本發(fā)明屬于光譜學(xué)和信息科學(xué)的交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多光譜空間定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

RGB色彩模式是工業(yè)界的一種顏色標(biāo)準(zhǔn)，是通過(guò)對(duì)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三個(gè)顏色通道的變化以及它們相互之間的疊加來(lái)得到各式各樣的顏色的，RGB即是代表紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道的顏色，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運(yùn)用最廣的顏色系統(tǒng)之一。

隨著智能物流時(shí)代的到來(lái)，各種高科技也是層出不窮。尤其是快遞行業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，大大提高了訂單處理效率，保證整個(gè)運(yùn)作過(guò)程流暢快速。物流機(jī)器人可以迅速定位出商品在倉(cāng)庫(kù)分布的位置，并且規(guī)劃最優(yōu)撿貨路徑，揀完貨后會(huì)自動(dòng)把貨物送到打包臺(tái)。能一定程度上解放出一線工人的勞動(dòng)力。定位的方法大多采用智能識(shí)別、智能信息處理。

在發(fā)明中，我們提出一種多光譜定位系統(tǒng)，利用空間放置多個(gè)不同波長(zhǎng)的光源(如不同色的LED色燈)，實(shí)現(xiàn)不同位置光譜光強(qiáng)分布的差異，實(shí)現(xiàn)定位，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。本定位導(dǎo)航方法還可以消除電磁輻射的顧慮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的。

本發(fā)明提供一種多光譜定位方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的倉(cāng)庫(kù)物流定位困難等的問(wèn)題，應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)物流智能機(jī)器人快速精準(zhǔn)尋找貨物。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。

一種多光譜空間定位方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行：

光源發(fā)光步驟，多個(gè)光源位于定位空間上部同一平面，每個(gè)光源發(fā)出不同波長(zhǎng)的光；

光譜比例分布表構(gòu)建步驟，光源的色光強(qiáng)度隨著距離改變，多個(gè)色光強(qiáng)度構(gòu)成一個(gè)光譜分布值，一個(gè)光譜值代表一個(gè)空間位置的坐標(biāo)，構(gòu)建的光譜比例空間分布表；

發(fā)送和接收步驟，接收并且檢測(cè)不同波長(zhǎng)光的光強(qiáng)，向分析系統(tǒng)發(fā)送光譜數(shù)據(jù)和接收位置信息數(shù)據(jù)；

監(jiān)控和分析步驟，接收來(lái)自接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而分析數(shù)據(jù)得到目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，繼而向接收器返還位置信息。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的光源發(fā)光步驟中，在空間位置上方同一平面設(shè)置n個(gè)波長(zhǎng)不同的LED燈，空間位置為(xi,yi,zi)，波長(zhǎng)不同。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的光譜比例分布表構(gòu)建步驟，根據(jù)d²＝(x-xl)²+(y-yl)²+(z-zl)²，計(jì)算待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于光源LED燈的距離的平方，其中設(shè)待測(cè)點(diǎn)空間坐標(biāo)(x,y,z)；根據(jù)球面波的光強(qiáng)隨距離的增加而衰減，在待測(cè)點(diǎn)(x,y,z)所測(cè)得的各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)：I＝I_總÷4πR²其中的R²即為所述的待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于光源LED燈的距離的平方d²，I為光強(qiáng)；根據(jù)所述的各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)建立每個(gè)位置的空間光譜分布值(I₁,I₂...I_n)，一個(gè)光譜分布值代表一個(gè)空間位置的坐標(biāo)，構(gòu)建的光譜比例空間分布表。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的光源發(fā)光步驟的光源為多個(gè)單色光源分布設(shè)置或者由白光LED與兩種以上顏色的濾光片或者多色轉(zhuǎn)輪的構(gòu)成。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的光源發(fā)光步驟的光源為RGB三色光源。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的光源發(fā)光步驟的光源多色轉(zhuǎn)輪的顏色包括三原色即紅綠藍(lán)，再由三原色混合得到二次色，二次色再混合得到三次色，依次多次混合得到多色光源。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的光源發(fā)光步驟的光源光源調(diào)制區(qū)別信號(hào)。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的監(jiān)控和分析步驟中監(jiān)控和分析系統(tǒng)位于云端或中央處理器，通過(guò)無(wú)線通信。

一種多光譜空間定位系統(tǒng)，包括光源、光譜比例分布構(gòu)建模塊、發(fā)送和接收模塊、監(jiān)控和分析模塊，其特征在于：

光源發(fā)光模塊，多個(gè)光源位于定位空間上部同一平面，每個(gè)光源發(fā)出不同波長(zhǎng)的光；

光譜比例分布表構(gòu)建模塊，光源的色光強(qiáng)度隨著距離改變，多個(gè)色光強(qiáng)度構(gòu)成一個(gè)光譜分布值，一個(gè)光譜值代表一個(gè)空間位置的坐標(biāo)，構(gòu)建的光譜比例空間分布表；

發(fā)送和接收模塊，接收并且檢測(cè)不同波長(zhǎng)光的光強(qiáng)，向分析系統(tǒng)發(fā)送光譜數(shù)據(jù)和接收位置信息數(shù)據(jù)；

