CN107852583A - 车载装置位置确定 - Google Patents

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Abstract

一种包括移动计算装置的***，该移动计算装置包括处理器和存储器。存储器存储可由处理器执行的程序，该程序用于：检测由光传感器检测到的两个或更多个异步光源中的每一个的标识符，该标识符包括光源的位置，并且至少使用原点在光传感器中的坐标***和光源的位置来确定移动装置的位置。

Description

车载装置位置确定
背景技术
车载定位服务是指将移动装置定位在车辆内或者相对于车辆定位。车载定位可以用于向车辆内的特定移动装置和/或其位置提供个性化内容。例如，第一移动装置可以提供流式视频，而第二装置提供在线多玩家游戏。然而，帮助防止车辆的操作者被移动装置内容分心是重要的。
基于来自无线通信(例如，Wi-Fi(无线局域网)和蓝牙无线接入点)的接收的信号强度指示(RSSI)的技术提供有限的位置可靠性。车辆环境中的复杂性导致无线电波以不可预知的方式传播，限制了基于RSSI的定位***的精度。传播声波到麦克风的超声波技术(US)在比基于Wi-Fi的***更低的频率下工作，并且易受路面噪声干扰。
附图说明
图1示出了在整个车辆的各个位置处接收来自多个LED光源的光的移动装置的示例车辆；
图2示出了根据基于光的装置定位的示例车辆内容传送***的部件；
图3示出了基于光的定位的示例；
图4是图1的车辆内容传送***的示例性过程的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记在几个视图中表示相同的部件，图1示出了车辆10中的多个移动装置。例如，移动装置可以包括膝上型计算机32、移动电话34、平板电脑36或任何小型计算装置，例如通常足够小以便可佩戴、携带或手持的装置(有时被称为手持式计算机或简称为“手持式”)，通常具有带触摸输入键盘的显示屏和/或其他输入机制。移动装置可以由占据可以包括在车辆10中的座椅的操作员操作，所述座椅例如驾驶员座椅12、乘客座椅14、中排座椅16或第三排座椅18。多个诸如发光二极管(LED)的异步光源可以被定位在整个车辆10中。例如，右前方LED 20、左前方LED 22、左后方LED 24、右后方LED 26、侧面LED28和车顶LED 30可以放置在车辆10中。
现在还参考图2，具有处理器和存储器(例如已知的远程信息处理单元，例如附件协议接口模块/远程信息处理控制单元(APIM/TCU)120)的计算装置允许移动装置(例如移动电话34)与电信装置(未示出)连接。移动电话可以通过车辆10娱乐***(未示出)连接到电信提供商，并且可以经由诸如Wi-Fi协议、蓝牙协议或任何其他近场通信(NFC)协议的APIM/TCU120通信协议连接到诸如因特网的网络，近场通信(NFC)协议使用无线技术在短距离内交换数据。
在进入和车辆行驶期间，LED允许环境照明效果。例如，可以控制三色LED以产生理论上无限数量的颜色和发光，这增加了车辆的环境照明和气氛。LED的特性在于它们可以在人眼无法察觉的频率下关闭和打开。例如，提供给LED的电压的占空比(打开到关闭比)可以以高频率进行脉宽调制(PWM)。PWM是将消息编码成由LED发出的脉冲光的已知技术。因此，可以利用LED在可见光谱上传递信息。可见光通信(VLC)允许使用LED作为发射器的高速数据传输，就像射频发射器一样。LED调制可以包括开/关键控(OOK)、正交幅度调制(QAM)、离散多音调制/正交频分复用(DMT/OFDM)、红外数据通讯(IrDA)协议和其他调制方法，类似于射频调制技术。
当在车辆10中并且通过使用他/她的移动电话34时，乘员(即，用户)可以经由移动电话34的网络接口(为了便于说明，已知元件未示出)将移动电话34连接到车辆10的APIM/TCU服务器。一旦连接，用户可以获得车辆操作数据(例如，速度、燃料水平、与车辆部件相关的警报或警告等)、道路地图、控制他/她的座椅的定位、在收音机上改变站点、打开座椅加热器、获得速度和各种仪表信息的抬头驾驶舱显示或者调节座椅上的座椅按摩，列出当连接到车辆10时移动电话34的功能和/或特征的一些可能性。
然而，并不总是希望允许车辆的所有乘员操作车辆10的所有功能和/或特征。例如，父母可能不希望第三排座椅18中的儿童观看平板电脑36上的电影。父母可以将APIM/TCU 120配置为不允许流式电影传输到第三排座椅18的占用者。另外，APIM/TCU120可以被配置为不允许驾驶员座位12中的任何装置在车辆运行时链接到APIM/TCU 120时将流式视频传输到驾驶员的移动电话34，因为视频可能会使驾驶员分心。
