CN111596259A - 一种红外定位***、定位方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外定位***、定位方法及其应用，红外定位***包括：至少三个外源红外发射单元、WiFi路由器和至少一个红外接收单元；红外发射单元用于发射特定频率和强度的红外光线，并通过WiFi路由器传送至红外接收单元；红外接收单元用于接收外源红外发射单元发射的红外光线和通过WiFi路由器传送的红外光线信息和位置信息。红外定位方法包括图像描点定位法、多点红外光源定位法或图像描点定位法与多点红外光源定位法两者的结合。本发明中还公开了上述红外定位***在可视化导航中的应用。本发明解决了现有的室内定位方式极易受到外源因素干扰导致定位不准确，同时在室内无法使用GPS定位的困境；可用于实现室内测距、室内定位及导航。

Description

一种红外定位***、定位方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种定位***，具体地说是涉及一种红外定位***、定位方法及其应用。

背景技术

1.常见室内定位技术的特征

(1)WiFi定位技术

目前WiFi是相对成熟且应用较多的技术，这几年有不少公司投入到了这个领域。WiFi室内定位技术主要有两种。WiFi定位一般采用“近邻法”判断，即最靠近哪个热点或基站，即认为处在什么位置，如附近有多个信源，则可以通过交叉定位(三角定位)，提高定位精度。

由于WiFi已普及，因此不需要再铺设专门的设备用于定位。用户在使用智能手机时开启过Wi-Fi、移动蜂窝网络，就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势，因此最先实现了规模化。

不过，WiFi热点受到周围环境的影响会比较大，精度较低。为了做得准一点有公司就做了WiFi指纹采集，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。

由于采集工作需要大量的人员来进行，并且要定期进行维护，技术难以扩展，很少有公司能把国内的这么多商场定期的更新指纹数据。特别的，数据采集受环境影响比较大，尤其对于人员定位，由于环境变化较大，定位漂移现象尤其严重。

(2)RFID定位

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。

这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。

目前，射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积比较小，造价比较低，但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他***之中，无法做到精准定位，布设读卡器和天线需要有大量的工程实践经验难度大。

(3)红外定位

红外线是一种波长在无线电波和可见光波之间的电磁波。红外定位主要有两种具体实现方法，一种是将定位对象附上一个会发射红外线的电子标签，通过室内安放的多个红外传感器测量信号源的距离或角度，从而计算出对象所在的位置。

这种方法在空旷的室内容易实现较高精度，可实现对红外辐射源的被动定位，但红外很容易被障碍物遮挡，传输距离也不长，因此需要大量密集部署传感器，造成较高的硬件和施工成本。此外红外易受热源、灯光等干扰，造成定位精度和准确度下降。

该技术目前主要用于军事上对飞行器、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位，此外也用于室内自走机器人的位置定位。

另一种红外定位的方法是红外织网，即通过多对发射器和接收器织成的红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。

这种方式的优势在于不需要定位对象携带任何终端或标签，隐蔽性强，常用于安防领域。劣势在于要实现精度较高的定位需要部署大量红外接收和发射器，成本非常高，因此只有高等级的安防才会采用此技术。

2.TOF镜头原理

TOF镜头是由光源、光学部件、传感器(TOF芯片)、控制电路以及处理电路等几部单元组成。这种技术跟3D激光传感器原理基本类似，只不过3D激光传感器是逐点扫描，而TOF相机则是同时得到整幅图像的深度信息。TOF相机是通过入、反射光探测来获取的目标距离获取。

不过与普通光学镜头不同的是这里需要加一个带通滤光片来保证只有与照明光源波长相同的光才能进入。同时由于光学成像***具有透视效果，不同距离的场景为各个不同直径的同心球面，而非平行平面，所以在实际使用时，需要后续处理单元对这个误差进行校正。

作为TOF的相机的核心，TOF芯片每一个像元对入射光往返相机与物体之间的相位分别进行纪录。该传感器结构与普通图像传感器类似，但比图像传感器更复杂，它包含2个或者更多快门，用来在不同时间采样反射光线。大多数机器的测量结果受外界环境干扰较为明显，尤其是受外界光源干扰，导致测量距离较常规测量仪器短，一般不超过10米。

