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    关 键 词:
    一种 室内 定位 方法 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201710010836.3

    申请日:

    2017.01.06

    公开号:

    CN106683136A

    公开日:

    2017.05.17

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06T 7/73申请日:20170106|||公开
    IPC分类号: G06T7/73(2017.01)I 主分类号: G06T7/73
    申请人: 中国人民解放军信息工程大学
    发明人: 王建辉; 张剑; 于宏毅; 张效义; 王大鸣; 刘洛琨; 朱义君; 张霞; 逯志宇; 侯文佐
    地址: 450001 河南省郑州市科学大道62号
    优先权:
    专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 王宝筠
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710010836.3

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.09|||2017.05.17

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本申请提供了一种室内定位方法及系统,包括:利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;对所述图像进行处理后,解析得到所述LED灯的ID编码;根据所述LED灯的ID编码获取当前位置信息;其中,所述符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与所述ID编码绑定的伪随机序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。该方法通过利用进行编码后的LED灯采集图像,有效地解决了手机拍摄速率与光源闪烁速率不匹配的问题,将真实世界的特征点与影像中的特征点对应起来,通过解析获取得到采集图像位置处的LED灯的ID编码,进而实现了高精度的室内定位。

    权利要求书

    1.一种室内定位方法,其特征在于,包括:
    利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;
    对所述图像进行处理后,解析得到所述LED灯的ID编码;
    根据所述LED灯的ID编码获取当前位置信息;
    其中,所述符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与所述ID编码绑定的伪
    随机序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。
    2.根据权利要求1所述的室内定位方法,其特征在于,所述对所述图像进行处理后解析
    得到所述LED灯的ID编码包括:
    对所述图像进行抖动消除处理,得到抖动处理后的图像;
    将所述抖动处理后的图像的相同特征点对齐,以建立像素与真实空间的一一对应关
    系;
    根据所述对应关系利用似然函数进行相关估计,解析得到所述LED灯的ID编码。
    3.根据权利要求2所述的室内定位方法,其特征在于,所述对所述图像进行抖动消除处
    理包括:
    根据加速度传感器获得的抖动系数,运用抖动校正算法消除所述图像的抖动模糊。
    4.根据权利要求1所述的室内定位方法,其特征在于,所述利用待定位区域内的符合预
    设条件的LED灯采集多个单帧图像包括:
    通过高感、小光圈、欠曝光和光学防抖技术,利用待定位区域内的符合预设条件的LED
    灯采集多个单帧图像。
    5.根据权利要求1所述的室内定位方法,其特征在于,所述对所述图像进行处理后解析
    得到所述LED灯的ID编码包括:
    利用小波变换或离散余弦变换获得所述图像的低频分量构成的低分辨率图;
    依据所述低分辨率图的图像灰度和先验知识建立任意一个像素位置与LED灯的先验分
    布函数;
    从所述先验分布函数的最大似然区域开始估计像素序列与LED灯的ID编码的相关性,
    并计算当前像素与当前ID编码的LED灯的后验概率;
    根据所述后验概率的大小确定所述图像对应的所述LED灯的ID编码。
    6.一种室内定位系统,其特征在于,包括:
    采集单元,用于利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;
    解析单元,用于对所述图像进行处理后,解析得到所述LED灯的ID编码;
    获取单元,用于根据所述LED灯的ID编码获取当前位置信息;
    其中,所述符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与所述ID编码绑定的伪
    随机序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。
    7.根据权利要求6所述的室内定位系统,其特征在于,所述解析单元包括:
    抖动消除单元,用于对所述图像进行抖动消除处理,得到抖动处理后的图像;
    帧匹配单元,用于将所述抖动处理后的图像的相同特征点对齐,以建立像素与真实空
    间的一一对应关系;
    相关估计单元,用于根据所述对应关系利用似然函数进行相关估计,解析得到所述LED
    灯的ID编码。
    8.根据权利要求7所述的室内定位系统,其特征在于,所述抖动消除单元具体用于根据
    加速度传感器获得的抖动系数,运用抖动校正算法消除所述图像的抖动模糊。
    9.根据权利要求6所述的室内定位系统,其特征在于,所述采集单元具体用于通过高
    感、小光圈、欠曝光和光学防抖技术,利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个
    单帧图像。
    10.根据权利要求6所述的室内定位系统,其特征在于,所述解析单元包括:
    滤波单元,用于利用小波变换或离散余弦变换获得所述图像的低频分量构成的低分辨
    率图;
    构建单元,用于依据所述低分辨率图的图像灰度和先验知识建立任意一个像素位置与
    LED灯的先验分布函数;
    计算单元,用于从所述先验分布函数的最大似然区域开始估计像素序列与LED灯的ID
    编码的相关性,并计算当前像素与当前ID编码的LED灯的后验概率;
    确定单元,用于根据所述后验概率的大小确定所述图像对应的所述LED灯的ID编码。

