專利名稱：用于確定成像設(shè)備位置的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在網(wǎng)絡(luò)中確定節(jié)點(diǎn)位置的系統(tǒng)和方法，更具體地 涉及利用由成像設(shè)備拍攝的圖像識別成像設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)并且 確定其位置。
背景技術(shù)：
許多通信設(shè)備正在逐步配備有低成本的圖像獲取能力。例如，許
多蜂窩電話目前裝有數(shù)字照相機(jī)，并且許多袖珍個人計算機(jī)(PPC)和 個人數(shù)字助理(PDA)具有圖像獲取和通信選項(xiàng)。隨著這些設(shè)備快速增 多，能夠?qū)崿F(xiàn)許多應(yīng)用，其中將這些設(shè)備聯(lián)網(wǎng)以提供分布式成像能力。
例如，可以將配備有無線通信能力的一組照相機(jī)設(shè)置在墻壁上以 及建筑物周圍，然后一起聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)以形成覆蓋建筑物內(nèi)外的監(jiān)視系 統(tǒng)。這種可迅速投入使用的監(jiān)視系統(tǒng)例如可以通過軍事人員固定目標(biāo) 或者通過應(yīng)急小隊(duì)響應(yīng)于事件例如火災(zāi)或者意外事故來使用。
在另 一種應(yīng)用中，分布在運(yùn)動竟賽周圍的可通信照相機(jī)的網(wǎng)絡(luò)可 以提供能夠三維捕獲運(yùn)動員的動作和位置的成像網(wǎng)絡(luò)。該信息可以用 于在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸比賽或者用于對運(yùn)動員表現(xiàn)進(jìn)行賽后分析。
這種能夠通信的照相機(jī)的網(wǎng)絡(luò)也可以用來監(jiān)視在場景中的其它 傳感器節(jié)點(diǎn)例如溫度傳感器、加速度計或聲學(xué)傳感器的位置。這些位 置估計結(jié)果可以用來更好地分析并且解釋從這些傳感器獲得的測量 數(shù)據(jù)。這種功能可以用在建筑物監(jiān)視應(yīng)用中，其中可以將傳感器信息 用于能源管理、氣流管理或者入4曼檢測。
所有這種分布式成像網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的共同特征在于需要確定每個圖 像獲取節(jié)點(diǎn)的位置，即需要知道每個圖像獲取節(jié)點(diǎn)相對于其它節(jié)點(diǎn)的 位置和朝向。
許多現(xiàn)有技術(shù)位置確定方法采用無線電或聲學(xué)信號，并且通過檢 測信號的飛行時間或者相對強(qiáng)度來獲得范圍信息，該范圍信息可以用 來重新獲得這些節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的相對位置。但是這些技術(shù)不能很容易 計算出這些成像設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的相對朝向。

發(fā)明內(nèi)容
簡要的說，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法利用由網(wǎng)絡(luò)中的成像設(shè)備拍攝的 圖像來確定這些成像設(shè)備的位置。而且，通過為這些成像設(shè)備提供圖 像分析能力，從而本發(fā)明顯著減輕了與將全部圖片發(fā)送給中央位置進(jìn) 行處理相關(guān)的傳輸和存儲負(fù)擔(dān)。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，在網(wǎng)絡(luò)中的成像設(shè)備各自都檢查由其自身 的照相機(jī)拍攝的圖像并且提取有關(guān)的信息。然后將該信息與其它成像 設(shè)備交換，并且使用該信息來計算出這些節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的相對位置和 朝向。
這些成像設(shè)備還可以配備有可控光源，其輸出按照預(yù)定的序列或 圖案改變。然后可以通過其它成像設(shè)備找到具有相應(yīng)的圖像間強(qiáng)度變 化的像素，并且使用這些像素來識別哪些成像設(shè)備對其來說是可見 的。然后可以使用這些像素來定義與那些成像設(shè)備相關(guān)的核點(diǎn)