现有的室内定位***主要存在以下几个问题：

1.现有的室内的定位方式极易收到外源因素干扰导致定位不准确，同时在室内无法使用GPS定位。

2.由于TOF镜头载体光源较弱，且在外源光线影响导致定位不准确。

3.现有的红外织网技术采用被动式地检测红外光源与遮挡物的距离，极易受到干扰导致定位不准确。同时，当室内人员数量上升后为保证定位精度而不得不增加红外光源与感受器数量导致安装成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种红外定位***、定位方法及其在可视化导航中的应用。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种红外定位***，包括：至少三个外源红外发射单元、WiFi路由器和至少一个红外接收单元；所述外源红外发射单元用于发射特定频率和强度的红外光线，并将发射的红外光线信息通过所述WiFi路由器传送至所述红外接收单元；所述WiFi路由器用于传输红外光线信息；所述红外接收单元用于接收外源红外发射单元发射的红外光线和通过WiFi路由器传送的红外光线信息；所述红外光线信息包括所述外源红外发射单元的位置信息、红外光线闪烁的频率与时点。

进一步地，所述外源红外发射单元包括至少一个红外光源发射器、控制芯片、电源模块和WiFi模块；所述红外光源发射器用于发射特定频率和强度的红外光线，所述控制芯片用于调节控制红外光线的频率和强度，所述电源模块用于为外源红外发射单元中的各组成部件提供能量支持，所述WiFi模块用于传送所述红外光源发射器发射的红外光线信息。

进一步地，所述外源红外发射单元中还包括传感器，所述传感器为TOF镜头、心率感受器、血压感受器、湿度感受器、温度感受器、声纹识别感受器、指纹识别感受器中的任意一种或多种组合。

进一步地，所述红外接收单元包括WiFi信号接收器、TOF镜头、控制***；所述WiFi信号接收器用于接收所述WiFi路由器传送的红外光线信息，所述TOF镜头用于接收所述外源红外发射单元发射的红外光线信息，所述控制***用于分析处理接收到的红外光线信息。

进一步地，所述红外接收单元内还包括摄像头，所述摄像头为自然光摄像头，用于将环境中捕捉到的自然光线成像；所述控制***用于分析处理接收到的红外光线信息和自然光线成像信息。

一种红外定位***的红外定位方法，所述红外定位方法包括图像描点定位法、多点红外光源定位法或图像描点定位法与多点红外光源定位法两者的结合；在外部光源干扰较强或定位距离较远的环境中，优先采纳“图像描点定位法”的定位结果；在外部光源干扰较弱或定位距离较近的环境中，优先采纳“多点红外光源定位法”的定位结果。

进一步地，所述多点红外光源定位法具体为：在三个或三个以上不同的空间位置处分别设置所述外源红外发射单元，在待定位位置上设置红外接收单元；待定位位置的TOF镜头捕捉到各个已知坐标系位置的外源红外发射单元，并通过TOF飞秒算法测定该待定位位置到捕捉到的任意三个外源红外发射单元的距离，即可确定该待定位位置的坐标系位置。

进一步地，所述图像描点定位法具体为：在三个或三个以上不同的空间位置处分别设置所述外源红外发射单元，在待定位位置上设置红外接收单元；当待定位位置的TOF镜头捕捉到三个或三个以上已知坐标系位置的外源红外发射单元时，先选择其中任意两个外源红外发射单元，记为A、B，利用光学测距的方式确定待定位位置到A、B两个外源红外发射单元的距离；再选择其他任意两点，此处任意两点不可同时为A、B，利用光学测距的方式确定待定位位置到这两点外源红外发射单元的距离；最后基于前述计算结果，即待定位位置与至少任意三个外源红外发射单元的距离，以及已知前述各个外源红外发射单元的坐标系位置，便可计算得到待定位位置的坐标系位置。

一种红外定位***在可视化导航中的应用，所述应用主要包括如下内容：在空间内安装若干个外源红外发射单元，将所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息输入电子数据库，所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息合成导航图；红外接收单元设于用户的移动设备上，用户在起点位置确定终点位置后，便可通过红外定位***定位，生成导航路线，实现可视化导航；所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息可通过WiFi模块进行调整。