    说明书

    一种室内定位方法和系统

    技术领域

    本申请涉及定位技术领域,更具体地说,涉及一种室内定位方法和系统。

    背景技术

    人们80%以上时间在室内活动,70%以上的通信量来自室内,室内定位导航的需
    求愈显突出,购物导航、室内救援、灾难逃生导引、医疗救护、机场向导、社交网络、特殊群体
    关爱救助等新的应用必将引发新的业务模式,极大提高数据流量,提供新的业务增值点,室
    内定位将成为LBS(Location Based Service,基于位置的服务)的主要市场。

    目前,常见的室内无线定位技术包括Wi-Fi技术和蓝牙技术。Wi-Fi技术以网络节
    点的位置信息为基础和前提,采用经验测试和信号传播模型相结合的方式,对已接入的移
    动设备进行位置定位;蓝牙技术通过在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后,将网络配置
    成基于多用户的基础网络连接模式,并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设
    备,通过检测信号强度获得用户的位置信息。

    然而,Wi-Fi技术以及蓝牙定位系统都极其容易受到其他信号的干扰,从而影响其
    精度,直接造成定位偏差或定位错误的问题发生,给后续工作带来不必要的麻烦。

    发明内容

    有鉴于此,本申请提供了一种室内定位方法和系统,以克服现有技术中的室内定
    位方法由于其它信号干扰导致定位精准度低的问题。

    为实现上述目的,本发明实施例提供了如下技术方案:

    一种室内定位方法,包括:

    利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;

    对所述图像进行处理后,解析得到所述LED灯的ID编码;

    根据所述LED灯的ID编码获取当前位置信息;

    其中,所述符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与所述ID编码绑定
    的伪随机序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。

    优选的,所述对所述图像进行处理后解析得到所述LED灯的ID编码包括:

    对所述图像进行抖动消除处理,得到抖动处理后的图像;

    将所述抖动处理后的图像的相同特征点对齐,以建立像素与真实空间的一一对应
    关系;

    根据所述对应关系利用似然函数进行相关估计,解析得到所述LED灯的ID编码。

    优选的,所述对所述图像进行抖动消除处理包括:

    根据加速度传感器获得的抖动系数,运用抖动校正算法消除所述图像的抖动模
    糊。

    优选的,所述利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像包括:

    通过高感、小光圈、欠曝光和光学防抖技术,利用待定位区域内的符合预设条件的
    LED灯采集多个单帧图像。

    优选的,所述对所述图像进行处理后解析得到所述LED灯的ID编码包括:

    利用小波变换或离散余弦变换获得所述图像的低频分量构成的低分辨率图;

    依据所述低分辨率图的图像灰度和先验知识建立任意一个像素位置与LED灯的先
    验分布函数;

    从所述先验分布函数的最大似然区域开始估计像素序列与LED灯的ID编码的相关
    性,并计算当前像素与当前ID编码的LED灯的后验概率;

    根据所述后验概率的大小确定所述图像对应的所述LED灯的ID编码。

    一种室内定位系统,包括:

