起來，從而實(shí)現(xiàn)大量信標(biāo)的快速識(shí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:信標(biāo)發(fā)出的電磁波信號(hào)可以是藍(lán)、綠、紅、紅外四個(gè)波段，從而允許多達(dá)四個(gè)不同波段的信標(biāo)系統(tǒng)同時(shí)工作而互不干擾，圖像采集系統(tǒng)可采集一個(gè)或多個(gè)波段的電磁波信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:有多個(gè)相同波段的信標(biāo)系統(tǒng)同時(shí)工作，即可能發(fā)生兩個(gè)相同波段的信標(biāo)在同一時(shí)刻工作，可采用多攝像頭立體圖像采集系統(tǒng)，通過多目視差確定距離，從而區(qū)分同一時(shí)間點(diǎn)工作的不同距離的信標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:有多個(gè)相同波段的信標(biāo)系統(tǒng)同時(shí)工作，即可能發(fā)生兩個(gè)相同波段的信標(biāo)在同一時(shí)刻工作，可采用淺景深圖像采集系統(tǒng)，通過信標(biāo)圖像的彌散圓半徑來區(qū)分同一時(shí)間點(diǎn)工作的不同距離的信標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:脈沖信號(hào)可以是正脈沖方波信號(hào)，也可以是負(fù)脈沖方波信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:為了增加脈沖信號(hào)的辨識(shí)度，防止誤判，脈沖信號(hào)可以是雙正脈沖方波信號(hào)，也可以是雙負(fù)脈沖方波信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:圖像采集系統(tǒng)的采樣時(shí)間間隔小于或等于信標(biāo)系統(tǒng)的單脈沖寬度，以便能成功采集到所有的脈沖信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:信標(biāo)一旦安裝好，其在一個(gè)工作周期內(nèi)的工作次序就固定下來，信標(biāo)上裝有時(shí)間信號(hào)接收裝置，可接收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，來校準(zhǔn)內(nèi)置時(shí)鐘，從而保證該信標(biāo)的工作頻率和工作相位與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相符。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:圖像采集系統(tǒng)上裝有時(shí)間信號(hào)接收裝置，可以接受標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，來校準(zhǔn)內(nèi)置時(shí)鐘，從而保證圖像采集系統(tǒng)的工作頻率和工作相位與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相符。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水燈式信標(biāo)快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征是:信標(biāo)上裝有控制信號(hào)接收裝置，可接收控制信號(hào)，來改變?cè)撔艠?biāo)在一個(gè)工作周期內(nèi)的工作次序。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK104331680SQ201310308642
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】覃政 申請(qǐng)人:覃政