进一步地，所述导航图包括俯视平面实时导航图和/或平视3D实时导航图。

本发明中提供的红外定位***主要可通过两种方法实现空间内定位，同时亦可将两种方法结合使用以提升定位精度。两种定位方式准确性的判断方式是在一定时间段内，对两种方法测距的多次结果进行可信度检验，当红外光源收到自然光线干扰较多的情况下，“多点红外光源定位法”所得结果离散程度必然高于“图像描点定位法”。而在自然光线干扰较少的情况下，由于“图像描点定位法”收到TOF镜头透镜真实曲率与测量数据偏差的影响，其结果离散程度必然高于“多点红外光源定位法”。所以，可以通过比较两类方法计算结果的可信度来选择采用其中之一，进而提高定位的精确性。

本发明中提供的外源红外发射单元中还可以装配各种传感器，包括TOF镜头、心率感受器、血压感受器、湿度感受器、温度感受器、声纹识别感受器、指纹识别感受器等，可与多种设备配合使用，应用于多种场合。如将装载有湿度感受器的外源红外发射单元安装在对湿度敏感设备上，但在环境内没有网络信号，则可以通过本发明中的外源红外发射单元以“摩斯密码”或其他密码信号释放报警信号；又如将装载有心率、血压感受器的外源红外发射单元安装在使用者身上，当该使用者发生健康问题时也可以通过外源红外发射单元发送救助信息。这种方法可以使用在无网络信号的环境中，或者是在特定的安保要求下。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的红外定位***解决了现有的室内定位方式极易受到外源光线因素干扰导致定位不准确，同时在室内无法使用GPS定位的困境；可用于实现室内测距、室内定位；本发明采用外源红外发射单元，解决了传统的TOF测距使用的自身发出的红外光线，光源强度受自身的电力和装备大小限制，难以实现远距离高精度定位的缺陷；本发明提供的红外定位***主要可通过两种方法实现空间内定位，同时亦可将两种方法结合使用以提升定位精度。在外部光源干扰较强或定位距离较远的环境中，优先采纳“图像描点定位法”的定位结果；在外部光源干扰较弱或定位距离较近的环境中，优先采纳“多点红外光源定位法”的定位结果。

附图说明

图1为实施例1中提供的红外定位***的结构组成框图。

图2为实施例1中提供的红外定位***的定位原理示意图。

图3为实施例2中提供的红外定位***的结构组成框图。

图4为实施例2中提供的红外定位***的定位原理示意图。

图5为实施例2中提供的红外定位***的定位原理示意图。

图6为本发明在平层环境下的俯视平面地形图。

图7为本发明在平层环境下的俯视平面导航图。

图8和图9为本发明在多层环境下的俯视平面实时导航图。

图10为本发明的平视3D建筑结构图。

图11-13为本发明的模拟用户视线3D实时导航图。

其中，1-外源红外发射单元；2-WiFi路由器；3-红外接收单元；4-红外光源发射器；5-控制芯片；6-电源模块；7-WiFi模块；8-传感器；9-WiFi信号接收器；10-控制***；11-TOF镜头；12-摄像头。

具体实施方式

为具体解释本发明的内容，结合附图与具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1所示，一种红外定位***，包括：至少三个外源红外发射单元、WiFi路由器和至少一个红外接收单元；所述外源红外发射单元用于发射特定频率和强度的红外光线，并将发射的红外光线信息通过所述WiFi路由器传送至所述红外接收单元；所述WiFi路由器用于传输红外光线信息；所述红外接收单元用于接收外源红外发射单元发射的红外光线和通过WiFi路由器传送的红外光线信息。所述红外光线信息包括所述外源红外发射单元的位置信息、红外光线闪烁的频率与时点。

所述外源红外发射单元包括至少一个红外光源发射器、控制芯片、电源模块和WiFi模块；所述红外光源发射器用于发射特定频率和强度的红外光线，所述控制芯片用于调节控制红外光线的频率和强度，所述电源模块用于为外源红外发射单元中的各组成部件提供能量支持，所述WiFi模块用于传送所述红外光源发射器发射的红外光线信息。

所述外源红外发射单元中还包括传感器，所述传感器为TOF镜头、心率感受器、血压感受器、湿度感受器、温度感受器、声纹识别感受器、指纹识别感受器中的任意一种或多种组合。

