CN210225419U - 光通信装置 - Google Patents

Abstract

一种光通信装置，包括：一个或多个用于传递信息的数据光源；位于同一平面且不共线的至少三个第一定位标志；以及一个或多个第二定位标志，其中，所述第二定位标志位于所述第一定位标志所在的平面之外。该光通信装置能够实现较高的相对定位精度。

Description

光通信装置

技术领域

本实用新型涉及信息技术领域，尤其涉及一种适于进行相对定位的光通信装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是为了提供与本实用新型相关的背景信息，以帮助理解本实用新型。除非明确说明，在本部分中描述的内容对于本申请的技术方案而言并不构成现有技术。

光通信装置也称为光标签，这两个术语在本文中可以互换使用。光标签能够通过发出不同的光来传递信息，其具有识别距离远、可见光条件要求宽松的优势，并且光标签所传递的信息可以随时间变化，从而可以提供大的信息容量和灵活的配置能力。相比于传统的二维码，光标签具有更远的识别距离和更强的信息交互能力，从而可以为用户提供巨大的便利性。

光标签中通常可以包括控制器和至少一个光源，该控制器可以通过不同的驱动模式来驱动光源，以向外传递不同的信息。图1示出了一种示例性的光标签100，其包括三个光源(分别是第一光源101、第二光源102、第三光源103)。光标签100还包括控制器(在图1中未示出)，其用于根据要传递的信息为每个光源选择相应的驱动模式。例如，在不同的驱动模式下，控制器可以使用不同的驱动信号来控制光源的发光方式，从而使得当使用具有成像功能的设备拍摄光标签100时，其中的光源的成像可以呈现出不同的外观(例如，不同的颜色、图案、亮度、等等)。通过分析光标签100中的光源的成像，可以解析出各个光源此刻的驱动模式，从而解析出光标签100此刻传递的信息。

为了基于光标签向用户提供相应的服务，每个光标签可以被分配一个标识信息(ID)，该标识信息用于由光标签的制造者、管理者或使用者等唯一地识别或标识光标签。通常，可由光标签中的控制器驱动光源以向外传递该标识信息，而用户可以使用设备对光标签进行图像采集来获得该光标签传递的标识信息，从而可以基于该标识信息来访问相应的服务，例如，访问与光标签的标识信息相关联的网页、获取与标识信息相关联的其他信息(例如，与该标识信息对应的光标签的位置信息)、等等。设备可以通过其上的摄像头对光标签进行连续的图像采集来获得包含光标签的多张图像，并通过分析每张图像中的光标签(或光标签中的各个光源)的成像以识别出光标签传递的信息。

可以在服务器上保存每个光标签的标识信息(ID)或其他信息，例如与该光标签相关的服务信息、与该光标签相关的描述信息或属性，如光标签的位置信息、物理尺寸信息、物理形状信息、朝向信息等。光标签也可以具有统一的或默认的物理尺寸信息和物理形状信息等。设备可以使用识别出的光标签的标识信息来从服务器查询获得与该光标签有关的其他信息。光标签的位置信息可以是指该光标签在物理世界中的实际位置，其可以通过地理坐标信息来指示。

由于光标签可以具有相关联的位置信息，这使得基于光标签的位置服务成为可能。在一些场景中，用户可以使用其设备拍摄包含光标签的图像并分析光标签的成像的大小和透视变形，来确定该设备相对于光标签的位置。如此，可以基于光标签本身的位置信息和设备相对于光标签的位置，来确定设备的实际物理位置。然而，在实践中发现，对于图1所示的光标签，其相对定位结果存在一些误差，这限制了其在对定位精度要求非常高的应用场景中的使用。

为此，本实用新型提供了一种能够实现较高相对定位精度的光通信装置。

实用新型内容

本实用新型的一个方面涉及一种光通信装置，包括：一个或多个用于传递信息的数据光源；位于同一平面且不共线的至少三个第一定位标志；以及一个或多个第二定位标志，其中，所述第二定位标志位于所述第一定位标志所在的平面之外。