移动装置摄像机
移动电话34内的摄像机，更具体地，摄像机的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器可以用于确定移动电话34的车载位置。例如，驾驶员在其资产中具有带有摄像机的移动电话34，通过使用光学迎角(angle of arrival，AoA)技术(下面讨论)，使得移动装置定位***能够确定移动电话34位于驾驶员座椅12的区域中。
另外，移动电话34可以使用滚动快门(rolling shutter)来捕捉CMOS传感器上的图像。滚动快门是图像捕捉方法，其中不是通过在一瞬间拍摄整个场景的快照而是通过垂直或水平任一方向快速扫描场景来拍摄静止图像。换句话说，并不是场景图像的所有部分都是在完全相同的时刻记录的。这种方法的优点是图像传感器可以在采集过程中不断采集光子，从而有效提高灵敏度。滚动快门也会产生由于快速闪光引起的所谓的“条纹”的可预测的变形。条纹允许对由LED传输的复杂调制进行增强的解码。
移动电话34可以包括加速度计以获得移动电话34的定向。例如，在纵向和横向模式之间切换。移动电话34可以包括固态罗盘，也称为磁力计，其也可以确定移动电话34的定向。固态磁力计通常由两个或三个将数据发送到移动电话34的磁场传感器构成，允许移动电话34计算相对于指南针点的对齐。
移动装置定位
再次参考图2，示出了移动装置定位***100的示例性配置。车辆网络网关105通信地连接到APIM/TCU网关120，APIM/TCU网关120通信地连接到计算机130。计算机130通信地连接到LED调制器140。LED调制器140经由LED总线88(其可以是车辆通信总线等的一部分)通信地连接到右前方LED 20、左前方LED 22、右后方LED 26以及侧面LED 28。位于LED和APIM/TCU120的大致位置处的移动电话34经由无线通信信道73(诸如Wi-Fi、蓝牙、近场通信(NFC)或任何其他射频通信技术)通信地连接到APIM/TCU120。另外，移动电话34可通信地连接到LED，即移动电话34可从前述LED接收调制的光通信信号77。
车辆网络网关105将车辆10控制网络(未示出)与车辆10信息娱乐网络分开。这里使用的术语“控制网络”指的是车辆10通信总线等，如已知的那样，其提供访问来控制各种车辆10的操作。例如，如已知的那样，通过车辆中的一个或多个电子控制单元(ECU)可以控制车辆10的节气门、制动器、转向器、气候控制器、内部和外部照明等。另一方面，如已知的那样，信息娱乐网络允许访问诸如音频书籍、电影、无线电台等的各种视听媒体内容。车辆网络网关105是例如已知的用于保护控制网络免受网络攻击的防火墙接口，例如通过访问信息娱乐网络。APIM/TCU 120提供用于移动通信的接口。例如，LTE(长期演进)、GSM(全球移动通信***)、GPRS(通用分组无线业务)、Wi-Fi、蓝牙或NFC。APIM/TCU120还可以包含可以接收美国全球定位***(GPS)、俄罗斯“全球导航卫星***(GLONASS)”、欧盟伽利略GPS或中国北斗GPS***的车辆10全球导航卫星***(GNSS)混合接收器，这些***通常用于车辆。APIM/TCU120可以包含电子处理单元，例如微控制器或微处理器的一些变化以及存储器以保存可执行的代码和数据。
右前方LED 20、左前方LED 22、右后方LED 26和侧面LED 28位于整个车辆10的预定固定地点，即位置。计算机130使用LED的位置来确定每个LED的唯一标识符。例如，对于代表右前方LED 22的位置，计算机130包括编程以用这种标识符信号编程LED调制器140，该标识符信号是唯一的或大体上唯一的调制码。与LED标识符相对应的标识符信号在每个LED处以调制频率被调制，并且作为在LED发射的光波77中广播的标识符发送。换句话说，每个LED将被以其唯一的或大体上唯一的模式关闭并打开(即，调制)，指示每个LED的位置。例如，计算机130可以包括编程以编程LED调制器140，使得左前方LED 22使用脉冲码调制(PCM)以在LED发射的光波77上数字地发送调制的光信号，以识别光源是车辆10左前方中的左前方LED22。