(epipolar point)。還識別這些圖像中的共同參考點(diǎn)。然后在這些成 像設(shè)備之間交換這些核點(diǎn)和任何共同參考點(diǎn)的位置，并且使用它們來 確定成l象設(shè)備和參考點(diǎn)相對于彼此的位置。
通過參照以下附圖將更加全面地理解本發(fā)明的這些和其它特征。


圖1為示出本發(fā)明定位系統(tǒng)的一個實(shí)施例的基本元素的示意圖。 圖2為示出識別序列和圖像獲取的相對定時的示意性時序圖。 圖3為示出在本發(fā)明的3節(jié)點(diǎn)定位方法中所使用的矢量和長度的 三維圖。
圖4為示出本發(fā)明的方法的一個實(shí)施例的代表性步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的方法，成像設(shè)備被提供有足夠的圖像處理能力，從 而只需交換相對少量的數(shù)據(jù)以便確定在網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的位置。具體 地說，這些成像設(shè)備能夠通過檢查其自身的圖像來有效測量出相對于 在其視野范圍內(nèi)的其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的角度。然后通過與那些節(jié)點(diǎn)交換該 數(shù)據(jù)，從而能夠相互看到彼此的這些節(jié)點(diǎn)可以計算出其相對位置和朝 向。然后可以在整個網(wǎng)絡(luò)上傳播該位置確定。
該方法提供了確定多個配有照相機(jī)的通信設(shè)備的位置的簡單直 接的方法。該方法比較快捷，并且提供了傳感器節(jié)點(diǎn)的直接測量數(shù)據(jù)， 包括沒有成像能力的盲節(jié)點(diǎn)的位置。在另一個實(shí)施例中，通過在配有 照相機(jī)的通信設(shè)備上安裝主動光源，也可以使用這些圖像來識別網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)。
現(xiàn)在將參照這些附圖對本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
圖1為示出本發(fā)明的定位系統(tǒng)10的一個實(shí)施例的基本元素的示意 圖。該系統(tǒng)10包括兩個成像設(shè)備12和14,每個都配備有發(fā)光裝置16和 18。成像設(shè)備12獲取包含有成像設(shè)備14的表示27和共同參考對象20的 表示31的圖像22。類似地，成像設(shè)備14獲取包含成像設(shè)備12的表示29 和共同參考對象20的表示33的圖像24。
然后，對所獲取的圖像22和24進(jìn)行的分析能夠提供這兩個成像設(shè) 備12和14的相對朝向和位置。在一優(yōu)選實(shí)施例中，該分析依靠重新獲 得核點(diǎn)像素26和28以及參考像素30和32在圖像22和24中的位置。
參考像素30是在圖像22中與共同參考對象20的某些特性最密切 對應(yīng)的像素，例如但不限于參考對象20的中心，并且因此可以是表示 31的中央像素。同樣，參考像素32可以是在圖像24中的表示33的中央 像素。
核點(diǎn)像素26是當(dāng)照相機(jī)14出現(xiàn)在由成像設(shè)備12所拍攝的圖像22 中時與照相機(jī)14的焦點(diǎn)最密切對應(yīng)的像素。在本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例
中，假設(shè)核點(diǎn)像素26是與成像設(shè)備14的發(fā)光裝置18對應(yīng)的其中一個像 素，并且是照相機(jī)14在圖像22中的表示27的一部分。類似地，核點(diǎn)像 素28是成像設(shè)備12出現(xiàn)在由成像設(shè)備14所拍攝的圖像24中時與成像 設(shè)備12的焦點(diǎn)最密切對應(yīng)的像素，并且可以是成像設(shè)備12在圖像24中 的表示29的一部分。
使用核點(diǎn)像素26和28以及參考像素30和32的位置，例如表示為從 貫穿成像設(shè)備12或14的焦點(diǎn)的圖像平面的法線的角位移，信息處理單 元34計算出兩個成像設(shè)備12和14以及參考對象20的位置確定，如在下 面詳細(xì)"i寸論的一樣。
形成分布式成像網(wǎng)絡(luò)的成像設(shè)備12和14例如可以是配備有無線 通信能力和數(shù)字照相機(jī)的PDA，配備有數(shù)字照相機(jī)的無線電話，或者 其某種組合。
圖像處理單元34可以是獨(dú)立的計算機(jī)，或者它可以是與成傳J殳備 12和14中的一個或另一個相關(guān)聯(lián)的適當(dāng)編程的微處理器。