可选地，其中，所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离为至少0.1厘米。

可选地，其中，所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离大于各个第一定位标志之间的最短距离的1/10。

可选地，其中，所述第二定位标志中的至少一个位于所述第一定位标志的上方、下方或者中间。

可选地，其中，所述光通信装置中包括四个第一定位标志，所述四个第一定位标志排列成矩形形状。

可选地，其中，所述第二定位标志在水平方向上位于该矩形的中间位置。

可选地，其中，所述第一定位标志和/或所述第二定位标志是灯。

可选地，所述光通信装置还包括：位于所述光通信装置的前侧和/或后侧的一个或多个光敏元件。

可选地，所述光通信装置还包括：位于所述光通信装置的下侧和/或后侧的一个或多个定位孔。

本实用新型的另一个方面涉及一种光通信装置，包括：一个或多个用于传递信息的数据光源；一个或多个第一定位标志，所述第一定位标志能够确定一个平面；以及一个或多个第二定位标志，其中，所述第二定位标志的至少一部分位于所述第一定位标志所在的平面之外。

附图说明

以下参照附图对本实用新型的实施例作进一步说明，其中：

图1示出了一种示例性的光标签；

图2示出了根据本申请的一个实施例的光标签的前视图；

图3示出了图2所示的光标签的侧视图；

图4示出了图2所示的光标签的立体视图；

图5示出了在一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图；

图6示出了在另一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图；

图7示出了根据本申请的一个实施例的光标签的前视图；以及

图8示出了根据本申请的一个实施例的光标签的后视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2示出了根据本申请的一个实施例的光标签的前视图，其包括三个用于向外传递信息的数据光源205、位于三个数据光源205两侧的四个第一定位标志201、位于三个数据光源205上方的一个第二定位标志202，其中，四个第一定位标志201位于同一平面且不共线，并且第二定位标志202位于四个第一定位标志201所在的平面之外，也即，第一定位标志201和第二定位标志202之间存在深度差。

根据不同的应用场景，第一定位标志201所在的平面与第二定位标志202的距离或深度差可以具有不同的取值。通常情况下，如果所需的定位范围比较大(例如，需要在定位装置周围比较大的范围内实现相对定位)，则需要比较大的深度差；如果成像设备的分辨率比较低，则需要比较大的深度差。相反，如果所需的定位范围比较小和/或成像设备的分辨率比较高，则比较小的深度差就可以满足需要。理论上，在存在深度差的情况下，为了能够观察到第二定位标志相对于第一定位标志的成像位置变化(也即，成像位置变化在像素上是可区分的)，与深度差对应的距离的成像通常需要大于等于两个像素。假设成像设备的分辨率为R，定位所需的最远距离为D，则最小的深度差为：以分辨率R成像，与2个像素对应的在距离D处的实际物体长度。更为具体地，假设成像设备的分辨率为R＝Rx*Ry，成像器的大小为L*W，在成像设备坐标系下，成像设备的x方向焦距为fx，y方向焦距为fy，定位所需的最远距离为D，物体的尺寸为x*y，物体的成像尺寸为u*v(以上尺寸x,y,u,v均为物体在相机坐标系下的x轴和y轴的投影尺寸)。可以得到如下公式：

fx/D＝u*(L/Rx)/x

fy/D＝v*(W/Ry)/y

令u＝v＝2个像素,

x_min＝2*L*D/(fx*Rx)

y_min＝2*W*D/(fy*Ry)

则可以取x_min和y_min两者的最小值作为深度差的最小值depth_min，也即，depth_min＝min(x_min,y_min)。

例如，在使用具有4K分辨率(2160*3840)的成像设备的情况下，当识别距离为10米时，2/3厘米的线段的成像约为2个像素，所以，最小的深度差需要为2/3厘米。如果识别距离变为50米(例如，针对某些室外定位场景)，则最小的深度差需要为10/3厘米。而如果识别距离变为1.5米(例如，针对某些室内定位场景)，则最小的深度差需要为0.1厘米。

