一种基于点状红外激光的室内定位装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 108414980 A(43)申请公布日 2018.08.17

(21)申请号 201810144711.4(22)申请日 2018.02.12

(71)申请人 东南大学

地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2

号(72)发明人 帅立国　王旭　陈慧玲　薛烽　(74)专利代理机构 南京众联专利代理有限公司

32206

代理人 周蔚然(51)Int.Cl.

G01S 5/16(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图5页

()发明名称

一种基于点状红外激光的室内定位装置(57)摘要

本发明公开了一种基于点状红外激光的室内定位装置，该点状红外激光室内定位装置包括点状红外模组、红外相机、定位装配平台和定位线发生装置，点状红外模组通过机械装置始终保持空间竖直方向，并固定在定位装配平台上，红外相机与组点状红外模组处于同一平面；两组定位线发生装置相互垂直的两个方向单独布置，能够在竖直方向上产生定位线，投影到需定位空间内，并作为解析定位位置的基准，点状红外模组发射点状红外，该点状红外垂直投影在定位线上，其图像被红外相机获得，传入嵌入式系统，嵌入式系统处理后，得出对应定位信息，利用该定位装置，可以准确地为需定位的设备提供精准、实时的定位功能。

CN 108414980 ACN 108414980 A

权　利　要　求　书

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1.一种基于点状红外激光的室内定位装置，其特征在于：包括点状红外模组、红外相机、定位装配平台和定位线发生装置；所述点状红外模组与红外相机竖直方向设置在定位装配平台上，红外相机与点状红外模组处于同一平面；定位装配平台侧面设有嵌入式系统及其数据接口，所述定位线发生装置数量至少为两组，所述定位线发生装置分别设置在室内侧面下方，所述定位线发生装置的投影口对准屋顶。

2.根据权利要求1所述的一种基于点状红外激光的室内定位装置，其特征在于：所述定位装配平台设置在可移动底座上。

3.根据权利要求1所述的一种基于点状红外激光的室内定位装置，其特征在于：所述嵌入式系统及其数据接口内部设有位姿传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于点状红外激光的室内定位装置，其特征在于：所述定位装配平台内部设有驱动电机、传动箱，点状红外模组与红外相机设置在同一连接轴上，所述连接轴一端连接传动箱。

5.根据权利要求1所述的一种基于点状红外激光的室内定位装置，其特征在于：所述红外相机与点状红外模组处于同一平面。

6.根据权利要求1所述的一种基于点状红外激光的室内定位装置，其特征在于：点状红外模组发射的红外点状激光，其波长≥800nm。

7.根据上述任一项权利要求所述的基于点状红外激光的室内定位装置，其特征在于：所述定位装置的实施方案包括如下步骤：

步骤1、在室内将点状红外模组、红外相机与定位装配平台安装，并且在室内的四个侧面下方布置好定位线发生装置；

步骤2、定位线发生装置的红外线向斜上方投影网格，在屋顶生成由相互垂直的线条组成的定位线，在不同的方块内，被数字标记，以提示辅助定位，方块内是阿拉伯数字、或者是罗马数字、或者盲文点状图案、或者条码或者二维码；

步骤3、点状红外模组发射点状红外，该点状红外垂直投射在定位线上，其图像被红外相机获得，该图像被传入嵌入式系统，经嵌入式系统处理后，得出对应定位信息，并将数据传送给控制中心，便于下一步的系统控制。