監(jiān)控和分析模塊，接收來(lái)自接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而分析數(shù)據(jù)得到目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，繼而向接收器返還位置信息。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的光源發(fā)光步驟中，在空間位置上方同一平面設(shè)置n個(gè)波長(zhǎng)不同的LED燈，空間位置為(xi,yi,zi)，波長(zhǎng)不同；

所述的光譜比例分布表構(gòu)建步驟，根據(jù)d²＝(x-xl)²+(y-yl)²+(z-zl)²，計(jì)算待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于光源LED燈的距離的平方，其中設(shè)待測(cè)點(diǎn)空間坐標(biāo)(x,y,z)；根據(jù)球面波的光強(qiáng)隨距離的增加而衰減，在待測(cè)點(diǎn)(x,y,z)所測(cè)得的各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)：I＝I_總÷4πR²其中的R²即為所述的待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于光源LED燈的距離的平方d²，I為光強(qiáng)；根據(jù)所述的各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)建立每個(gè)位置的空間光譜分布值(I₁,I₂...I_n)，一個(gè)光譜分布值代表一個(gè)空間位置的坐標(biāo)，構(gòu)建的光譜比例空間分布表。

3、本發(fā)明的有益效果。

(1)本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的倉(cāng)庫(kù)物流改造比較小，同時(shí)也不用對(duì)物體進(jìn)行光源改造，只需提供簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，其成本低，效率高。

(2)本發(fā)明通過(guò)本倉(cāng)庫(kù)物流引入柔性自動(dòng)化和快速反應(yīng)能力，引領(lǐng)智能時(shí)代的物流行業(yè)變革；通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人搬運(yùn)貨物實(shí)現(xiàn)“貨到人”，可快速，靈活的部署倉(cāng)庫(kù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，有效減少人工，并且改善工作環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

(3)本發(fā)明使用多個(gè)同顏色的光源，會(huì)發(fā)生串?dāng)_，因此，不同位置放不同顏色的光源。實(shí)現(xiàn)廣闊空間的精準(zhǔn)定位，而且相比于RFID/wifi/藍(lán)牙定位可以消除電磁輻射的顧慮。

附圖說(shuō)明

圖1為RGB三色LED分布示意圖。

圖2為色光轉(zhuǎn)輪示意圖。

圖3為多光譜定位系統(tǒng)示意圖。

圖4為本發(fā)明具體光源示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式作詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。

本發(fā)明的系統(tǒng)由RGB三色LED燈、接收器、監(jiān)控和分析系統(tǒng)三部分組成。RGB三色LED燈提供不同波長(zhǎng)的色光，接收器實(shí)現(xiàn)接收并且檢測(cè)不同波長(zhǎng)光的光強(qiáng)的功能，并且可以向分析系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。監(jiān)控和分析系統(tǒng)可以接收來(lái)自接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而分析數(shù)據(jù)得到目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，繼而向接收器返還位置信息。所述的三色LED燈分布式放置，保證了整個(gè)物流空間都有光譜分布且各地光譜不同。不同顏色的光源放置于不同位置，色光的強(qiáng)度隨著距離改變，采用光譜分析定位，實(shí)現(xiàn)廣闊空間的精準(zhǔn)定位。

如圖1所示，在物流倉(cāng)庫(kù)天花板上分布式固定好RGB三色LED光源(圖中只畫出若干個(gè)表示)，1代表紅光，2代表綠光，3代表藍(lán)光。LED光源都發(fā)出球面光波，距離光源越近，光強(qiáng)越大。隨著光源擴(kuò)散，不同區(qū)域光強(qiáng)不同。同時(shí)，由于不同色光的相互疊加影響，導(dǎo)致所有區(qū)域都有獨(dú)特的光譜分布。可以按照這個(gè)特性，以一個(gè)光譜分布值代表一個(gè)空間位置的坐標(biāo)。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1不同的是，如圖2所示，所述的光源的色輪由7—12種色光組成，首先包含了三原色即紅綠藍(lán)，再由三原色混合得到二次色，二原色再混合得到三次色。每個(gè)色輪可以在一個(gè)白光LED前勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)LED還可以調(diào)制上獨(dú)特的信號(hào)加以區(qū)別，任意時(shí)刻不同區(qū)域的光譜分布同樣是可以事先測(cè)量得到的。定位系統(tǒng)記錄下光譜分布，同樣可以方便智能機(jī)器人快速尋找貨物。

實(shí)施例3

如圖3所示，1代表紅光，2代表綠光，3代表藍(lán)光，4代表貨物，5代表智能機(jī)器人,6代表監(jiān)控和分析系統(tǒng)。其中，監(jiān)控和分析系統(tǒng)也可以放在云端或中央處理器，通過(guò)無(wú)線通訊連接機(jī)器人身上的探測(cè)器。倉(cāng)庫(kù)中每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的RGB光譜比例。這些RGB光譜比例形成一個(gè)空間分布表，事先存于分析系統(tǒng)中。智能機(jī)器人通過(guò)測(cè)量所在點(diǎn)的RGB光譜比例，對(duì)照事先存好的RGB光譜比例空間分布表，就可判斷出所在點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)。