在一些实施例中，优选地，第一定位标志所在的平面与第二定位标志的距离或深度差为至少0.1厘米、至少0.2厘米、至少0.5厘米、至少0.8厘米、至少1厘米、或者至少1.5厘米、等等。在一些实施例中，也可以根据各个第一定位标志之间的距离来确定第一定位标志所在的平面与第二定位标志的距离或深度差，优选地，第一定位标志所在的平面与第二定位标志的距离或深度差大于各个第一定位标志之间的最短距离的1/10、1/8、1/5、1/4、或者1/3、等等。

在图2所示的实施例中，四个第一定位标志201排列成矩形形状，并且第二定位标志202在水平方向上位于该矩形的中间位置，但本领域技术人员可以理解，这并非限制，第一定位标志201和第二定位标志202可以具有其他排列方式。在图2所示的实施例中还示出了一些用于使得光标签更加美观的特征(例如，光标签上部的类似于两个耳朵的部分)，这些特征仅仅是示例性的，并不对本实用新型产生限制。

数据光源205可以是能够用于向外传递信息的任何光源，例如，数据光源205可以是一个LED灯、由多个LED灯构成的阵列、显示屏幕或者其中的一部分、甚至光的照射区域(例如光在墙壁上的照射区域)也可以作为数据光源205。数据光源205可以具有任何表面形状，例如圆形、正方形、矩形、条状、等等。数据光源205中可以包括或者附加各种常见的光学器件，例如导光板、柔光板、漫射器等。在一些实施例中，光标签中可以具有一个或多个数据光源205，而不限于三个。

第一定位标志201和/或第二定位标志202可以是不主动发光的器件；第一定位标志201和/或第二定位标志202也可以是能够主动发光的器件，例如灯，以便能够在没有环境光或者环境光较弱的场景下使用。第一定位标志201和/或第二定位标志202可以具有任意合适的表面形状，例如，圆形、正方形、长方形、三角形、六边形、椭圆形、等等。第一定位标志201和/或第二定位标志202也可以是立体定位标志，例如，球体、圆柱体、立方体等。

在一些实施例中，第一定位标志201的数量可以是三个或多于四个。三个不共线的第一定位标志201足以确定一个平面，且第二定位标志202位于该三个第一定位标志201所确定的平面之外。

在一些实施例中，第二定位标志202可以位于光标签上的其他地方，例如位于第一定位标志201的下方或者中间，并且光标签中可以具有不止一个第二定位标志202。在一个实施例中，光标签包括两个第二定位标志202，这两个第二定位标志202分别位于第一定位标志201的上方和下方。

在一些实施例中，数据光源205与第一定位标志201可以位于同一平面或者位于不同的平面。在一些实施例中，数据光源205与第二定位标志202可以位于同一平面或者位于不同的平面。

图3示出了图2所示的光标签的侧视图，图4示出了图2所示的光标签的立体视图。从图3和图4可以清楚地看出，第二定位标志202位于四个第一定位标志201所在的平面之外，也即第一定位标志201和第二定位标志202存在深度差。

通过使用成像设备拍摄光标签并分析所拍摄的包含光标签的图像，可以确定成像设备相对于光标签的位置信息和/或姿态信息(位置信息和姿态信息可以统称为位姿信息)。在一个实施例中，为了获得成像设备相对于光标签的位置和/或姿态，可以根据光标签建立一个坐标系，该坐标系可以被称为世界坐标系或光标签坐标系。光标签上的第一定位标志和第二定位标志构成在该世界坐标系中的一些空间点，并且具有在该世界坐标系中的相应坐标。在使用成像设备拍摄了包含光标签的图像后，可以例如根据光标签的物理结构特征或几何结构特征，在图像中找到与这些空间点分别对应的像点，并确定各个像点在图像中的成像位置。根据各个空间点在世界坐标系中的坐标以及对应的各个像点在图像中的成像位置，结合相机的内参信息，可以计算得到拍摄该图像时成像设备在世界坐标系中的位姿信息(R，t)，其中R为旋转矩阵，其表示相机在世界坐标系中的姿态信息，t为位移向量，其表示相机在世界坐标系中的位置信息。计算R、t的方法在现有技术中是已知的，例如，可以利用3D-2D的PnP(Perspective-n-Point)方法来计算R、t，为了不模糊本实用新型，在此不再详细介绍。