图3示出了***100确定车辆10内的移动电话34的位置。***100可以通过在移动电话34上运行并连接到APIM/TCU120的应用程序(通常称为“app”)，在移动电话34中使用基于具有双凸透镜11的摄像机的光学迎角(AoA)定位原理。双凸透镜11的性质是穿过透镜11的中心的光线不被折射。这允许AoA技术确定移动电话34与LED的相对位置。例如，当移动电话34的摄像机接近LED 22时，移动电话34的摄像机接收来自左前方LED 22的LED发射的光波77。LED 22发射的光波77穿过透镜11的中心并且左前方LED 22光波的直线投影由电话34的摄像机的CMOS传感器15接收。坐标为(x1、y1、z1)T(在映射到车辆10的内部原点在透镜11的中心处的三维笛卡尔坐标系中)的左前方LED 22，在CMOS传感器15上具有坐标为(a1、b1、Z1)Zf的图像i1 21，LED 22发射的光波77的结果是穿过透镜11的中心。Zf是从透镜11到CMOS传感器15的大体上由多个像素测量的距离。
通过相似三角形的几何形状，人们可以为左前方LED 22定义比例因子K0。具有如下所描述的确定的初始未知值的比例因子可以用于将左前方LED 22在CMOS传感器15参考系(例如上述坐标系)中的位置(u0、v0、w0)R描述为：u0＝K0×a0、v0＝K0×b0和w0＝K0×Zf。由于LED 22的位置(例如，坐标)是已知的，所以可以表达LED 20、22与透镜11之间的距离。可以写一组二次方程来表示这些距离，其中唯一剩余的未知量是比例因子K0、K1、…、Kn。例如，假设右前方LED 20(T0)、左前方LED 22(T1)和侧面LED 28(T2)这三个LED分别位于(x0、y0、z0)T、(x1、y1、z1)T1和(x2、y2、z2)T2位置处。T0和T1之间的距离的平方(表示为d2 0、1)可以在两个域中的任一个被表达，一个是以像素为单位测量的距离，并且另一个是使用诸如英寸、毫米等的物理测量值测量的距离。在任何情况下，如上所述，坐标可以被映射到车辆10的内部，例如，可以为车辆10中的区域(例如驾驶员区域、前排乘客区域、后排乘客区域(其可以进一步分为左、右、中等)等)指定坐标边界。并且在任一个域中，坐标可以使用如下：
d2 0、1＝(u0-u1)2+(v0-v1)2+(w0-w1)2 方程1
＝(K0a0-K1a1)2+(K0b0-K1b1)2+Z2f(K0-K1)2 方程2
＝(x0-x1)2+(y0-y1)2+(z0-z1)2, 方程4
其中和分别是从透镜11的中心到图像i0(a0、b0、Z0)Zf 21和i1(a1、b1、Z1)Zf23的矢量。因此，在三个已知的LED光源的情况下，存在三个未知变量K0、K1和K2，这些未知变量可以使用用于求解二次方程式的已知程序参考移动装置34计算LED 20、22的位置来确定。
移动电话34和/或APIM/TCU 120然后可以进一步确定移动电话34所在的车辆10的区域(例如，座椅)。移动电话34可以将其相对位置上传到APIM/TCU 120，并且APIM/TCU然后将计算移动电话34的具***置。在操作中，移动电话34可以从APIM/TCU 120接收可以辅助移动电话34确定其位置的位置图。另外，位置图可以包括包含座椅位置的车辆10座椅分布图。
应该注意，应当选择LED 20、22等的调制频率，在该频率下人不会检测到LED光源的任何脉冲或闪烁。例如，当光在200赫兹以上循环时，人眼不能检测到重复开关循环的光。另外，上述的AoA技术可以在低流明强度下使用，例如当需要低光时LED被关闭或调暗时的夜间行驶。
在示例性实施例中，驾驶员可以通过他/她的移动电话34运行应用程序，该应用程序将导致驾驶员的移动电话34上的显示为空白和/或黑暗。该应用程序将允许车辆10中的用户通过触摸屏、方向盘按钮、车辆10传统控制件(例如触摸屏车辆控制台)、手势、抬头显示器、一组语音命令以及可用于车辆10***总线上的APIM/TCU 120的任何其他HMI装置来控制移动电话34。
车辆10中使用的LED可以是单色LED和/或多色(通常是三色)LED。如上所述，多色LED通过使用红色、绿色和蓝色的不同组合和强度来允许产生多种颜色。因此，在实施例中，三色LED的每种颜色可以被唯一地调制以具有来自一个LED源的三个单独的通信信道。例如，多色LED可以具有在红色部分上广播的位置信息，绿色部分可以响应于移动电话34的查询，并且蓝色可以调制成广播新闻或丰富站点摘要(RSS)馈送。