    采集单元,用于利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;

    解析单元,用于对所述图像进行处理后,解析得到所述LED灯的ID编码;

    获取单元,用于根据所述LED灯的ID编码获取当前位置信息;

    其中,所述符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与所述ID编码绑定
    的伪随机序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。

    优选的,所述解析单元包括:

    抖动消除单元,用于对所述图像进行抖动消除处理,得到抖动处理后的图像;

    帧匹配单元,用于将所述抖动处理后的图像的相同特征点对齐,以建立像素与真
    实空间的一一对应关系;

    相关估计单元,用于根据所述对应关系利用似然函数进行相关估计,解析得到所
    述LED灯的ID编码。

    优选的,所述抖动消除单元具体用于根据加速度传感器获得的抖动系数,运用抖
    动校正算法消除所述图像的抖动模糊。

    优选的,所述采集单元具体用于通过高感、小光圈、欠曝光和光学防抖技术,利用
    待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像。

    优选的,所述解析单元包括:

    滤波单元,用于利用小波变换或离散余弦变换获得所述图像的低频分量构成的低
    分辨率图;

    构建单元,用于依据所述低分辨率图的图像灰度和先验知识建立任意一个像素位
    置与LED灯的先验分布函数;

    计算单元,用于从所述先验分布函数的最大似然区域开始估计像素序列与LED灯
    的ID编码的相关性,并计算当前像素与当前ID编码的LED灯的后验概率;

    确定单元,用于根据所述后验概率的大小确定所述图像对应的所述LED灯的ID编
    码。

    由以上技术方案可知,本申请提供了一种室内定位方法及系统,包括:利用待定位
    区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;对所述图像进行处理后,解析得到所述
    LED灯的ID编码;根据所述LED灯的ID编码获取当前位置信息;其中,所述符合预设条件的
    LED灯为进行ID时空编码,并配置有与所述ID编码绑定的伪随机序列,任意时刻发出的照度
    都相同的LED灯。该方法不会受到其它信号的干扰,通过利用进行编码后的LED灯采集图像,
    有效地解决了手机拍摄速率与光源闪烁速率不匹配的问题,将真实世界的特征点与影像中
    的特征点对应起来,通过解析获取得到采集图像位置处的LED灯的ID编码,进而实现了高精
    度的室内定位。

    附图说明

    为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现
    有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本
    发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据
    提供的附图获得其他的附图。

    图1为本申请实施例一提供的一种室内定位方法的流程图;

    图2为本申请实施例二提供的一种获取LED灯的ID编码的方法的流程图;

    图3为本申请实施例二提供的另一种获取LED灯的ID编码的方法的流程图;

    图4为本申请实施例二提供的一种LED时空编码示意图;

    图5为本申请实施例三提供的一种室内定位系统的结构示意图;

    图6为本申请实施例四提供的一种解析单元的结构示意图;

    图7为本申请实施例四提供的另一种解析单元的结构示意图。

    具体实施方式

    下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
    整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例?;?br />本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
    实施例,都属于本发明?;さ姆段?。

    为克服现有技术中室内定位时由于其它信号干扰导致定位精准度低的问题,本申
    请提供了一种室内定位方法和系统,具体方案如下所述:

    实施例一

    本申请实施例一提供了一种室内定位方法,如图1所示,图1为本申请实施例一提
    供的一种室内定位方法的流程图,该方法包括:

    S101:利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;

    其中,符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与ID编码绑定的伪随机
    序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。

    由于吸顶LED灯的特征明显,易于提取,且LED灯作为室内照明功能,不影响室内视
    觉效果,因此可以使用LED等作为室内定位的特征点。

    为了获得真实世界的LED灯与影像中LED灯的一一对应关系,需要对LED灯配置唯
    一的ID以区分不同的LED灯。在编码时,给每个LED灯配置一个与ID绑定的伪随机序列,LED
    依据该伪随机序列采用OOK(On-Off Keying,二进制启闭键控)的方式发送数据。