發(fā)光裝置16和18例如可以是發(fā)光二極管(LED)或白織燈泡或者 半導(dǎo)體激光器或其某種組合。發(fā)光裝置16和18可以按照識別出其相關(guān) 聯(lián)的成像設(shè)備的預(yù)定序列來改變其輸出。例如，發(fā)光裝置16和18可以 連續(xù)閃亮并且熄滅以按照固定的頻率重復(fù)規(guī)定的二進(jìn)制比特序列。通 過檢查圖像22和24的序列，可以找到以相同的規(guī)定二進(jìn)制比特序列和 頻率變化的像素，并且使用這些像素來確定核點(diǎn)26和28的位置，并且 識別出相關(guān)聯(lián)的成像設(shè)備12和14。
成像設(shè)備12和14以及發(fā)光裝置16和18可以工作于任何合適的電 磁波鐠頻率，并且優(yōu)選在電磁波譜的紫外線到紅外線以至微波部分的 范圍內(nèi)工作。
圖2為示出識別序列和圖像獲取的相對定時的示意性時序圖。曲 線圖40示出正在改變其輸出的發(fā)光裝置16或18的閃光圖案輸出。圖像 樣本42示出圖像獲取相對于閃光圖案輸出的定時。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，經(jīng)編程的微控制器控制發(fā)光二極管產(chǎn)生出具 有適當(dāng)周期的二進(jìn)制圖案40。 二進(jìn)制圖案40可以具有任何比特數(shù)，并且實(shí)際數(shù)目可以在期望在相同圖像中可看到的成像設(shè)備數(shù)量與識別 出該二進(jìn)制圖案所需的更大視頻序列長度之間進(jìn)行權(quán)衡。例如，可以
只使用2比特二進(jìn)制圖案來唯一識別出最多兩個成像設(shè)備，但是將只 需要兩個圖像的序列。另一方面，可以使用長的比特圖案例如24比特 圖案來唯一識別出幾千個成像設(shè)備，但是將需要獲得并且分析24個連 續(xù)圖像的圖像序列。類似地，長周期的圖案會增大獲取圖像序列的總 時間。由于數(shù)字照相機(jī)快門速度通常在大約1至10毫秒的范圍內(nèi)，所 以二進(jìn)制圖案40的典型頻率可以在大約10至100毫秒的范圍內(nèi)。
在一個示例性實(shí)施例中，選擇周期為67毫秒的八比特二進(jìn)制圖案 40。在該示例性實(shí)施例中，成像設(shè)備12和14每個都以67毫秒的間隔獲 取八個圖像的序列。在一優(yōu)選實(shí)施例中，不試圖使發(fā)光裝置的變化輸 出與圖像獲取同步?？梢詸z查圖像序列中的每個像素以在圖像序列期 間獲得最大和最小強(qiáng)度。這可以在紅-綠-藍(lán)(RGB)彩色圖像的所有通 道上完成。作為替換方案，可以只檢查來自其中一個通道例如綠色通 道的像素來獲得對白色對象的強(qiáng)度變化的良好估計。 一旦對于每個像 素都獲得了最大和最小強(qiáng)度值，則進(jìn)一步分析在圖像序列上具有明顯 變化的那些像素。具體地說，將像素值二進(jìn)制化，并且檢查經(jīng)過二進(jìn) 制化的強(qiáng)度變化以查看它是否與預(yù)定序列相匹配。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，因?yàn)閳D像獲取和發(fā)光裝置的變化不同步，所 以由于可能在該序列中的任何時刻開始圖像獲取，因此應(yīng)對于與預(yù)定 義的序列的所有循環(huán)排列檢查該二進(jìn)制化序列。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)對被識別的信號進(jìn)行欠釆樣，其含義 在于以該信號頻率獲取圖像，而不是如由最佳采樣理論所要求的那樣 最少以該信號頻率的兩倍進(jìn)行采樣。這種欠采樣會導(dǎo)致例如在獲取與 閃爍圖案的轉(zhuǎn)變重疊時不能檢測序列。在一優(yōu)選實(shí)施例中，通過頻繁
重復(fù)測量并且依靠照相機(jī)和發(fā)光裝置兩者都具有足夠的定時變化性 (也稱為抖動)的事實(shí)來克服與欠采樣相關(guān)聯(lián)的問題。該方法假設(shè)由 于該抖動，在隨后的測量上，圖像獲取和閃爍圖案轉(zhuǎn)變將不再重疊， 并且將檢測到該圖案。