在计算成像设备的位姿信息(R，t)时，需要准确地确定与光标签上的各个定位标志对应的各个像点在图像上的位置，然而如果这些定位标志都位于同一平面的话，这可能是有挑战的。这是因为，在很多情况下，在确定定位标志的成像位置时会存在一些误差，从而导致所计算的成像设备的位姿信息存在误差，这些误差在成像设备距离光标签比较远时变得更加明显。例如，当光标签距离成像设备比较远时，其成像很小，不容易精确地判断透视变形的程度，同时由于图像处理的误差(例如，图像处理的像素误差可能为1-2个像素)，使得难于准确地确定透视变形，也就难于准确地确定成像设备的位姿信息。

通过采用本实用新型的光标签，在不同位置拍摄光标签时可以更明显地观察到其上的定位标志的成像差异，从而可以极大地减轻或消除所确定的成像设备的位姿信息中的误差。图5示出了在一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图；图6示出了在另一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图。图5和图6中的实线圆环是第二定位标志202的成像，并且用虚线圆环示出了当第二定位标志202位于第一定位标志201所在的平面时的成像位置。从图5和图6可以明显地看出，由于第二定位标志202凸出于第一定位标志201所在的平面之外，因此，当在不同位置处使用成像设备拍摄光标签时，第二定位标志202的成像位置相对于第一定位标志201的成像位置会发生比较明显的变化，通过对该变化的进一步分析有助于减轻或消除所计算的成像设备的位姿信息中的误差。

图7示出了根据本申请的一个实施例的光标签的前视图，其与图2所示的光标签相比，还包括位于光标签前侧的两个光敏元件203。在本申请中，通常情况下，光标签的前侧指的是光标签中的数据光源205所在的一侧，光标签的后侧指的是光标签的与数据光源205相对的一侧。

光敏元件203用于感测光标签所在的环境的环境光，以使得光标签能够根据环境光的强度和/或波长等来自动地调整其中的数据光源和/或定位标志灯所发射的光的强度和/或波长，从而便于设备对光标签进行识别以及使用光标签进行相对定位，并且也有助于在某些情况下实现节能。例如，如果光敏元件203检测到较强的环境光，则光标签中的控制器可以根据该检测结果将光标签中的数据光源和/或定位标志灯所发射的光的强度增大，以更好地与环境光区分；反之，如果光敏元件203检测到较弱的环境光，则光标签中的控制器可以根据该检测结果将光标签中的数据光源和/或定位标志灯所发射的光的强度减小，以在能与环境光区分的前提下尽可能地节省光标签消耗的电能，并避免光标签发出可能刺激人眼的过强的光。另外，通过在光标签的前侧设置两个光敏元件203，可以扩大环境光检测范围，并可以提高环境光检测的可靠性和稳定性。可以理解，光标签的前侧可以仅具有一个光敏元件203，或者具有多于两个光敏元件203。

在一个实施例中，光标签还可以包括位于光标签后侧的一个或多个光敏元件。位于光标签前侧的光敏元件和位于光标签后侧的光敏元件分别用于对不同方向的环境光(例如来自光标签前侧的环境光和来自光标签后侧的环境光)进行感测，这样可以改善对不同方向环境光的识别，从而有利于对光标签的识别和定位。

在一个实施例中，光标签中还可以包括位于光标签壳体上的散热孔，其用于增加空气流动，加快热传递，使光标签在工作过程中产生的热量快速排出，提高光标签的可靠性。

在一个实施例中，光标签中还可以包括位于光标签壳体的下侧和/或后侧的一个或多个定位孔(例如，乐高定位孔)，这些定位孔可以与其他装置上的***件配合使用以实现光标签的固定。