    由于LED灯的ID匹配中采用了时空编码方式,所以需要采集多帧图像。

    S102:对图像进行处理后,解析得到LED灯的ID编码;

    在本申请中,通过对采集到的图像进行优化处理,解析得到图像采集位置处对应
    的LED灯的ID编码。

    S103:根据LED灯的ID编码获取当前位置信息。

    由于每个LED灯对应着一个ID编码,当得知LED灯的ID编码后,即可得知该LED灯的
    位置,即当前位置。

    由以上技术方案可知,本申请对可见光室内成像定位中的光源进行了设计,通过
    优化拍摄条件,提高了影像中特征点的提取准确度,并且提出了一种适用于可见光室内定
    位的光源ID编码技术,有效地解决了手机拍摄速率与光源闪烁速率不匹配的问题。

    实施例二

    在实施例一的基础上,本申请实施例二提供了一种更具体的室内定位方法,该方
    法主体包括如图1所示的步骤:

    S101:利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;

    其中,符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与ID编码绑定的伪随机
    序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。

    由于吸顶LED灯的特征明显,易于提取,且LED灯作为室内照明功能,不影响室内视
    觉效果,因此可以使用LED等作为室内定位的特征点。但是常用的LED灯通常采用多灯芯的
    方案,发光面积比较大,拍摄时容易产生眩光和过曝现象,不利于特征点的选取。

    为了提高特征点提取精度,可以使用以下几种方案,其中,当下面几个要求同时满
    足时,可以极大的提高定位精度和位置获取时间:

    1、采用单灯芯LED,无反光碗和磨砂灯罩;

    单灯芯LED,无反光碗和磨砂灯罩方案可以最大程度上缩小特征点影像的尺寸,提
    高影像中特征点的定位精度。但是该方案的灯光效果特殊,只适宜特殊的应用场景(例如科
    技馆、博物馆等),或者专门设置标定用LED,与通用LED灯具配合照明。

    2、在LED灯具上添加特征标记物;

    为了获得清晰的特征点,还可在灯具上增加标记物的方式。例如在灯具的磨砂罩
    上印刷特殊的标志、灯罩上添加特殊形态的标记物等。

    3、优化镜头光学设计,提高镜头的抗眩光能力;

    导致镜头眩光的主要原因是当拍摄对象的亮度剧烈变化时,强光照的区域向弱光
    照区域发生扩散。用相机拍摄LED灯光时,极易发生镜头眩光现象,从而影响影像中LED的定
    位精度。通过镜头光学设计优化以及抗眩光镀膜工艺可以有效减弱镜头眩光现象。

    若相机光圈过大,将导致相机景深过浅,无法拍摄清楚全部LED灯,部分LED因为超
    出景深范围而发生镜头模糊,导致LED拍摄成一片光斑,给影像中LED的定位产生误差。为了
    获得较大的景深,在满足曝光量的前提下,应尽量缩小光圈,以获得较大的景深。

    4、优化曝光时间与光圈大小。

    在拍摄室内照片时,为了获得室内环境的正确曝光时间,相机自动测光??橥?br />会使LED处影像过曝,这样会导致拍摄的照片中LED部分一大片的数据发生溢出,而产生大
    面积的光斑,给LED的定位带来困难。为了获得清晰的LED影像,在室内定位应用中,拍摄时
    应适当进行负向曝光补偿,以获得清晰的LED影像。

    为了获得真实世界的LED灯与影像中LED灯的一一对应关系,需要对LED灯配置唯
    一的ID以区分不同的LED灯。在编码时,给每个LED灯配置一个与ID绑定的伪随机序列,LED
    依据该伪随机序列采用OOK(On-Off Keying,二进制启闭键控)的方式发送数据。由于手机
    终端的拍摄帧速率最大只有30帧每秒,所以LED的闪烁速率不能高于30Hz。而人眼对于低于
    50Hz的闪烁就会有不适的感觉,所以不能使用单个LED作为标志物。