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说　明　书

一种基于点状红外激光的室内定位装置

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技术领域

[0001]本发明属于定位装置技术领域，具体涉及一种基于点状红外激光室内定位装置，能实时提供待定位装置位置信息。

背景技术

[0002]室内定位是指在室内环境中实现位置定位，现阶段主要采用无线通讯技术集成形成一套室内定位方案，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。无线通讯主要又包括Wi-Fi技术、蓝牙技术、超带宽技术、RFID射频技术。[0003]Wi-Fi技术目前相对成熟且应用较多的技术，该技术主要分为两种。一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库，来确定位置（“指纹”定位）。Wi-Fi定位可以实现复杂的大范围定位，但精度只能达到2米左右，无法做到精准定位。因此适用于对人或者车的定位导航，可以于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要室内定位导航的场合。[0004]蓝牙室内定位技术利用室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，借助蓝牙模块，实现定位，但是对于复杂的空间环境，蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗，容易集成在手机等移动设备中。只要设备的蓝牙功能开启，就能够对其进行定位。蓝牙传输不受视距的影响，但对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大且蓝牙器件和设备的价格比较昂贵。[0005]超宽带（UWB）定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置，该技术采用UWB（超带宽）脉冲信号，由多个传感器，利用TDOA和AOA定位算法对标签位置定位，此方法需要主动布置盲节点，功耗较高，成本无法降低。[0006]RFID定位的基本原理是，通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息（如身份ID、接收信号强度等），同样可以采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。射频识别室内定位技术作用距离很近，但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且由于电磁场非视距等优点，传输范围很大，而且标识的体积比较小，造价比较低。但其不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。

除了无线定位方式，主要还有超声波与红外线室内定位技术。[0007]超声波定位目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器和若干个电子标签组成，主测距器可放置于移动机器人本体上，各个电子标签放置于室内空间的固定位置。定位过程如下：先由上位机发送同频率的信号给各个电子标签，电子标签接收到后又反射传输给主测距器，从而可以确定各个电子标签到主测距器之间的距离，并得到定位坐标。该技术采用超声波传感器测距形成坐标，总体把握数据，抗干扰性强，精度高，而且可以解决机器人迷路问题。但是，超声波在传输过程中衰减明显从而影响其定位有效范围，且易受干

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扰。

[0008]

红外线室内定位技术定位的原理是，红外线标识发射调制的红外射线，通过安装

在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。

发明内容

[0009]为解决上述问题，本发明公开了一种基于点状红外激光的室内定位装置，使用简单，成本低廉，能够完成精确室内定位功能。[0010]为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于点状红外激光的室内定位装置，包括点状红外模组、红外相机、定位装配平台和定位线发生装置；所述点状红外模组与红外相机竖直方向设置在定位装配平台上，红外相机与点状红外模组处于同一平面；所述定位线发生装置数量为2-4组，所述定位线发生装置分别设置在室内侧面下方，所述定位线发生装置的投影口对准屋顶。

[0011]本发明所述的一种能够完成精确室内定位功能的基于点状红外激光的室内定位装置，包括点状红外模组、红外相机、定位装配平台和定位线发生装置；定位装配平台内部设有驱动电机、传动箱，所述定位装配平台设置在可移动底座上，定位装配平台上方设置点状红外模组与红外相机，定位装配平台侧面设有嵌入式系统及其数据接口，所述嵌入式系统及其数据接口内部设有位姿传感器，点状红外模组通过机械传动结构，始终保持竖直方向，组成该室内定位装置的主体部分；红外相机与点状红外模组处于同一平面；点状红外模组与红外相机设置在同一连接轴上，所述连接轴一端连接传动箱，定位线发生装置单独放置，能够在竖直方向上产生定位线，投影到定位空间内，定位线发生装置数量可以为2组或4组，如果是两组，那么两组定位线发生装置垂直设置，如图1所示，如果是四组，那么四组定位线发生装置设置在室内四个内侧面下方，发生装置数量越多定位越准；利用该定位装置，可以准确地为需定位的设备（如机器人）提供精准、实时的定位功能，本发明所述的嵌入式系统及其数据接口8中集成了嵌入式系统，一方面结合传感器获得定位装配平台与可移动底座的位置，控制实时调整点状红外模组1、红外相机2姿态，另一方面对由红外相机2采集到的图像进行分析计算，再将得到的位置结果通过数据接口，采用RS232通信传送给可移动底座与电机，便于下一步的调整。[0012]一种室内定位方案，基于上述任一项实施例所述的基于点状红外激光室内定位方案，所述方案包括如下步骤：