圖3為示出在通過本發(fā)明的方法確定三個節(jié)點(diǎn)位置中所使用的矢 量和長度的三維圖形。圖3的圖形假設(shè)了成像設(shè)備12和14的焦點(diǎn)位于A 和B，并且已經(jīng)在焦距已知或者已經(jīng)被確定的意義上校準(zhǔn)了其照相機(jī)。 在圖3中，節(jié)點(diǎn)C對應(yīng)于共同參考對象20。然后可以用起源于每個照相 機(jī)的焦點(diǎn)處的單位矢量來表達(dá)核點(diǎn)像素26和28以及參考像素30和32 的位置。這些矢量例如能夠在笛卡爾坐標(biāo)系中被參照，所述笛卡爾坐 標(biāo)系被定向?yàn)槭沟闷鋁和Y軸與照相機(jī)圖像平面平行，并且其Z軸與照 相機(jī)圖像平面垂直。實(shí)際上，核點(diǎn)像素26和28以及參考像素30和32被 定義為相對于成像設(shè)備圖像平面的穿過其焦點(diǎn)的法線的角位移。
在這種矢量表示中，V"為定義了在成像設(shè)備12的參考系中的核 點(diǎn)像素26的單位矢量，Vba為定義在成像設(shè)備14的參考系中的核點(diǎn)像素 28的單位矢量，Vae為定義在成像設(shè)備12的參考系中的參考點(diǎn)20的單位 矢量，并且Vbc為定義在成像設(shè)備14的參考系中的參考點(diǎn)20的單位矢 量。
因?yàn)辄c(diǎn)A一B和C都位于一個平面(核點(diǎn)平面)上，因此矢量交叉乘
積na-V丫Vbe和Ilb^bZVbe兩者都定義了那個平面的法線。而且，這些法 線和核點(diǎn)矢量通過捕獲成像設(shè)備的參考系的相對朝向的相同旋轉(zhuǎn)矩 陣Rab而相關(guān)。具體地說 Vab=-RabVab …(1)
na=-Rab nb…(2)
還可以構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)正交矩陣(orthonormal matrix ):
Ra=[vab na(vabxna)
并且
Rb=-vba -nb(vba x nb)
從式1和2以及標(biāo)準(zhǔn)正交矩陣的定義中，可以推導(dǎo)出
Ra=RabRb…(3)
這又產(chǎn)生出用于R化的以下表達(dá)式 Rab=Ra(Rb)T …(4)
求解Rab提供了在節(jié)點(diǎn)A和B處具有焦點(diǎn)的兩個成像設(shè)備U和14
的相對朝向。已經(jīng)求出這兩個成像設(shè)備的相對朝向，則可以通過考慮
形成三角形的矢量來重新獲得三個節(jié)點(diǎn)A、 B和C的相對位置，即
labVab+lbcVbc-lcaVca—0
其中U， lbc和lca為線段AB、 BC和CA的長度。由于該系統(tǒng)是齊次 的(homogenous)，所以這些節(jié)點(diǎn)的配置只能夠求解到正比例因子， 即，能夠確定三角形ABC的所有角度，但不是絕對尺寸。這是對從運(yùn) 動重構(gòu)中的所有結(jié)構(gòu)所共有的相同比例不確定性。為了解決這種不確 定性，需要額外的距離測量。解決該不確定性的一種方式是識別在這 些圖像中的具有已知尺寸的共同對象，并且使用該對象來提供絕對距 離。甚至是在其中一個圖像例如具有平均尺寸的人中具有大致已知的 尺寸也允許計算出大致的比例分辨率。
在上述定位方法中，假設(shè)節(jié)點(diǎn)處于成像設(shè)備的焦點(diǎn)處。在該優(yōu)選 實(shí)施例中，發(fā)光裝置16和18與該成像設(shè)備協(xié)同定位，并且可能不與成 像設(shè)備的透鏡的焦點(diǎn)一致。但是該定位方法是非常好的近似方法，只 要在這些節(jié)點(diǎn)之間的距離與在發(fā)光裝置和焦點(diǎn)之間的間隔相比較大。 在實(shí)際應(yīng)用中，在這些節(jié)點(diǎn)之間的距離為幾米，而在發(fā)光裝置和焦點(diǎn) 之間的間隔可以只是幾個毫米，從而使得該方法具有非常好的近似。
雖然在上面已經(jīng)參照兩個主動節(jié)點(diǎn)和一個被動節(jié)點(diǎn)對該方法進(jìn) 行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員要理解的是，該方法可以延伸至 任何數(shù)量的主動和被動節(jié)點(diǎn)。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易認(rèn)可， 上述方法可以延伸至包括三個或多個主動照相機(jī)。而且，所有成像設(shè) 備不需要彼此可見。只要存在成像設(shè)備的重疊，即在網(wǎng)絡(luò)中的每個成 像設(shè)備對于網(wǎng)絡(luò)中的至少一個其它成像設(shè)備是可見的，上述方法就可 以延伸至包括任意大的成像設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。
圖4為示出本發(fā)明的方法的代表性步驟的流程圖。