    为了解决帧速率过小,而LED闪烁不够快的矛盾,拟多灯珠等重码的编码方案。将
    灯芯分为A、B两组,每组的灯珠的数量相同。ID的某一位为1时,A组亮,B组灭;为0时,A组灭,
    B组亮,具体的,如图4所示,图4为本申请实施例二提供的一种LED时空编码示意图。图4中
    (a)(b)两图分别包括4个LED灯芯,其中对角位置的两个灯芯分为一组,受编码控制同时亮
    或者同时暗(虚线表示部分即为灯灭时),其中,(a)图可以表示ID序列中“0”的码形,(b)图
    可以表示ID序列中“1”的码形。

    该方案下,任意时刻LED发出的照度是相同的,因此在被照射物上不会产生闪烁的
    感觉。而拍摄的照片中能够区分出不同时刻表示的码字。为了便于特征点的选取,灯罩中4
    颗LED灯珠使用隔光板隔离,从而在相机影像中能够形成一个特征明显且精度较高的特征
    点。

    由于LED灯的ID匹配中采用了时空编码方式,所以需要采集多帧图像。

    其中,利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像包括:

    通过高感、小光圈、欠曝光和光学防抖技术,利用待定位区域内的符合预设条件的
    LED灯采集多个单帧图像。在数据采集前端,通过高感、小光圈、欠曝光、光学防抖等常规手
    段,可以获得LED灯处较清晰的单帧图像。

    S102:对图像进行处理后,解析得到LED灯的ID编码;

    在本申请中,通过对采集到的图像进行优化处理,解析得到图像采集位置处对应
    的LED灯的ID编码。

    具体的,如图2所示,图2为本申请实施例二提供的一种获取LED灯的ID编码的方法
    的流程图。该方法包括:

    S201:对图像进行抖动消除处理,得到抖动处理后的图像;

    其中,对图像进行抖动消除处理包括:

    根据手机的加速度传感器获得的抖动系数,运用抖动校正算法消除图像的抖动模
    糊。该过程能够在很大程度上消除因抖动导致的图像的运动模糊现象。

    S202:将抖动处理后的图像的相同特征点对齐,以建立像素与真实空间的一一对
    应关系;

    为了获得各个像素点的时间编码,需要将拍摄的各帧图像的相同特征点对齐。使
    用具有旋转平移缩放不变性的sift算子可以将相邻的两帧图像配准,避免因视频拍摄过程
    相机轻微移动产生的帧间特征点不匹配问题。

    完成帧对齐后,视频中的每个像素与真实空间中的一个点就建立起了一一对应关
    系。

    S203:根据对应关系利用似然函数进行相关估计,解析得到LED灯的ID编码。

    图像中的第i行第j列的像素在t时刻的灰度值记为Eij(t),计算其与ID为k的LED灯
    的对应的伪随机序列Sk(t)的互相关函数C(Δt),令Cijk=maxC(Δt)作为该像素与ID为k的
    LED灯对应的似然函数。

    通常图像或视频中不止一个像素与某个ID的LED的似然值较大。其原因包括:一是
    LED灯光的影像不止一个像素,而是一片像素。二是部分镜面反光可能获得较大似然值。

    由于灯芯采用多灯珠设计,所以真实LED影像处的附近一定有一片区域的像素与
    该ID的伪随机序列是负相关的。对于平面镜反射,相机无法判断镜中的像是真实物体还是
    虚像,所以无法完成定位。但是对于球面镜反射,其虚像为一个缩小的像,虚像中将无法区
    分多灯珠,所以不会发生虚警。综合正相关与负相关区域,加上灯珠布局的先验知识,进行
    图像匹配,可以在视频中实现高精度的LED定位。

    上述过程中需要逐帧、逐像素地计算像素与ID的似然函数,计算量较大。为了减小
    计算量,可以利用时间关联性和空间关联性分析最有可能是LED影像的像素,仅对这些像素
    的ID号进行分析,进而减少计算量。

