本發(fā)明屬于空間定位技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于圖像傳感器和慣導傳感器的定位方法。

背景技術(shù)：

LED(Lighting Emitting Diode)被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域，勢將成為下一代照明技術(shù)。LED因為具有節(jié)能、安全、可用頻譜寬等優(yōu)點，在提供室內(nèi)照明的同時還可應用于無線光通信系統(tǒng)中，同時滿足室內(nèi)上網(wǎng)以及一系列擴展應用?；贚ED的室內(nèi)定位就是其中一個潛力巨大的應用方向，由于LED在室內(nèi)布放位置固定，覆蓋范圍較廣，以各LED為參照可準確獲知位置和距離，在室內(nèi)實現(xiàn)類似GPS的定位和導航。

使用LED的室內(nèi)定位通常測量接收信號的強度(RSS,Received Signal Power)或延時(TOA，Time of Arrive)或到信號源的接收角度(AOA，Angle of Arrive)，基于估算的到多個信號源的距離或角度，進而基于三角幾何方法進行定位。在基于RSS的測量定位方法中，由于接收光功率通常會受到光源的亮度波動、信號光的散射和反射、以及光發(fā)送接收角等因素影響，接收光功率的波動難以克服，由此估算出的距離波動明顯，直接影響最后的定位精度。在基于TOA的測量定位方法中，收發(fā)兩端需要精準的時間同步才能測得光的傳輸時長，對光源和電路都有很高要求。對于采用AOA技術(shù)的可見光定位系統(tǒng)，該技術(shù)根據(jù)光信號到達的角度，確定目標相對于信號發(fā)射器的角度關(guān)系進行定位。基于AOA方法相對于其他兩種方法可獲得更穩(wěn)定精確的測量結(jié)果，但現(xiàn)有主要問題是缺乏便宜易用的測角裝置。在消費級的CMOS成像器件以及DSP處理技術(shù)成熟的條件下，基于AOA方案日漸成為一種硬件易獲取且定位精度高的測量定位方案。

有鑒于此，針對目前現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種基于圖像傳感器和慣導傳感器的定位方法，以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對現(xiàn)有應用需要，本發(fā)明提供一種基于圖像傳感器和慣導傳感器的定位方法，具體實現(xiàn)方法是在移動端采用攝像頭和慣導傳感器等器件，利用參照點光源的成像和自身姿態(tài)數(shù)據(jù)測得參考點光源入射到移動端的發(fā)射角(AOA)，再通過三角測量原理確定移動端自身位置。

為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于圖像傳感器和慣導傳感器的定位方法，其特征在于，所述定位方法是在移動端采用圖像傳感器和慣導傳感器，利用參照點光源的成像和自身姿態(tài)數(shù)據(jù)測得參考點光源入射到移動端的發(fā)射角AOA，再通過三角測量原理確定移動端自身位置；所述定位方法包括如下步驟：

S1.在室內(nèi)定位環(huán)境設置多個光源作為參考點，為各參考點光源分配不同標識ID；

S2.接收端通過成像傳感器獲得至少3個光源的成像，同時通過慣導傳感器記錄設備自身姿態(tài)角度；

S3.接收端識別不同光源，根據(jù)成像測得各光源入射光線偏離軸線角度，結(jié)合自身姿態(tài)角度求得各光源到接收端入射角；

S4.根據(jù)三角測量原理求解移動端自身位置。

在上述技術(shù)方案所述S1中，所述的參考點光源在天花板上水平均勻布置，光源類型根據(jù)需要選取，為可見光源或紅外光源或兩者的結(jié)合；各參考點光源分配不同的標識ID，通過閃爍、形狀或顏色加以識別區(qū)分，并與室內(nèi)安裝位置一一對應。

在上述技術(shù)方案所述S2中，移動端圖像傳感器需獲得至少3個不共線參考點光源的成像，當成像中參考點光源的數(shù)目多于3個時，選取分布在圖像傳感器邊緣的3個不共線點參與計算。

在上述技術(shù)方案所述S3中，圖像傳感器根據(jù)成像識別各光源，根據(jù)成像和慣導傳感器測得入射光線偏離軸線角度；假設圖像傳感器的坐標系為X’Y’Z’，室內(nèi)坐標系為XYZ，X’Y’Z’坐標系由XYZ坐標軸分別繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)角度(αβγ)得到，(αβγ)由慣導慣性器件測量得到，則X’Y’Z’坐標系相對于XYZ坐標系的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