所述红外接收单元包括WiFi信号接收器、TOF镜头、控制***；所述WiFi信号接收器用于接收所述WiFi路由器传送的红外光线信息，所述TOF镜头用于接收所述外源红外发射单元发射的红外光线信息，所述控制***用于分析处理接收到的红外光线信息。

如图2所示，本实施例中定位***的定位方法为“多点红外光源定位法”，具体为：在三个或三个以上不同的空间位置处(不在一条直线上)分别安装所述外源红外发射单元，在待定位位置上设置红外接收单元。各个位置上的外源红外发射单元的位置信息、红外光线闪烁的频率与时点通过WiFi模块发射到WiFi路由器，再通过WiFi路由器发射到待定位位置的WiFi信号接收器上；同时，待定位位置的TOF镜头接收到来自各个位置的外源红外发射单元发射的红外光线。以其中任意一个外源红外发射单元为例，若红外接收单元内的控制***分析WiFi信号接收器与TOF镜头两者接收到的红外信息一致，即可确定该外源红外发射单元位于空间内的位置1，同时将该位置点上外源红外发射单元发射时点A与TOF镜头收到的时点B进行比对，即可确定待定位位置与位置1之间的距离，公式为(B-A)*红外光线速度。同样的方法，可以确定其余各个安装了外源红外发射单元的位置点与待定位位置之间的距离，从而计算出待定位位置的具***置。图2中，实线代表红外光线，波浪线代表WiFi信号。

所述外源红外发射单元中还包括传感器，所述传感器包括TOF镜头、心率感受器、血压感受器、湿度感受器、温度感受器、声纹识别感受器、指纹识别感受器等，可与多种设备配合使用，应用于多种场合。如将装载有湿度感受器的外源红外发射单元安装在对湿度敏感设备上，但在环境内没有网络信号，则可以通过本发明中的外源红外发射单元以“摩斯密码”或其他密码信号释放报警信号；又如将装载有心率、血压感受器的外源红外发射单元安装在使用者身上，当该使用者发生健康问题时也可以通过外源红外发射单元发送救助信息。这种方法可以使用在无网络信号的环境中，或者是在特定的安保要求下。

实施例2

如图3所示，一种红外定位***，包括：至少三个外源红外发射单元、WiFi路由器和至少一个红外接收单元；所述外源红外发射单元用于发射特定频率和强度的红外光线，并将发射的红外光线信息通过所述WiFi路由器传送至所述红外接收单元；所述WiFi路由器用于传输红外光线信息；所述红外接收单元用于接收外源红外发射单元发射的红外光线和通过WiFi路由器传送的红外光线信息。

所述外源红外发射单元包括至少一个红外光源发射器、控制芯片、电源模块和WiFi模块；所述红外光源发射器用于发射特定频率和强度的红外光线，所述控制芯片用于调节控制红外光线的频率和强度，所述电源模块用于为外源红外发射单元中的各组成部件提供能量支持，所述WiFi模块用于传送所述红外光源发射器发射的红外光线信息。所述红外光线信息包括所述外源红外发射单元的位置信息、红外光线闪烁的频率与时点。

所述外源红外发射单元中还包括传感器，所述传感器为TOF镜头、心率感受器、血压感受器、湿度感受器、温度感受器、声纹识别感受器、指纹识别感受器中的任意一种或多种组合。

所述红外接收单元包括WiFi信号接收器、TOF镜头、控制***；所述WiFi信号接收器用于接收所述WiFi路由器传送的红外光线信息，所述TOF镜头用于接收所述外源红外发射单元发射的红外光线信息，所述控制***用于分析处理接收到的红外光线信息。

所述红外接收单元内还包括摄像头，所述摄像头为自然光摄像头，用于将环境中捕捉到的自然光线成像；所述控制***用于分析处理接收到的红外光线信息和自然光线成像信息。

所述红外定位***主要可通过两种方法实现空间内定位，同时亦可将两种方法结合使用以提升定位精度。在外部光源干扰较强或定位距离较远的环境中，优先采纳“图像描点定位法”的定位结果；在外部光源干扰较弱或定位距离较近的环境中，优先采纳“多点红外光源定位法”的定位结果。

