基于声波的空间定位系统

基于声波的空间定位系统

这是一种进行声源定位的装置，利用波的特性，可以推知物体的空间位置。根据波的传播特性，来确定未知对象的空间位置的思想在地震研究、无损检测和全球定位系统等方面都有重要应用。

标签：声音；定位；系统

1 方案论证与比较

1.1 声响模块方案选择

在制作过程中，发现动圈式扬声器输出的声音频率并不是完全由控制其通断的方波信号频率决定。经分析这是因为扬声器有谐振腔，其固有频率一般为2-3Khz，由于方波存在和其固有频率相同的信号成分，这个频率的信号就会由于谐振而放大，故由500hz方波控制扬声器发出的声音，其实有很强的非500hz噪音信号。为了解决这个问题，有两种方案可供选择。

1.2 用正弦信号来控制扬声器发出声音

优点：发出的声音为准确的500hz

缺点：方案实施较为复杂。要搭建一个文氏桥电路来产生正弦信号。此外，由于电源小于3V故必须升压或者产生负电源来给运算放大器供电，又由于题目要求功耗要小于200mw，要搭建如此的电路势必要降低扬声器的功耗从而导致声音信号强度的降低，为后续的信号处理带来困难。

1.3 安装谐振腔来使得声源的谐振频率在500Hz左右

通过在扬声器发生处安装一个谐振腔来人为的改变其固有频率来改善声源的质量。

优点：实施简易，并且在同样大的功耗会大大增大声源的振动强度，从而为后续的信号处理带来便利。

缺点：无法使得谐振频率准备的为500hz。

经过分析比较，权衡利弊采用第二种方案。

1.4 音频接收和信号调理模块的论证与选择

通过4个排布成规则长方形的MIC并进行前置放大，经带通滤波器滤除干扰之后送到回滞比较器进行方波整形，再经稳压管稳压后输送给单片机进行采样

基于ZigBee技术的RFID空间定位系统

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2009)09-0102-04 基于ZigBee技术的RFID空间定位系统 房淑芬 (辽宁省铁岭师范高等专科学校,铁岭112001) 摘　要:通过ZigBee mote与RFID reader结合的方式应用随机数定位算法展示了一种低能耗的基于Zigbee技术的R FID空间定位系统,使得对佩带了Zigbee mote的人可以实时进行定位。在本系统中,通过使用基于取样的表示方法,定位算法能够表示任意分布。通过将系统实现的算法与算法原型比较,可以发现在Non-Line-Of-Sight(NLOS)场景下,本算法的定位错误(positioning er-r ors)有明显改进。 关键词:RFI D;ZigBee;空间定位算法 RFID space location system based on ZigBee technology FANG Shu-fen (Tieling Normal C ollege of Liaoning Province,Tieling112001,China) Abstract:This paper presented a low energy cost RFID space location system based on Zigbee technology by using the combination of ZigB ee mote and R FID reader,and random sa mpling algorithm,by which a person holding an Zigbee mote can be located in real time.In this system,by using the representation based on random sa mpling,the location algorithm can represent ar bitrar y distribution.According to the comparison of the algorithm implemented in this system and the prototype algorithm,we it is concluded that the location err ors in this algorithm have been distinctly impr oved under the scenario of Non-Line-Of-Sight(NL OS). Key words:RFID;ZigBee;space location algorithm 0　引言 移动计算设备、无线技术和Inter net的飞速发展,促使人们对位置感知的服务系统越来越感兴趣。在许多应用中,都需要知道一个物体的确切位置。其中,GPS[1]是最著名,也是应用最广泛的定位系统,它被用来对户外移动的物体进行定位。对于室内的定位机制,有红外线[2]、超声波[3]、RFID[4]等等。 上面介绍了三种基于网络的定位机制。它们的共同点是采用固定的接收装置来接收佩带在人或物体上的发射装置发出的信息并将这些信息通过有线网络转发到控制中心。这些机制经常在一些跟踪系统中被采用。 红外线机制为每一个物体附带一个标签,这些标签周期性地通过红外线发射器发射自己的唯一的ID,固定的接收装置接收这些信息并通过有线网络将这些信息传到控制中心,通过这种方式来实现对室内物体的识别、定位。但是,这种机制存在两个缺点,首先它要求发射装置跟接收装置之间的光线不能被阻隔,另外,它要求在一个建筑内布置一个有线的网络以进行数据的传输。 超声波机制与红外线机制的区别就是把红外线换成了超声波。但是,由于目前超声波装置结构比较复杂,使得它的成本过高,目前还很难让大多数用户接受。RFID定位的典型系统是LANDMARC(Location identification based on dynamic active RFID calibra-tion)[4],它使用tags和r eaders来实现定位。这一系统的精确度随着所部署的tag的密度的增加而增加。但是部署太多的ta g是不实际的。 收稿日期:2009-02-10 作者简介:房淑芬(1965-),女,副教授,本科,研究方向为电子测量技术。 — 102 —

