[发明专利]面向室内智能灯下的可见光定位方法

说明书

本发明请求保护一种面向室内智能灯下的可见光定位方法，本发明属于通信网技术领域。此方法在手机照相机采集的带有2盏LED灯的图像的基础上，提出了手机平行于天花板，手机旋转和倾斜于天花板下的定位算法。前者利用小孔成像，视觉分析技术提出平行条件下的定位算法，补充了目前算法必须需要多余2盏LED灯才能定位的条件；后者进一步考虑手机旋转和倾斜的情形，利用摄影学原理，像点位移技术提出旋转与倾斜下的定位算法，能够使得接收端在任何条件下都实现定位。本发明综合考虑了在手机拍摄的图片仅有2盏LED灯下的定位算法，能够使得可见光定位算法不在局限于需要不少于3盏灯的条件，提高了定位算法的健壮性，普适性。

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，涉及室内智能灯下的可见光定位(Visible LightPositioning)算法。

背景技术

智能LED灯是指利用电力电子、信息处理、传感器和通信等技术，形成智能化照明的一项技术。智能照明控制方式是根据传感器检测的环境信息和用户的调光和定时设置，控制器进行分析和响应，通过通信技术把数据传输给要控制的灯具，如有必要对相应的结果进行存储或者显示出来，经过这样的控制流程，达到用户所要求的照明环境，同时也可以实现节约电能。人们对智能灯的需求也越来越高，迫切要求智能LED灯行业的快速发展和壮大。而智能LED照明的飞速发展和可见光通信技术的普及为定位技术提供了契机，通过直接改造室内照明LED设备的方式来构建发送端，并在接收端设计定位算法来实现对于接收端位置的估计，这就是可见光室内定位技术(Visible Light Positioning)。

目前定位技术的应用范围越来越广泛，例如在普通的商业活动、地质勘探、科学研究和抢险搜救等众多领域都有重要的应用。全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，GPS技术早就己经在室外的环境中得到了广泛的应用。但是在一些人类活动最为频繁的室内环境中，由于无线信号的衰减和多径效应的影响，GPS的定位精度十分有限，因此无法为使用者提供可靠的位置服务。另外，在某些特定的场合，无线通信技术是被限制使用的，比如医院、飞机机舱、矿井和加油站等场所。基于以上的分析原因，室内利用可见光定位技术的研究就显得越来越为重要。这种技术相对于传统室内无线定位技术具有定位精度高、附加模块少、保密性好、兼顾通信与照明等优点。在一些没有无线信号覆盖的场合，现有的无线通信室内定位系统无法工作。因此，利用可见光来实现定位是一个有效的方案。

尽管可见光定位系统能提供高精度的，实时的室内定位方案，但是由于其定位算法中需要智能手机捕获的照片多于3盏智能LED灯的条件大大限制了其技术的普适性与健壮性。室内空间智能LED灯的布局依据房间的大小，照明需求，实际工程等问题来设计的，由于智能手机摄像头具有一定的视场角(Field of View,FoV)，不可能每次摄像的图片都出现多于3盏灯情形。根据室内照明的普遍布局，手机摄像的图像出现2盏智能灯的概率较大。因此，设计一种针对2盏智能LED灯下的高精度定位算法对建设室内可见光定位系统技术有着重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种在保证定位算法的实时性和手持智能手机的习惯性的前提下，增强可见光定位系统的精度和普适性的面向室内智能灯下的可见光定位方法。本发明的技术方案如下：

一种面向室内智能灯下的可见光定位方法，其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；