[发明专利]面向室内智能灯下的可见光定位方法

权利要求书

1.一种面向室内智能灯下的可见光定位方法，其特征在于，在智能手机照相机采集的带有2盏智能LED灯的图像的基础上，当智能手机平行于天花板、智能手机旋转和倾斜于天花板时，具体包括以下步骤：

当智能手机平行于天花板时，在二维平面内，以天花板的西南角为原点建立真实世界坐标系，以智能手机相机拍摄的图像的左上角为原点建立图像坐标系，当图像坐标系和真实世界坐标系完全平行的情况下，使用视觉分析和比例因子的算法原理来定位智能手机；

当智能手机仅在水平面上旋转时，智能手机的水平图像坐标系围绕着图像的中心点M旋转了θ角，形成了旋转图像坐标系，出现旋转角度，随着智能手机的旋转，相机图像预览也旋转，利用视觉分析和比例因子算法的原理找到等效的水平图像坐标系中的坐标；

在智能手机三维倾斜的情形下，通过等效坐标系和补偿图像位移的方式实现了对手机的定位；

当智能手机屏幕与天花板平行时，相机形成水平图像平面P，水平图像平面P中的点a是LED的映射点，当智能手机倾斜角度为γ时，形成倾斜图像平面P_t，将倾斜图像平面坐标系等效成水平图像坐标系，并成功找到对应的等效坐标，具体步骤如下：

步骤1：LED被映射到指向a_t，f是焦距，即从智能手机相机的凸透镜到成像平面的距离，可以通过查询智能手机的说明书来获得焦距值，O和O_t分别是水平成像平面和3D倾斜成像平面的中心点，C点是等角点，h_c是等角线，r_tc和r_c是矢半径，它们是从等角点C到点a和a_t的线，和是方位角，它们分别由等角线h_c和矢半径r_tc、r_c形成，根据摄影测量学相关知识，得到如下结论：

OC＝O_tC (9)

步骤2：建立极坐标系，等角点C为极点，等角线h_c为极轴，由摄影测量学的知识可知，矢半径r_tc、r_c是共线的，图像的位移与矢半径、智能手机的倾斜角γ和方位角之间的关系如下：

步骤3：获得手机的倾斜角度，在等式(11)中，唯一未知的值是手机的倾斜角γ，其值可以通过手机的重力传感器来计算，方法如下：

最后，将这三种情况进行整合，先进行定位，当水平旋转和三维倾斜同时发生时，先处理三维倾斜，再处理水平旋转。

2.根据权利要求1所述的一种面向室内智能灯下的可见光定位方法，其特征在于，所述当智能手机平行于天花板时，在二维平面内，以天花板的西南角为原点建立真实世界坐标系，以智能手机相机拍摄的图像的左上角为原点建立图像坐标系，具体包括：在二维平面内，以天花板的西南角为原点建立真实世界坐标系，记Q为待求的定位点，坐标为(X,Y)，A和B为两盏LED灯，坐标分别为(X_A,Y_A)和(X_B,Y_B)，A和B之间的空间距离为S₁；以智能手机相机拍摄的图像的左上角为原点建立图像坐标系，记图像的中心点的像素坐标为(X_mid,Y_mid)，图像中两组条纹中心的像素坐标分别记为(X_a,Y_a)和(X_b,Y_b)，它们之间的像素距离记为S₂，最终目标是找到定位坐标(X,Y)，当图像坐标系和真实世界坐标系完全平行的情况下，根据摄相机的视觉分析原理，有如下几何关系：

通过上式(1)～(4)求得当前定位坐标(X,Y)为：

通过上述公式(1)～(6)，获得智能手机的真实世界坐标。

3.根据权利要求2所述的一种面向室内智能灯下的可见光定位方法，其特征在于，所述智能手机仅在水平面上旋转时，通过两盏灯的连线与世界坐标系的夹角和捕捉到的图像中的两盏灯连线与旋转相机坐标系的夹角这两者之间的关系可以获得手机旋转的角度θ。