步骤1、在室内将点状红外模组、红外相机与定位装配平台安装，并且在室内的四个侧面下方布置好定位线发生装置；

步骤2、定位线发生装置的红外线向竖直方向投影网格，在屋顶生成由相互垂直的线条组成的定位线；

步骤3、点状红外模组发射点状红外，该点状红外垂直投影在定位线上，其图像被红外相机获得，该图像被传入嵌入式系统，嵌入式系统处理后，得出对应定位信息，并将信息传送给可移动底座与电机，便于下一步的调整。[0013]本发明的有益效果是：

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说　明　书

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本发明所述的一种基于点状红外激光的室内定位装置，采用红外点状激光定位精度高，稳定性强，该装置易于装配，与定位装配平台装配简单。该定位方案提供了一种精确定位方法，对待定位空间无需附加任何干扰因素，仅通过肉眼不可见的红外光标记和图像识别即可实现室内移动物体的精确定位，并能实时的提供移动物体的精确位置数据。附图说明

[0014]图1是本发明实施例的整体装配示意图；

图2是本发明实施例的定位装置示意图；

图3是本发明实施例的保持点状红外模组竖直的机械结构原理图；图4是本发明实施例的工作流程示意图；

图5是本发明实施例的定位线发生装置投影示意图；图6是本发明实施例的红外相机获取图像示意图。

具体实施方式

[0015]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。如图1至图2所示，该施例包括 点状红外模组1、红外相机2、定位装配平台3、定位线发生装置、嵌入式系统及其数据接口8。

[0016]如图2，定位装配平台3作为装载平台，装载点状红外模组1、红外相机2，并同时能与带轮子的可移动底座4装配；由于地面可能存在的高低不同，可移动底座4的位姿会发生变化，为了获得准确的定位图像，需要保证点状红外模组1、红外相机2始终处于竖直方向上。当嵌入式系统及其数据接口8内的位姿传感器获得可移动底座4当前位姿，并且通过电机带动连接轴9运动，如图3所示，改变点状红外模组1、红外相机2位姿至空间竖直状态。[0017]图4是本发明实施例的工作流程图。[0018]上电前，定位线发生装置5、6被固定在待定位的空间内，它依靠红外线向竖直方向投影网格，生成由线条组成的定位线。该定位线的投影视图由图5所示，定位线由多组基准线相互垂直组成，两组定位线发生装置5、6相互配合，向空间竖直平面投影红外定位线，并可以便携式移动，布置在不同的室内环境中，作为定位计算的基准线。[0019]上电后，该室内定位装置的点状红外模组1发射点状红外，该点状红外垂直投影在由定位线发生装置5、6产生的定位线上；该红外线波长为980nm，人眼不可见；点状红外投影在定位线上后，图像被红外相机获得；获得的图像如图5所示，该图像设计中心为相互垂直的定位线，在不同的方块内，被数字标记，以提示辅助定位，方块内可以是阿拉伯数字，也可以是罗马数字（ⅠⅡⅢ）或者盲文点状图案，也可以是条码或者二维码等；其中罗马数字和盲文点状图案比较容易通过图像处理识别，是比较好的方案。该图像被传入嵌入式系统，嵌入式系统处理后，从串口返回位置信息。

[0020]图6是红外相机获得的成像图片：红外相机2取得的成像图片为当前红外线发生装置产生的图像整体。嵌入式系统进行视觉处理，首先通过激光标记点所在区域内的数字确定方块位置，再通过水平以及竖直线条的数目，确定基准点坐标（m，n）点；接着，由成像图片计算获得红外光点相对于基准点的距离a、b，由此可以获得红外光点在该平面的位置信息，该位置信息包括两个轴的坐标定位信息，整个计算分析简单容易效率高。

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说　明　书

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所述实施例利用点状红外激光成像，红外相机获得图片后经嵌入式系统处理，可

以实时获得待定位物体的位置信息。相较传统室内定位方法，定位精度高，信号稳定可靠。

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图1

图2

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说　明　书　附　图

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图3

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图4

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图5

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图6

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