现在参考图4，示出了移动装置定位***100的示例性过程200的流程图。在框205中，当乘员进入车辆10时，该过程开始。接下来在框210中，启动LED照明，即，计算机130和LED调制器140加电并且计算机130开始执行如上所描述的计算机代码以产生指令并向调制器140提供指令。在下一个框215中，计算机130将用于车辆10中的每个LED光的唯一的或大体上唯一的LED调制码发送到LED调制器140。在该点处，在框220中，LED调制器140然后根据如上所描述的唯一或大体上唯一的LED调制模式(有时称为光码)调制每个LED 20、22、24、26和/或28等。
接下来，在框225中，车辆10的乘员在他/她的移动装置上启动位置应用程序。例如，乘员在移动装置34的显示屏幕上点击以启动移动装置34上的位置应用程序。接下来，在框230中，装置34位置应用程序然后连接到APIM/TCU 120。例如，移动装置34可以经由Wi-Fi、蓝牙、NFC或任何其它射频通信协议连接到APIM/TCU 120。
接下来，在框235中，APIM/TCU 120将位置、定向和LED调制码发送到移动装置34。在框240中，移动装置34然后可以使用其摄像机来确定LED光的距离、方位和定向，例如，确定装置34在映射到车辆10的内部的三维坐标系中的位置，如上所描述的。接下来，在框245中，可以使用上面讨论的方法或任何其他位置算法来确定装置的位置。
在框245中，一旦装置34的位置由移动装置34和/或APIM/TCU 120确定，或者替代地或附加地，由车辆10的另一个装置(例如电子控制单元)确定，APIM/TCU 120经由LED向移动装置发送安全码。安全码可以是验证码(即许可)，授权移动装置34访问车辆10***100的一个或多个指定级别或类型的服务。例如，一旦***100已经确定移动电话34处于中间排座椅16的位置，则***100可以发送允许移动电话34观看电影的确认码。在另一个示例中，如果移动电话34处于驾驶员座椅12的位置，则验证码可以限制移动电话34使用车辆10***100观看电影。
在另一示例中，安全码可以是允许移动电话34和***100在移动电话34与APIM/TCU 120之间建立加密的数据链路的加密密钥。加密密钥交换(也被称为“密钥建立”)是使用密码学的已知实践，其中密码密钥在双方之间交换以建立装置之间的安全网络路径。在框255之后，过程200结束。
如本文所使用的，由于材料、加工、制造、传感器测量、计算、处理时间、通讯时间等方面的缺陷，副词“大体上”修饰形容词是指形状、结构、测量、值、计算等可以偏离精确描述的几何形状、距离、测量值、计算等。
诸如那些本文讨论的计算装置大体上各自包括可由一个或多个计算装置执行的指令，诸如以上所标识的那些，并且用于执行上述过程的框或步骤。计算机可执行指令可以从使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序编译或解释，编程语言和/或技术包括但不限于，以及单独或组合的JavaTM、C、C++、C#、Visual Basic、Java Script、Perl、HTML、PHP等。通常，处理器(例如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，从而执行一个或多个处理，包括一个或多个本文描述的过程。这种指令和其他数据可以使用各种计算机可读介质来存储和传输。计算装置中的文件通常是存储在计算机可读介质(诸如存储介质、随机存取存储器等)上的数据的集合。
计算机可读介质包括参与提供可由计算机读取的数据(例如，指令)的任何介质。这种介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质等。非易失性介质例如包括光盘或磁盘以及其他持久性存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD ROM(光盘只读存储器)、DVD(数字化视频光盘)、任何其它光介质打孔卡、纸带、任何其他物理具有孔图案的介质、RAM(随机存取存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、FLASH EEPROM闪速电可擦除可编程只读存储器)、任何其它存储器芯片或盒式存储器或计算机可读取的任何其他介质。
关于本文描述的介质、过程、***、方法等，应当理解，虽然这样的过程等的步骤已经被描述为根据某个有序的顺序发生，但是这样的过程可以用除了本文描述的顺序以外的顺序执行的所描述的步骤来实践。还应当理解，某些步骤可以同时执行，可以添加其他步骤，或者可以省略本文描述的某些步骤。换句话说，本文中的***和/或过程的说明书是为了说明某些实施例的目的而提供的，并且决不应被解释为限制所公开的主题。