“多点红外光源定位法”的具体方法同实施例1。

“图像描点定位法”具体为：(一)外源红外发射单元将较强的红外光线按照特定频率闪烁，并将位置信息、闪烁频率和时点信息通过WiFi模块发射到WiFi路由器，再通过WiFi路由器发射到待定位位置的WiFi信号接收器上；同时，待定位位置的TOF镜头接收到来自外源红外发射单元发射的红外光线。若红外接收单元内的控制***分析WiFi信号接收器与TOF镜头两者接收到的红外信息一致，即可确定该外源红外发射单元位于空间内的位置1’。红外接收单元的TOF镜头将环境内捕捉到红外光线成像，同时，红外接收单元内的摄像头将环境内捕捉到自然光线成像，两幅照片覆合叠加后，在自然光线形成照片上将位置1’的TOF定位及外源红外发射单元发出的红外光源描点形成一张图片。

(二)若待定位位置的TOF镜头在其拍摄视野内捕捉到两点外源红外发射单元发出的红外光源，即可通过一定算法得到待定位位置距离两个外源红外发射单元的距离。如图4和5所示，假设空间中的两处分别装有外源红外发射单元，分别记为位置1”和位置2”；待定位位置处安装有红外接收单元，记为位置X；位置1”和位置2”分别在红外接收单元的摄像头的感光器上呈现像素点1”和像素点2”，已知位置1”和位置2”之间的距离为A，感光器中心点与像素点2”之间的距离为B，像素点2”与像素点1”之间的距离为C，感光器焦点距离感光器中心点之间的距离为D，位置X与位置2”之间距离a可根据以下计算公式得到：

假设焦点与像素点2”之间的距离为m，焦点与位置2”之间的距离为n，

m^2＝B^2+D^2

C/A＝m/n

n＝A/C*m＝A/C*(B^2+D^2)^1/2

同理，位置1”与位置X的距离也可以得到。

由于位置1”与位置2”的空间坐标已通过WiFi路由器发送到位置X的WiFi信号接收器中，所以无论位置1”与位置2”在空间中的相对位置如何变化，在感光器上总能找到相应的位置计算距离。如：已知位置1”和2”的坐标分别为(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，感光器中心点到像素点1”的距离为A1，感光器中心点到像素点2”的距离为A2，焦点到感光器中心点的距离为A3，位置1到焦点的距离C1可根据如下公式计算得到：

假设焦点到像素点1”的距离记为B1，焦点到像素点2”的距离记为B2，位置1”到Y轴的垂直线与位置2”与焦点连线的交点到位置1”之间的距离记为d。

A1^2+A3^2＝B1^2

A2^2+A3^2＝B2^2

d＝z1-z2-A2/A3*(y2-y1)

C1＝d/(A1+A2)*B1＝d/(A1+A2)*(A1^2+A^2)^(1/2)

因此可以计算得到在正试图水平面上，位置1”距离焦点的直线距离，亦可以计算得到以焦点为坐标系原点，位置1”的坐标为(Y1，Z1)。亦能按照同样的方法计算得到以焦点为坐标系原点，位置1”的坐标为(X1，Y1)。最后，焦点到位置1”的距离为(X1^2+Y1^2+Z1^2)^(1/2)。同样，焦点到位置2”的距离也可以计算得到。

(三)在空间中的三个及三个以上的位置均可以通过与另外两点的相对位置计算得到其与待定位位置的距离，进而可以确定待定位位置的空间位置。

所述外源红外发射单元中还包括传感器，所述传感器包括TOF镜头、心率感受器、血压感受器、湿度感受器、温度感受器、声纹识别感受器、指纹识别感受器等，可与多种设备配合使用，应用于多种场合。如将装载有湿度感受器的外源红外发射单元安装在对湿度敏感设备上，但在环境内没有网络信号，则可以通过本发明中的外源红外发射单元以“摩斯密码”或其他密码信号释放报警信号；又如将装载有心率、血压感受器的外源红外发射单元安装在使用者身上，当该使用者发生健康问题时也可以通过外源红外发射单元发送救助信息。这种方法可以使用在无网络信号的环境中，或者是在特定的安保要求下。