在步驟44中，通過主動節(jié)點(diǎn)即通過網(wǎng)絡(luò)中的成像設(shè)備來獲得圖像序列。
在步驟46中，分析通過每個主動節(jié)點(diǎn)獲得的圖像序列。在一個優(yōu) 選實(shí)施例中，通過在作為成像設(shè)備的一部分的處理器上運(yùn)行的軟件來
完成這項(xiàng)分析。在作為替換的實(shí)施例中，可以將這些圖像中的一些或 全部發(fā)送給另 一個用于處理的設(shè)備，例如但是不限于配備有更大處理 能力的另一個成像設(shè)備，或發(fā)送給中央位置。
在步驟48中，通過找到其中其發(fā)光裝置正在改變的預(yù)定序列來識 別出每個圖像序列中的主動節(jié)點(diǎn)。
在步驟50中，例如通過使用標(biāo)準(zhǔn)圖案識別技術(shù)例如但不限于模板 匹配來識別圖像序列中的被動節(jié)點(diǎn)。
在步驟52中，使用與所識別出的主動節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的像素來確定核 點(diǎn)的位置，并且使用與被動節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的像素來確定參考點(diǎn)的位置。
在步驟54中，對核點(diǎn)和參考點(diǎn)進(jìn)行通信。該通信例如可以涉及所 有相互識別的成像設(shè)備交換數(shù)據(jù)，或者它可以涉及將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給 那些設(shè)備的子集或者發(fā)送給單個處理點(diǎn)。通過任何合適的手段包括使 用電磁波譜以無線形式或通過合適的連接器例如但不限于導(dǎo)線或光 纖來進(jìn)行該通信，或者該通信可以是聲道例如但不限于超聲波或音頻 聲學(xué)信號，或者這些方法的某些組合。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，該通信 通過在MHz到GHz頻率范圍中的無線傳輸?shù)碾姶泡椛鋪磉M(jìn)行。
在步驟56中，可以使用上面詳細(xì)描述的技術(shù)來確定網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn) 的位置。例如可以通過位于成像設(shè)備上或與之相關(guān)聯(lián)的處理器來完成 這種定位，或者可以在遠(yuǎn)程或中央位置來實(shí)現(xiàn)這種定位。
在步驟58中，例如通過識別其中一個圖像中的具有已知尺寸的對 象來確定網(wǎng)絡(luò)的尺寸。然后可以通過網(wǎng)絡(luò)傳播該尺寸。
在該系統(tǒng)的其它實(shí)施例中，可以建立起如上所詳述的能夠協(xié)同定 位的網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)是智能照相機(jī)模塊，即與通信模塊 和閃爍發(fā)光裝置相關(guān)聯(lián)的成像設(shè)備。作為替換方案，可以建立這樣的 網(wǎng)絡(luò)，其中至少兩個節(jié)點(diǎn)是能夠協(xié)同定位的智能照相機(jī)模塊，同時該 網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個其它節(jié)點(diǎn)是其它主動或被動裝置，例如但不限于 中繼裝置、圖像處理器、信標(biāo)、傳感器裝置或存儲器裝置。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，由至少兩個協(xié)同定位的成像設(shè)備拍 攝的圖像可以被發(fā)送給遠(yuǎn)程或中央位置。在這種位置中，可以將從多
個已定位的成像設(shè)備接收到的圖像集成來形成至少一個復(fù)合圖像，其 呈現(xiàn)出與單個圖像相比更寬的視野。復(fù)合圖像可以是二維或三維圖 像，并且例如可以用于多種目的，例如包括監(jiān)視、情況評估、二維或 三維重構(gòu)以及環(huán)境監(jiān)測。
在本發(fā)明的另 一個實(shí)施例中，至少 一個成像設(shè)備可以具有多個圖
像捕獲表面例如但不限于多個電荷耦合器件(CCD)。
在又一個實(shí)施例中，至少 一個成像設(shè)備可以具有允許擴(kuò)大視野的 光學(xué)系統(tǒng)，例如但不限于能夠?qū)崿F(xiàn)180度視野的魚眼透鏡。例如可以 將兩個這種裝置背靠背地放置以有效地提供360度視野。