图8示出了根据本申请的一个实施例的光标签的后视图，其中示出了位于光标签后侧的光敏元件206、散热孔207、定位孔208等，但本领域技术人员可以理解，在一些实施例中，光标签可以不包括光敏元件206、散热孔207、定位孔208，或者可以仅包括它们中的一个或多个。

在上述图示的实施例中，主要以点状的定位标志进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，在一些实施例中，第一定位标志和/或第二定位标志可以具有其他形状。例如，在一个实施例中，可以由一个条状的定位标志来代替图2中所示的两个第一定位标志201(例如左侧的两个第一定位标志201或者右侧的两个第一定位标志201)。在一个实施例中，第一定位标志可以包括一个条状定位标志和与该条状定位标志不共线的一个点状定位标志，以共同确定一个平面。在一个实施例中，第一定位标志可以包括位于同一平面内的两个条状定位标志。在一个实施例中，可以使用一个平面多边形框(例如三角形框或矩形框)来作为第一定位标志，该多边形框本身确定了一个平面。在一个实施例中，可以使用一个平面状定位标志(例如三角形定位标志或矩形定位标志)作为第一定位标志，该平面状定位标志本身确定了一个平面。类似地，第二定位标志也可以具有其他形状，例如，条状、多边形框状、平面状等。在一种情况下，第二定位标志可以整***于第一定位标志所在的平面之外；在另一种情况下，第二定位标志可以与第一定位标志所确定的平面交叉，只要第二定位标志的一部分位于第一定位标志所在的平面之外即可。

本文中提到的设备可以是用户携带的设备，例如手机、平板电脑、智能眼镜、智能头盔、智能手表等，但是可以理解，该设备也可以是能够自主移动的机器，例如无人机、无人驾驶汽车、机器人等，该设备上安装有图像采集器件，例如摄像头。

本文中针对“各个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、或“实施例”等的参考指代的是结合所述实施例所描述的特定特征、结构、或性质包括在至少一个实施例中。因此，短语“在各个实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”、或“在实施例中”等在整个本文中各处的出现并非必须指代相同的实施例。此外，特定特征、结构、或性质可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。因此，结合一个实施例中所示出或描述的特定特征、结构或性质可以整体地或部分地与一个或多个其他实施例的特征、结构、或性质无限制地组合，只要该组合不是不符合逻辑的或不能工作。本文中出现的类似于“根据A”、“基于A”、“通过A”或“使用A”的表述意指非排他性的，也即，“根据A”可以涵盖“仅仅根据A”，也可以涵盖“根据A和B”，除非特别声明或者根据上下文明确可知其含义为“仅仅根据A”。

由此描述了本实用新型的至少一个实施例的几个方面，可以理解，对本领域技术人员来说容易地进行各种改变、修改和改进。这种改变、修改和改进意于在本实用新型的精神和范围内。虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (10)

1.一种光通信装置，其特征在于，包括：

一个或多个用于传递信息的数据光源；

位于同一平面且不共线的至少三个第一定位标志；以及

一个或多个第二定位标志，其中，所述第二定位标志位于所述第一定位标志所在的平面之外。

2.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离为至少0.1厘米。

3.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离大于各个第一定位标志之间的最短距离的1/10。

4.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述第二定位标志中的至少一个位于所述第一定位标志的上方、下方或者中间。

5.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，所述光通信装置中包括四个第一定位标志，所述四个第一定位标志排列成矩形形状。

6.根据权利要求5所述的光通信装置，其特征在于，所述第二定位标志在水平方向上位于该矩形的中间位置。

7.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，

所述第一定位标志和/或所述第二定位标志是灯。

8.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，还包括：

位于所述光通信装置的前侧和/或后侧的一个或多个光敏元件。

9.根据权利要求1所述的光通信装置，其特征在于，还包括：

位于所述光通信装置的下侧和/或后侧的一个或多个定位孔。

10.一种光通信装置，其特征在于，包括：

一个或多个用于传递信息的数据光源；

一个或多个第一定位标志，所述第一定位标志能够确定一个平面；以及

一个或多个第二定位标志，其中，所述第二定位标志的至少一部分位于所述第一定位标志所在的平面之外。

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