上述实施例1或2中所述的红外定位***在可视化导航中的应用，所述应用主要包括如下内容：在空间内安装若干个外源红外发射单元，将所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息输入电子数据库，所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息合成导航图；红外接收单元设于用户的移动设备上，用户在起点位置确定终点位置后，便可通过红外定位***定位，生成导航路线，实现可视化导航；所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息可通过WiFi模块进行调整。

所述导航图包括俯视平面实时导航图和/或平视3D实时导航图。

对于俯视平面实时导航图：

(1)当空间环境为平层环境时，预先将空间内周边环境的位置信息与外源红外发射单元的安装位置信息输入电子数据库，合成为一张俯视平面地形图，如图6所示，图6中圆点为外源红外发射单元，五角星为导航起点和终点，不规则阴影部分为店铺或可用于商业用途的公共空间，不规则白色区域为过道。用户通过本申请提供的红外定位***确定起点位置，再在软件层面输入终点位置，便可生成平面实时导航路线，如图7所示。在实际应用中，可产生多条路线供用户参考。当用户在移动时，用户所在位置可通过本发明所述的红外定位***实现实时更新。实际运用时，外源红外发射单元、起点、终点、店铺、过道、路线等均可采用任意颜色或任意形状示意。

(2)当空间环境为多层环境时，预先将空间内各层周边环境的位置信息与外源红外发射单元的安装位置信息输入电子数据库，每一层合成为一张俯视平面地形图。用户在起点位置确定终点位置后，便可通过红外定位***实时定位，生成导航路线如图8和9所示，图8和图9中，圆点为外源红外发射单元，五角星为导航起点和终点，不规则阴影部分为店铺或可用于商业用途的公共空间，不规则白色区域为过道，正方形阴影部分为电梯或楼梯。在实际应用中，可产生多条路线供用户参考。当用户在移动时，用户所在位置可通过本发明所述的红外定位***实现实时更新。首先，用户将通过起点所在楼层电梯抵达终点所在楼层，如图8所示，实际应用中还可通过文字补充说明“使用电梯”等提示。当用户使用电梯抵达终点所在楼层后，走出电梯即可按照导航图如图9所示抵达终点位置。

实际运用时，外源红外发射单元、起点、终点、店铺、过道、路线等均可采用任意颜色或任意形状示意。

对于平视3D实时导航图：

所述平视导航图包括建筑立体结构3D实时导航图与模拟用户视线3D实时导航图。

(1)建筑立体结构3D实时导航图

预先将空间内各层周边环境的位置信息与外源红外发射单元的安装位置信息输入电子数据库，合成为一张平视3D建筑结构图。用户在起点位置确定终点位置后，软件将通过当前位置定位并判断起点位置与终点位置两者是否处于同一楼层，若起点与终点不在同一楼层，会引导用户使用电梯或楼梯，生成导航路线如图10所示，图10中，小球为安装的外源红外发射单元(实际使用中可通过用户选择或软件层面修订等方式确定是否出现在用户导航图内，并可以任意颜色或任意形状代替)，圆锥为导航起点和终点，小长方体为电梯，大长方体为店铺或墙体等障碍物，连接直线表示路线。在实际应用中，可产生多条路线供用户参考。在导航图界面中还会生成一些表示方向、距离等指示作用的虚拟符号，便于用户更加直观的读懂路线。当用户在移动时，用户所在位置可通过本专利所述红外定位***实现实时更新。

实际运用时，外源红外发射单元、起点、终点、电梯、店铺、过道、路线等均可采用任意颜色或任意形状示意，均可通过用户选择或软件层面修订等方式确定是否出现在用户导航图内。

(2)模拟用户视线3D实时导航图

模拟用户视线3D实时导航图是建筑立体结构3D实时导航图的一种补充导航视图，当用户使用本导航体统时可自由切换两种导航图，同时模拟用户视线3D实时导航图可通过摄像头实时捕捉空间内人群、装饰、摆件等障碍物。如当用户在建筑立体结构3D实时导航图起点位置切换为模拟用户视线3D实时导航图时，用户可将显示屏与地面水平放置，生成模拟用户视线3D实时导航图，如图11所示，图11中，顶部的半球为安装的外源红外发射单元，圆锥为导航起点(用户所在位置)，小长方体为电梯。当用户位于需要转弯的路线节点时，导航图将提示用户转向，如图12所示；当用户需要使用任意工具到达上下楼梯、同一平面移动等变动空间位置时，导航图将提示用户使用工具，如图13所示。实际运用时，图11-13中示意的图形和文字均可用任意颜色的任意图形和任意文字代替，可通过用户选择或软件层面修订等方式确定是否出现在用户导航图内。