上述步驟中的一些或全部可以采用標(biāo)準(zhǔn)并且公知的計算機(jī)編程 技術(shù)來實(shí)施。上述實(shí)施例的新穎性不依賴于具體編程技術(shù)或所采用的 編程語言，而是在于使用了所述用來實(shí)現(xiàn)所述結(jié)果的步驟。包含本發(fā) 明的全部或一部分的軟件編程代碼通常存儲在某種類型的永久性存 儲器中，例如在成像設(shè)備上的永久性存儲器，或者存儲在與中央工作 站相關(guān)聯(lián)的存儲裝置上。在客戶端/服務(wù)器環(huán)境中，這種軟件編程代碼 可以被存儲在與服務(wù)器相關(guān)聯(lián)的存儲器上。該軟件編程代碼可以包含 在供數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使用的各種已知媒介的任何一種上，例如CMOS存 儲器、閃存器、盤、硬盤驅(qū)動器或CD-ROM。該代碼可以分布在這種 介質(zhì)上，或者可以從一個計算機(jī)系統(tǒng)的存儲器或存儲裝置通過通向供 其它計算機(jī)系統(tǒng)的用戶使用的這種其它系統(tǒng)的某種類型的網(wǎng)絡(luò)而分 發(fā)給用戶。在物理介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)軟件程序代碼和/或通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)軟件代 碼的技術(shù)和方法是公知的，并且在這里將不再進(jìn)一步討論。
雖然已經(jīng)采用結(jié)構(gòu)特征和/或方法步驟所專用的語言對本發(fā)明進(jìn) 行了描述，但是要理解，在所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明不必限于 所述的具體特征或步驟。這些具體特征和步驟只是被披露為實(shí)現(xiàn)所要 求保護(hù)的發(fā)明的示例性形式。
權(quán)利要求
1.一種確定至少兩個成像設(shè)備的定位的方法，所述方法包括提供第一成像設(shè)備，它與第一發(fā)光裝置基本上協(xié)同定位，并且與信息處理單元操作性地鏈接；提供第二成像設(shè)備，它與第二發(fā)光裝置基本上協(xié)同定位，并且與所述信息處理單元操作性地鏈接；提供參考點(diǎn)；使用所述第一成像設(shè)備獲取第一圖像，所述第一圖像具有與所述參考點(diǎn)對應(yīng)的第一參考像素、以及與和所述第二成像設(shè)備協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第一核點(diǎn)像素；使用所述第二成像設(shè)備獲取第二圖像，所述第二圖像具有與所述參考點(diǎn)對應(yīng)的第二參考像素、以及與和所述第一成像設(shè)備協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第二核點(diǎn)像素；將所述參考像素和所述核點(diǎn)像素的位置傳送給所述信息處理單元；并且使用所述信息處理單元、所述參考像素和所述核點(diǎn)像素確定所述定位。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二成像設(shè)備還包 括通信單元；并且其中所述像素的所述位置被提供作為相對于圖像平 面的穿過所述成像設(shè)備的焦點(diǎn)的法線的角位移。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟 按照預(yù)定序列改變所述第二發(fā)光裝置的輸出； 用所述第 一成像設(shè)備獲得多個圖像；在具有與所述預(yù)定序列相對應(yīng)的變化的所述多個圖像中識別出 至少一個像素，由此識別出所述第一核點(diǎn)像素。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述參考點(diǎn)為第三發(fā)光裝置。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中改變輸出的步驟包括改變由所 述第二發(fā)光裝置發(fā)出的光的亮度。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述預(yù)定序列包括二進(jìn)制圖案。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括按照預(yù)定序列改變所述第一 發(fā)光裝置的輸出的步驟；其中與所述第 一成像設(shè)備協(xié)同定位的所述發(fā) 光裝置的輸出根據(jù)第一二進(jìn)制圖案改變，并且與所述第二成像設(shè)備協(xié) 同定位的所述發(fā)光裝置的輸出根據(jù)第二二進(jìn)制圖案改變。