利用球面光衰減的原理：當(dāng)探測(cè)器的面積是一定的時(shí)，離光源越近(比如為R)，球面波擴(kuò)散的還不大，接收點(diǎn)的光強(qiáng)I＝I_總÷4πR²。即探測(cè)器距離光源越遠(yuǎn)，R越大，光強(qiáng)也就越小。同時(shí)增加光源的抗干擾能力，在LED上調(diào)制上一些齒狀信號(hào)(相當(dāng)于標(biāo)記)也將背景噪聲去掉。探測(cè)時(shí)：正確的記號(hào)光系統(tǒng)才會(huì)做出相應(yīng)判斷。分析器事先確定好不同空間位置RGB的比例，倉(cāng)庫(kù)智能機(jī)器人根據(jù)RGB的分布比例查找實(shí)現(xiàn)定位，從而確定該沿著怎樣的路徑走向所需貨物具體的位置。

實(shí)施例4

本發(fā)明具體的多光譜空間定位方法，按照如下步驟進(jìn)行：

光源發(fā)光步驟，發(fā)出兩種以上顏色的光源；

定位步驟，光源的色光強(qiáng)度隨著距離改變，一個(gè)光譜分布值代表一個(gè)空間位置的坐標(biāo)，構(gòu)建的光譜比例空間分布表；

發(fā)送和接收步驟，接收并且檢測(cè)不同波長(zhǎng)光的光強(qiáng)，向分析系統(tǒng)發(fā)送光譜數(shù)據(jù)和接收位置信息數(shù)據(jù)；

監(jiān)控和分析步驟，接收來(lái)自接收器發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而分析數(shù)據(jù)得到目標(biāo)點(diǎn)的空間位置，繼而向接收器返還位置信息。

假設(shè)有一個(gè)倉(cāng)庫(kù)長(zhǎng)20米，寬20米，高5米。現(xiàn)在通過(guò)定位系統(tǒng)讓機(jī)器人知道物體所處位置。

為方便起見(jiàn)，建立一個(gè)三維直角坐標(biāo)系。

如圖4所示

(1)在天花板上放置n個(gè)波長(zhǎng)不同的led燈，空間位置為(xi,yi,zi)，波長(zhǎng)不同，設(shè)待測(cè)點(diǎn)(x,y,z)，

(2)根據(jù)d²＝(x-xi)²+(y-yi)²+(z-zi)²，計(jì)算待測(cè)點(diǎn)相對(duì)于光源LED燈的距離的平方；

(3)根據(jù)球面波的光強(qiáng)隨距離的增加而衰減，在待測(cè)點(diǎn)(x,y,z)所測(cè)得的各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)：I＝I_總÷4πR²，其中的R²即為所述的步驟(2)中的d²。

(4)根據(jù)所述的各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)建立每個(gè)位置的空間光譜分布值(I₁,I₂...I_n)，一個(gè)光譜分布值代表一個(gè)空間位置的坐標(biāo)，構(gòu)建的光譜比例空間分布表；

(5)探測(cè)目標(biāo)光譜分布值，向分析系統(tǒng)發(fā)送光譜數(shù)據(jù)和接收位置信息數(shù)據(jù)；

具體的，在天花板上放置4個(gè)波長(zhǎng)不同的led燈，波長(zhǎng)分別為660nm，730nm，850nm，940nm，位置分別為(0,0,0)，(10,0,0)，(0,10,0)，(10,10,0)。將點(diǎn)(10,10,4)作為目標(biāo)測(cè)試點(diǎn)。易知目標(biāo)點(diǎn)(10,10,4)相對(duì)于四個(gè)燈源的距離的平方依次為：216,116,116,16。

設(shè)離光源1cm處的光強(qiáng)為I0，根據(jù)球面波的光強(qiáng)隨距離的增加而衰減，理論上我們?cè)诖郎y(cè)點(diǎn)(10,10,4)所測(cè)得的各個(gè)波長(zhǎng)的光強(qiáng)如下：

660nm：I0/216

730nm：I0/116

850nm：I0/116

940nm：I0/16

用探測(cè)器sts光譜儀，當(dāng)探測(cè)器放置于目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，可以得出光譜曲線。我們可以通過(guò)光譜儀來(lái)得出目標(biāo)點(diǎn)的光強(qiáng)信息，從而得到目標(biāo)點(diǎn)到各個(gè)燈源的距離信息，上面已經(jīng)給出。

已經(jīng)在目標(biāo)點(diǎn)用光譜儀得出光譜信息(四個(gè)波長(zhǎng)光的光強(qiáng))，進(jìn)而知道目標(biāo)點(diǎn)到各個(gè)光源的距離?，F(xiàn)在需要通過(guò)這四個(gè)距離推導(dǎo)出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y,z)。

可以列出一組方程：

其中定位的準(zhǔn)確度主要取決于光強(qiáng)信息的準(zhǔn)確度。