本发明中红外定位***的安装方法分为两个步骤：一是定位红外定位***的安装位置；二是基于红外定位***的安装位置建立电子数据库。若本发明所在位置的周边店铺、装饰物、雕塑等物***置发生变动时，可以直接调整电子数据库。在步骤一“定位红外定位***的安装位置”中，可以进一步细分为两种方法，一是“测绘定位法”，二是“视觉定位法”。“视觉定位法”需要本发明配备红外感受器实现，该方法可再次细分为两种方法，一是“双目定位法”，二是“TOF测距定位法”。在实际安装中，可以视空间结构的复杂程度与干扰光源的影响将多种定位方法结合以提升定位精度。

步骤一，定位红外定位***的安装位置：

一、测绘定位法

在空间中确定原点并建立三维坐标系，通过丈量以确定所有本发明的安装位置，再结合建筑施工图以提升精度。本方法较“视觉定位法”的安装成本较高，耗时较长。

二、视觉定位法

1、双目定位法

在空间中确定原点并建立三维坐标系，通过丈量以确定两个本发明的安装位置，再通过“双目定位法”确定第三个本发明的安装位置。按照该方法，是要在本发明的红外感受器视野内能够捕捉到两个及两个以上本发明的红外光源信号即可实现定位。具体的实施步骤如下：

(1)确定原点建立三维坐标系：理论上原点位置与三维坐标系无特定要求，但考虑到丈量工作可能会因为距离而产生偏差，所以一般将原点设置在空间中心位置。同时考虑所有定位将结合建筑图调整精度安排施工，所以将三维坐标的三个轴设置在南北、东西以及水平高度。

(2)丈量确定两个本发明的安装位置，两者的空间坐标分别记为(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)。

(3)安装第三个本发明，且第三个本发明的红外感受器视野可捕捉到另外两个本发明所发出的红外光源时，即可通过“双目定位法”定位第三个本发明的空间坐标。

2、TOF测距定位法

在空间中确定原点并建立三维坐标系，通过丈量以确定三个本发明的安装位置，再通过“TOF”确定第四个本发明的安装位置。按照该方法，是要在本发明的红外感受器视野内能够捕捉到三个及三个以上本发明的红外光源信号即可实现定位。具体的实施步骤如下：

(1)确定原点建立三维坐标系：理论上原点位置与三维坐标系无特定要求，但考虑到丈量工作可能会因为距离而产生偏差，所以一般将原点设置在空间中心位置。同时考虑所有定位将结合建筑图调整精度安排施工，所以将三维坐标的三个轴设置在南北、东西以及水平高度。

(2)丈量确定三个本发明的安装位置，两者的空间坐标分别记为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)。

(3)当第四个本发明的红外感受器视野内捕捉另外三个本发明所发出的红外光线时，即可通过TOF算法得到与另外三个本发明的距离，即确定第四个本发明的坐标。

两个本发明A、B之间距离具体测算方法如下：本发明A将其位置信息、发射的红外光线的时点1通过WiFi模块发送给本发明B。本发明B接收到本发明A所发出的红外光线的时点2，两者之间的距离即为时点1与时点2的时间间隔乘以红外光线的传播速度。在实际测定距离时，可通过关闭外部光源多次计算，多点计算以提升精度。