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二二進(jìn)制圖案為所述第 二二進(jìn)制圖案的非循環(huán)排列。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第 一和第二二進(jìn)制圖案彼 此同步。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述參考點(diǎn)包括具有根據(jù)第 三二進(jìn)制圖案改變的輸出的第三發(fā)光裝置。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一和第二成像設(shè)備為 第一和第二配有數(shù)字照相機(jī)的無線設(shè)備，所迷發(fā)光裝置為可見光發(fā)光 二極管，并且所述第 一和第二二進(jìn)制圖案為不同步的八比特二進(jìn)制圖 案。
12. —種用于確定至少兩個成像設(shè)備的定位的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 用于獲取第 一 圖像的第 一成像裝置，所述成像裝置與第 一發(fā)光裝置基本上協(xié)同定位，并且與信息處理裝置操作性地鏈接；用于獲取第二圖像的第二成像裝置，所述成像裝置與第二發(fā)光裝置基本上協(xié)同定位，并且與所述信息處理單元操作性地鏈接；第 一 圖像處理裝置，用于檢查所述第 一 圖像以識別出與共同參考 點(diǎn)對應(yīng)的第 一參考像素、以及與和所述第二成像裝置協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第一核點(diǎn)像素；第二圖像處理裝置，用于檢查所述第二圖像以識別出與所述共同 參考點(diǎn)對應(yīng)的第二參考像素、以及與和所述第 一成像裝置協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第二核點(diǎn)像素；通信裝置，用于將所述參考像素和所述核點(diǎn)像素的位置傳送給所 述信息處理單元；以及在所述信息處理裝置上的定位裝置，用于使用所述參考像素和所述核點(diǎn)像素來獲得所迷第一和第二成像裝置的相對位置和朝向。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二成像裝置還 包括通信裝置；其中所述像素的所述位置被提供作為相對于圖像平面 的穿過所述成像設(shè)備的焦點(diǎn)的法線的角位移。
14. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第二發(fā)光裝置的輸出按照預(yù)定序列改變；所述第一成像裝置獲取多個圖像；所述圖像處理裝 置在具有與所述預(yù)定序列相對應(yīng)的變化的所述多個圖像中識別出至少一個像素，由此識別出所述第一核點(diǎn)像素。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述參考點(diǎn)為第三發(fā)光裝置。
16. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中由所述第二發(fā)光裝置發(fā)出的 光的亮度按照預(yù)定序列改變。
17. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第二發(fā)光裝置按照二進(jìn) 制圖案改變。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述第一發(fā)光裝置的輸出按 照第一二進(jìn)制圖案改變，并且與所述第二成像裝置協(xié)同定位的所述發(fā) 光裝置的輸出根據(jù)第二二進(jìn)制圖案改變。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述第二二進(jìn)制圖案為所述 第二二進(jìn)制圖案的非循環(huán)排列。
20. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述第 一和第二二進(jìn)制圖案 彼此同步。
21. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述參考點(diǎn)包括具有根據(jù)第 三二進(jìn)制圖案改變的輸出的第三發(fā)光裝置。
22. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述第 一和第二成像裝置是 第一和第二配有數(shù)字照相機(jī)的無線設(shè)備，所述發(fā)光裝置為可見光發(fā)光 二極管，并且所述第一和第二二進(jìn)制圖案為不同步的八比特二進(jìn)制圖 案。
23. —種計算機(jī)可讀介質(zhì)，該介質(zhì)包含用于執(zhí)行以下操作的指令 使用第 一成像設(shè)備獲取第 一圖像，所述第 一成像設(shè)備與第 一發(fā)光裝置基本上協(xié)同定位，并且與信息處理單元操作性地鏈接；使用第二成像設(shè)備獲取第二圖像，所述第二成像設(shè)備與第二發(fā)光裝置基本上協(xié)同定位，并且與所述信息處理單元操作性地鏈接；在所述第一圖像中識別出與參考點(diǎn)對應(yīng)的第 一參考像素、以及與和所述第二成像設(shè)備協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第一核點(diǎn)像素； 在所述第二圖像中識別出與所述參考點(diǎn)對應(yīng)的第二參考像素、以及與和所述第 一成像設(shè)備協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第二核點(diǎn)像素；將所述參考像素和所述核點(diǎn)像素的位置傳送給所述信息處理單元；并且使用所述信息處理單元、所述參考像素和所述核點(diǎn)像素確定所述定位。
24. 如權(quán)利要求23所述的計算機(jī)可讀介質(zhì)，還包含用于執(zhí)行以下 步驟的指令按照預(yù)定序列改變所述第二發(fā)光裝置的輸出； 用所述第 一成像設(shè)備獲得多個圖像；在具有與所述預(yù)定序列相對應(yīng)的變化的所述多個圖像中識別出 至少一個像素，由此識別出所述第一核點(diǎn)像素。
25. —種計算設(shè)備，它包括一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，該介質(zhì)包含用于執(zhí)行以下操作的指令使用第 一成像設(shè)備獲取第 一圖像，所述第 一成像設(shè)備與第 一發(fā)光 裝置基本上協(xié)同定位，并且與信息處理單元操作性地鏈接；使用第二成像設(shè)備獲取第 一圖像，所述第二成像設(shè)備與第二發(fā)光 裝置基本上協(xié)同定位，并且與所述信息處理單元操作性地鏈接；在所述第一圖像中識別出與所述參考點(diǎn)對應(yīng)的第一參考^^素、以 及與和所述第二成像設(shè)備協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第 一核點(diǎn) 像素；在所迷第二圖像中識別出與所述參考點(diǎn)對應(yīng)的第二參考像素、以 及與和所述第 一成像設(shè)備協(xié)同定位的所述發(fā)光裝置對應(yīng)的第二核點(diǎn) 像素； 將所述參考像素和所述核點(diǎn)像素的位置傳送給所述信息處理單元；并且使用所述信息處理單元、所述參考像素和所述核點(diǎn)像素確定所述定位。
26.如權(quán)利要求25所述的計算裝置，還包括用于執(zhí)行以下操作的指令按照預(yù)定序列改變所述第二發(fā)光裝置的輸出； 用所述第 一成像設(shè)備獲取多個圖像；在具有與所述預(yù)定序列相對應(yīng)的變化的所述多個圖像中識別出 至少一個像素，由此識別出所述第一核點(diǎn)像素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用由成像設(shè)備所拍攝的圖像來確定在網(wǎng)絡(luò)中的成像設(shè)備的位置的系統(tǒng)和方法。通過使每個設(shè)備檢查由其照相機(jī)拍攝的圖像來獲得配備有照相機(jī)的通信裝置網(wǎng)絡(luò)的相對位置和朝向。這些設(shè)備還配備有可控光源，它們能夠按照預(yù)定的方式變化其輸出。在圖像中找到該變化，并且使用該變化來識別出視野中的設(shè)備，并且定義與視野中的其它成像設(shè)備相關(guān)的核點(diǎn)。還識別出圖像中的共同參考點(diǎn)。這些成像設(shè)備然后彼此交換核點(diǎn)和共同參考點(diǎn)的詳情，并且使用它們來獲得其相對位置和朝向。
文檔編號G06K9/00GK101180634SQ200680017415
公開日2008年5月14日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者卡米羅·J.·泰勒 申請人:賓夕法尼亞州大學(xué)理事會