因此，应该理解，以上说明书旨在是说明性的而不是限制性的。阅读以上说明书之后，除了提供的示例以外的许多实施例和应用对于本领域技术人员将是显而易见的。本发明的范围不应该参照上面的说明书来确定，而是应该参考所附的权利要求和/或包含在基于此的非临时专利申请中的权利要求，以及这些权利要求的等同物的全部范围。预期并计划未来的发展将在本文讨论的技术中发生，并且所公开的***和方法将被并入到这样的未来实施例中。总之，应该理解，所公开的主题能够被修改和变化。

Claims (20)

1.一种***，包括移动计算装置，所述移动计算装置包括处理器和存储器，所述存储器存储可由所述处理器执行以进行以下操作的程序：
检测由光传感器检测到的两个或更多个异步光源中的每一个的标识符，所述标识符包括所述光源的位置；和
至少使用原点在所述光传感器中的坐标***和所述光源的所述位置来确定所述移动装置的位置。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述移动装置进一步被编程为将所述移动装置的所述位置传送到车辆计算机。
3.根据权利要求2所述的***，进一步包括所述车辆计算机，所述车辆计算机包括处理器和存储器，所述车辆计算机的所述存储器存储用于将使用车辆***的许可传送给所述移动装置的指令。
4.根据权利要求3所述的***，其中所述车辆***是信息娱乐***。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述异步光源包括发光二极管(LED)。
6.根据权利要求5所述的***，其中所述LED是多色发光二极管。
7.根据权利要求1所述的***，进一步包括存储车辆内部的地图的移动装置存储器，其中所述移动装置被进一步编程为根据由所述车辆内部的所述地图指定的区域来确定所述移动装置的所述位置。
8.根据权利要求7所述的***，其中所述地图包括所述车辆中的一个或多个所述异步光源的位置。
9.根据权利要求1所述的***，进一步包括车辆计算机，所述车辆计算机包括处理器和存储器，所述车辆计算机的所述存储器存储用于指导一个或多个所述光源中的每一个的调制以生成相应所述光源的所述标识符的指令。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述光传感器是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，并且所述移动装置被进一步编程为确定一个或多个所述光源与所述传感器的以像素为单位的相应距离。
11.一种方法，包括：
检测由光传感器检测到的一个或多个异步光源中的每一个的标识符，所述标识符包括所述光源的位置；和
至少使用原点在所述光传感器中的坐标***和所述光源的所述位置来确定移动装置的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述异步光源包括发光二极管(LED)。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述LED是多色发光二极管。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将所述移动装置的所述位置传送给车辆计算机。
15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括基于确定的所述位置接收使用车辆***的许可。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述车辆***是信息娱乐***。
17.根据权利要求11所述的方法，进一步包括存储车辆内部的地图，其中所述移动装置被进一步编程为根据由所述车辆内部的所述地图指定的区域来确定所述移动装置的所述位置。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述地图包括所述车辆中的所述一个或多个异步光源的所述位置。
19.根据权利要求11所述的方法，进一步包含指导所述一个或多个光源中的每一个的调制以生成相应所述光源的所述识别符。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述光传感器是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，所述方法进一步包括确定所述一个或多个光源与所述传感器的以像素为单位的相应距离。
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