在实际安装过程中，可将上述三种方法结合以在最低建设成本情况下确保定位精度。

步骤二，建立电子数据库：

在一定空间内，本发明(红外定位***)已经被安装并定位。下一步将通过建筑图信息与本发明的定位信息进行整合，并可以通过WiFi信号对各个本发明的光线的闪烁频率与位置信息进行调整以提升定位精度。若在使用过程中，调整了空间内的店铺、陈设、物品等，也可以在软件层面对电子数据库调整，无需对各个本发明进行调整。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种红外定位***，其特征在于，包括：至少三个外源红外发射单元、WiFi路由器和至少一个红外接收单元；所述外源红外发射单元用于发射特定频率和强度的红外光线，并将发射的红外光线信息通过所述WiFi路由器传送至所述红外接收单元；所述WiFi路由器用于传输红外光线信息；所述红外接收单元用于接收外源红外发射单元发射的红外光线和通过WiFi路由器传送的红外光线信息；所述红外光线信息包括所述外源红外发射单元的位置信息、红外光线闪烁的频率与时点。

2.根据权利要求1所述的一种红外定位***，其特征在于：所述外源红外发射单元包括至少一个红外光源发射器、控制芯片、电源模块和WiFi模块；所述红外光源发射器用于发射特定频率和强度的红外光线，所述控制芯片用于调节控制红外光线的频率和强度，所述电源模块用于为外源红外发射单元中的各组成部件提供能量支持，所述WiFi模块用于传送所述红外光源发射器发射的红外光线信息。

3.根据权利要求2所述的一种红外定位***，其特征在于：所述外源红外发射单元中还包括传感器，所述传感器为TOF镜头、心率感受器、血压感受器、湿度感受器、温度感受器、声纹识别感受器、指纹识别感受器中的任意一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种红外定位***，其特征在于：所述红外接收单元包括WiFi信号接收器、TOF镜头、控制***；所述WiFi信号接收器用于接收所述WiFi路由器传送的红外光线信息，所述TOF镜头用于接收所述外源红外发射单元发射的红外光线信息，所述控制***用于分析处理接收到的红外光线信息。

5.根据权利要求4所述的一种红外定位***，其特征在于：所述红外接收单元内还包括摄像头，所述摄像头为自然光摄像头，用于将环境中捕捉到的自然光线成像；所述控制***用于分析处理接收到的红外光线信息和自然光线成像信息。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的红外定位***的红外定位方法，其特征在于，所述红外定位方法包括图像描点定位法、多点红外光源定位法或图像描点定位法与多点红外光源定位法两者的结合；在外部光源干扰较强或定位距离较远的环境中，优先采纳“图像描点定位法”的定位结果；在外部光源干扰较弱或定位距离较近的环境中，优先采纳“多点红外光源定位法”的定位结果。

7.根据权利要求6所述的一种红外定位方法，其特征在于，所述多点红外光源定位法具体为：在三个或三个以上不同的空间位置处分别设置所述外源红外发射单元，在待定位位置上设置红外接收单元；待定位位置的TOF镜头捕捉到各个已知坐标系位置的外源红外发射单元，并通过TOF飞秒算法测定该待定位位置到捕捉到的任意三个外源红外发射单元的距离，即可确定该待定位位置的坐标系位置。

8.根据权利要求6所述的一种红外定位方法，其特征在于，所述图像描点定位法具体为：在三个或三个以上不同的空间位置处分别设置所述外源红外发射单元，在待定位位置上设置红外接收单元；当待定位位置的TOF镜头捕捉到三个或三个以上已知坐标系位置的外源红外发射单元时，先选择其中任意两个外源红外发射单元，记为A、B，利用光学测距的方式确定待定位位置到A、B两个外源红外发射单元的距离；再选择其他任意两点，此处任意两点不可同时为A、B，利用光学测距的方式确定待定位位置到这两点外源红外发射单元的距离；最后基于前述计算结果，即待定位位置与至少任意三个外源红外发射单元的距离，以及已知前述各个外源红外发射单元的坐标系位置，便可计算得到待定位位置的坐标系位置。

9.一种红外定位***在可视化导航中的应用，其特征在于，所述应用主要包括如下内容：在空间内安装若干个外源红外发射单元，将所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息输入电子数据库，所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息合成导航图；红外接收单元设于用户的移动设备上，用户在起点位置确定终点位置后，便可通过红外定位***定位，生成导航路线，实现可视化导航；所述外源红外发射单元的位置信息与空间内周边环境的位置信息可通过WiFi模块进行调整。

10.根据权利要求9所述的一种红外定位***在可视化导航中的应用，其特征在于：所述导航图包括俯视平面实时导航图和/或平视3D实时导航图。

Images