已知圖像傳感器中心點O在圖像傳感器的坐標為(x_o,y_o)，根據(jù)圖像傳感器上投影位置(x,y)可以求得參考點光源入射角θ為:

與圖像傳感器X軸夾角為φ為：

φ＝a tan((y-y_o)/(x-x_o))

推導出光源到接收端的單位矢量為：據(jù)此可以直接求得該光源入射角。

在上述技術(shù)方案所述S4中，接收端已知三個光源參考點坐標為(x_i，y_i，z_i)，i＝1、2、3，假設接收端的坐標為(x_e，y_e，z_e)，根據(jù)S3求得各光源到接收端的入射角為θ_i，i＝1、2、3，則根據(jù)幾何關(guān)系有：

針對三個光源，i＝1、2、3，代入公式(1)中聯(lián)立3個方程，即可求解確定接收端坐標(x_e，y_e，z_e)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本方法基于成像和慣導傳感器可穩(wěn)定獲得較高的平面定位精度，而且由于接收端可使用手機等便攜設備進行成像探測和算法處理，硬件成本極低且便于攜帶，具有較大的實用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于成像和慣導傳感器測量光源到接收端入射角示意圖。

圖2為本發(fā)明室內(nèi)定位流程圖。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣在本申請所列權(quán)利要求書限定范圍之內(nèi)。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種基于圖像傳感器和慣導傳感器的定位方法，所述定位方法是在移動端采用圖像傳感器和慣導傳感器，利用參照點光源的成像和自身姿態(tài)數(shù)據(jù)測得參考點光源入射到移動端的發(fā)射角AOA，再通過三角測量原理確定移動端自身位置。

所述定位方法包括如下步驟：

S1.在室內(nèi)定位環(huán)境設置多個光源作為參考點，為各參考點光源分配不同標識ID；

S2.接收端通過成像傳感器獲得至少3個光源的成像，同時通過慣導傳感器記錄設備自身姿態(tài)角度；

S3.接收端識別不同光源，根據(jù)成像測得各光源入射光線偏離軸線角度，結(jié)合自身姿態(tài)角度求得各光源到接收端入射角；

S4.根據(jù)三角測量原理求解移動端自身位置。

在上述技術(shù)方案所述S1中，所述的參考點光源在天花板上水平均勻布置，光源類型根據(jù)需要選取，為可見光源或紅外光源或兩者的結(jié)合。各參考點光源分配不同的標識ID，通過閃爍、形狀、顏色等加以識別區(qū)分，并與室內(nèi)安裝位置一一對應。

在上述技術(shù)方案所述S2中，移動端圖像傳感器應該獲得至少3個不共線參考點光源的成像。當成像中參考點光源的數(shù)目多于3個時，盡量選取分布在圖像傳感器邊緣的3個不共線點參與計算。

在上述技術(shù)方案所述S3中，圖像傳感器根據(jù)成像識別各光源，通過圖像傳感器識別和區(qū)分各光源點有多種方法，不在本專利討論范圍。根據(jù)成像和慣導傳感器測得入射光線偏離軸線角度的過程如圖1所示：

假設圖像傳感器的坐標系為X’Y’Z’，室內(nèi)坐標系為XYZ，X’Y’Z’坐標系由XYZ坐標軸分別繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)角度(αβγ)得到，(αβγ)由慣導慣性器件測量得到，則X’Y’Z’坐標系相對于XYZ坐標系的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

另外，已知圖像傳感器中心點O在圖像傳感器的坐標為(x_o,y_o)，根據(jù)圖像傳感器上投影位置(x,y)可求得參考點光源入射角θ為:

與圖像傳感器X軸夾角為φ為：

φ＝a tan((y-y_o)/(x-x_o))

可推導出光源到接收端的單位矢量為：可據(jù)此直接求得該光源入射角。

在上述技術(shù)方案所述S4中，接收端已知三個光源參考點坐標為(x_i，y_i，z_i)(i＝1、2、3)，假設接收端的坐標為(x_e，y_e，z_e)，根據(jù)S3求得各光源到接收端的入射角為θ_i(i＝1、2、3)，則根據(jù)幾何關(guān)系有：

針對三個光源，i＝1、2、3，代入公式(1)中聯(lián)立3個方程，即可求解確定接收端坐標(x_e，y_e，z_e)。

本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。