    空间上,可以采用基于贝叶斯的特征提取方法。该方法的主要流程是:首先使用小
    波变换或者离散余弦变换的方式获得图像的低频分量构成的低分辨率图(等价于低通滤
    波);再依据图像灰度和其他先验知识建立某个像素位置是LED灯的先验分布函数;之后从
    最大似然区域开始估计像素序列与某LED伪随机序列的相关性,并计算该像素与该ID的LED
    关联的后验概率。具体的,如图3所示,图3为本申请实施例二提供的另一种获取LED灯的ID
    编码的方法的流程图。该方法包括:

    S301:利用小波变换或离散余弦变换获得图像的低频分量构成的低分辨率图;

    S302:依据低分辨率图的图像灰度和先验知识建立任意一个像素位置与LED灯的
    先验分布函数;

    S303:从先验分布函数的最大似然区域开始估计像素序列与LED灯的ID编码的相
    关性,并计算当前像素与当前ID编码的LED灯的后验概率;

    S304:根据后验概率的大小确定图像对应的LED灯的ID编码。

    时间上,有效利用之前定位信息和陀螺仪、加速度传感器等估算当前相机位置和
    姿态。估算出相机当前视野能拍摄到的光源的ID以及光源在照片中的大致位置,从而得出
    光源在图片中的先验概率分布。在进行相关分析时,为了减少计算量,只需要对估算出的
    LED的伪随机序列进行相关分析即可,进而实现减少计算量的目的。

    S103:根据LED灯的ID编码获取当前位置信息。

    由于每个LED灯对应着一个ID编码,当得知LED灯的ID编码后,即可得知该LED灯的
    位置,即当前位置。

    由以上技术方案可知,本申请对可见光室内成像定位中的光源进行了设计,通过
    优化拍摄条件,提高了影像中特征点的提取准确度,并且提出了一种适用于可见光室内定
    位的光源ID编码技术,有效地解决了手机拍摄速率与光源闪烁速率不匹配的问题。此外,本
    申请通过对可见光成像定位中因抖动导致的图像运动模糊现象进行了消除,能够实现像素
    点在多帧图像中的帧对齐,快速完成图像匹配,实现实时、高精度的成像定位。

    实施例三

    在实施例一的基础上,本申请实施例三提供了一种室内定位系统,如图5所示,图5
    为本申请实施例三提供的一种室内定位系统的结构示意图,该系统包括:采集单元401、解
    析单元402和获取单元403,其中,

    采集单元401,用于利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图
    像;

    其中,符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与ID编码绑定的伪随机
    序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。

    解析单元402,用于对图像进行处理后,解析得到LED灯的ID编码;

    获取单元403,用于根据LED灯的ID编码获取当前位置信息。

    具体的,本实施例与实施例一相同或相似的地方可相互参考,在本实施例中不再
    赘述。

    实施例四

    在实施例三的基础上,本申请实施例四提供了一种更具体的室内定位系统,该系
    统包括:采集单元、解析单元和获取单元,其中,

    采集单元,用于利用待定位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像;

    其中,符合预设条件的LED灯为进行ID时空编码,并配置有与ID编码绑定的伪随机
    序列,任意时刻发出的照度都相同的LED灯。

    由于LED灯的ID匹配中采用了时空编码方式,所以需要采集多帧图像。

    具体的,采集单元具体用于通过高感、小光圈、欠曝光和光学防抖技术,利用待定
    位区域内的符合预设条件的LED灯采集多个单帧图像。在数据采集前端,通过高感、小光圈、
    欠曝光、光学防抖等常规手段,可以获得LED灯处较清晰的单帧图像。

    解析单元,用于对图像进行处理后,解析得到LED灯的ID编码;

    如图6所示,图6为本申请实施例四提供的一种解析单元的结构示意图。如图所示,
    解析单元包括:抖动消除单元501、帧匹配单元502和相关估计单元503,其中,

    抖动消除单元501,用于对图像进行抖动消除处理,得到抖动处理后的图像;

    具体的,抖动消除单元具体用于根据加速度传感器获得的抖动系数,运用抖动校
    正算法消除图像的抖动模糊。

    帧匹配单元502,用于将抖动处理后的图像的相同特征点对齐,以建立像素与真实
    空间的一一对应关系;

    为了获得各个像素点的时间编码,需要将拍摄的各帧图像的相同特征点对齐。使
    用具有旋转平移缩放不变性的sift算子可以将相邻的两帧图像配准,避免因视频拍摄过程
    相机轻微移动产生的帧间特征点不匹配问题。

    完成帧对齐后,视频中的每个像素与真实空间中的一个点就建立起了一一对应关
    系。

    相关估计单元503,用于根据对应关系利用似然函数进行相关估计,解析得到LED
    灯的ID编码。

    图像中的第i行第j列的像素在t时刻的灰度值记为Eij(t),计算其与ID为k的LED灯
    的对应的伪随机序列Sk(t)的互相关函数C(Δt),令Cijk=maxC(Δt)作为该像素与ID为k的
    LED灯对应的似然函数。

    通常图像或视频中不止一个像素与某个ID的LED的似然值较大。其原因包括:一是
    LED灯光的影像不止一个像素,而是一片像素。二是部分镜面反光可能获得较大似然值。

    上述过程中需要逐帧、逐像素地计算像素与ID的似然函数,计算量较大。为了减小
    计算量,可以利用时间关联性和空间关联性分析最有可能是LED影像的像素,仅对这些像素
    的ID号进行分析,进而减少计算量??占渖?,可以采用基于贝叶斯的特征提取方法。该方法
    的主要流程是:首先使用小波变换或者离散余弦变换的方式获得图像的低频分量构成的低
    分辨率图(等价于低通滤波);再依据图像灰度和其他先验知识建立某个像素位置是LED灯
    的先验分布函数;之后从最大似然区域开始估计像素序列与某LED伪随机序列的相关性,并
    计算该像素与该ID的LED关联的后验概率。具体的,如图7所示,图7为本申请实施例四提供
    的另一种解析单元的结构示意图,包括:滤波单元601、构建单元602、计算单元603和确定单
    元604,其中,

    滤波单元601,用于利用小波变换或离散余弦变换获得图像的低频分量构成的低
    分辨率图;

    构建单元602,用于依据低分辨率图的图像灰度和先验知识建立任意一个像素位
    置与LED灯的先验分布函数;

    计算单元603,用于从先验分布函数的最大似然区域开始估计像素序列与LED灯的
    ID编码的相关性,并计算当前像素与当前ID编码的LED灯的后验概率;

    确定单元604,用于根据后验概率的大小确定图像对应的LED灯的ID编码。

    时间上,有效利用之前定位信息和陀螺仪、加速度传感器等估算当前相机位置和
    姿态。估算出相机当前视野能拍摄到的光源的ID以及光源在照片中的大致位置,从而得出
    光源在图片中的先验概率分布。在进行相关分析时,为了减少计算量,只需要对估算出的
    LED的伪随机序列进行相关分析即可,进而实现减少计算量的目的。

    获取单元,用于根据LED灯的ID编码获取当前位置信息。

    由以上技术方案可知,本申请对可见光室内成像定位中的光源进行了设计,通过
    优化拍摄条件,提高了影像中特征点的提取准确度,并且提出了一种适用于可见光室内定
    位的光源ID编码技术,有效地解决了手机拍摄速率与光源闪烁速率不匹配的问题。此外,本
    申请通过对可见光成像定位中因抖动导致的图像运动模糊现象进行了消除,能够实现像素
    点在多帧图像中的帧对齐,快速完成图像匹配,实现实时、高精度的成像定位。

    最后,还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将
    一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作
    之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意
    在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那
    些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
    设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排
    除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

    本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他
    实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

    对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。
    对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的
    一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请
    将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
    致的最宽的范围。

    关于本文
    本文标题:一种室内定位方法和系统.pdf
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