基于声波的空间定位系统

基于声波的空间定位系统 这是一种进行声源定位的装置，利用波的特性，可以推知物体的空间位置。根据波的传播特性，来确定未知对象的空间位置的思想在地震研究、无损检测和全球定位系统等方面都有重要应用。 标签：声音；定位；系统 1 方案论证与比较 1.1 声响模块方案选择 在制作过程中，发现动圈式扬声器输出的声音频率并不是完全由控制其通断的方波信号频率决定。经分析这是因为扬声器有谐振腔，其固有频率一般为2-3Khz，由于方波存在和其固有频率相同的信号成分，这个频率的信号就会由于谐振而放大，故由500hz方波控制扬声器发出的声音，其实有很强的非500hz噪音信号。为了解决这个问题，有两种方案可供选择。 1.2 用正弦信号来控制扬声器发出声音 优点：发出的声音为准确的500hz 缺点：方案实施较为复杂。要搭建一个文氏桥电路来产生正弦信号。此外，由于电源小于3V故必须升压或者产生负电源来给运算放大器供电，又由于题目要求功耗要小于200mw，要搭建如此的电路势必要降低扬声器的功耗从而导致声音信号强度的降低，为后续的信号处理带来困难。 1.3 安装谐振腔来使得声源的谐振频率在500Hz左右 通过在扬声器发生处安装一个谐振腔来人为的改变其固有频率来改善声源的质量。 优点：实施简易，并且在同样大的功耗会大大增大声源的振动强度，从而为后续的信号处理带来便利。 缺点：无法使得谐振频率准备的为500hz。 经过分析比较，权衡利弊采用第二种方案。 1.4 音频接收和信号调理模块的论证与选择 通过4个排布成规则长方形的MIC并进行前置放大，经带通滤波器滤除干扰之后送到回滞比较器进行方波整形，再经稳压管稳压后输送给单片机进行采样

基于双目立体视觉技术的空间定位系统设计与实现

? 178 ? ELECTRONICS WORLD ?技术交流 如今，三维重构技术广泛应用于工业检测、三维测量、虚拟现实等领域。同时双目立体视觉也是计算机视觉的一个重要分支。立体视觉是指从两个不同的角度去观察场景中的同一个物体，来获取不同视角下的二维图像，再运用成像几何原理来计算图像像素之间存在的位置偏差(视差)，从而获取物体的三维信息。本文通过设计一种用于目标空间三维距离、方位信息探测的立体视觉系统及实现方法，根据图像识别结果进而获得目标的三维信息。 一、立体视觉技术概述及应用 1.立体视觉技术概述 立体视觉技术是计算机视觉领域中一个非常活跃的研究热点，它结合了图像处理、计算机视觉、计算图形学以及生物生理学等诸多领域的理论和方法。它通过对多张图像的分析处理来获取物体的三维几何信息，尽可能逼真地实现模仿人类的双目视觉的功能。同时双目立体视觉也是计算机视觉的一个重要分支，即由不同位置的两台或者一台摄像机(CCD)经过移动或旋转拍摄同一幅场景，并通过计算空间点在两幅图像中的视差，获得该点的三维坐标值。 2.本项目研究目的 设计一种用于目标空间三维距离、方位信息探测的立体视觉系统及实现方法。该系统根据双目视觉原理，利用预制三维标定物对图像获取系统的内、外参数进行标定，求出投影变换矩阵，根据图像识别结果运用灰度模板、连续性假设和对极几何约束进行识别目标的特征匹配，进而获得目标的三维信息。 3.该技术当前发展状况 立体视觉技术在国内外科学研究上都有广泛应用。在国外，华盛顿大学与微软公司合作为火星卫星“探测者”号研制了宽基线立体视觉系统，使“探测者”号能够在火星上对其即将跨越的几千米内的地形进行精确的定位导航。国内，维视图像公司采用双目ccd 相机，从工业相机内参标定、镜头畸变标定、立体匹配、特征点分割处理等方面给出了详细的数学模型和算法接口。其双目标定软件ccas 可以实现机器人导航、微操作系统的参数检测、三维测量和虚拟现实等应用。 4.发展趋势 1）探索新的适用于全面立体视觉的计算理论和匹配择有效的匹配准则和算法结构，以解决存在灰度失真，几何畸变（透视，旋转，缩放等），噪声干扰，及遮掩景物的匹配问题； 2）算法向并行化发展，提高速度，减少运算量，增强系统的实用性。 二、双目立体视觉技术的空间定位系统设计与实现 1.本课题技术基础 面对单目视觉系统对物体深度信息不能体现的缺点，通过搭建双目视觉系统平台，从而测量目标物体，该过程主要有包含：摄像机标定、图像预处理、特征点的提取与匹配、三维重建。需要解决的问题具体如下： 1）对图像的采集 现实中利用摄像机获取场景中物体图像都是二维的，它是恢 复物体三维真实信息的基本本源，后续的处理受二维图像获取的好坏所影响。故在一般情况下，获取二维图形要考虑光照强度、摄像机的性能、所拍摄物体特点等因素，这样才能做到采集到的二维图像质量较高，为后续的特征点匹配和三维重构打下基础。可利用L abVIEW 专门为图像的采集所推出的视觉开发包。 2）对图像进行预处理 在外界环境的影响下，图像预处理是机器视觉研究过程中不可或缺的一步。因为在采集图片的过程中会伴随有一些随机噪声，且对图像进行预处理，还可提高图像的质量，剔除多余的信息，达到运用所需标准，便于今后对特征点的提取。 3）提取特征点 特征点反映图像特性是图像的主要特性。特征点在三维场景的重建，识别图像，运动物体的估计等许多方面有着广泛的运用。当前的特征点检测算法主要包含有三种，源于灰度变化的提取算法，源于图像边缘检测的提取算法以及源于模板匹配的提取算法。通过实验研究结果表明，源于灰度变化的特征点提取具有便于区分、稳定、不变形等特点，其通常用于三维重构中能够完好地恢复物体的深度信息。 4）摄像机的标定设计 在对物体进行三维测量与重建的过程中，摄像机的标定是极其重要的一步。该过程是为了确定图像二维坐标与三维坐标间的对应关系。由摄像机的内，外参数所确定，对获取摄像机的内外参数的过程被称为摄像机标定。所获取摄像机的内，外参数精确与否，对匹配与重建的结果具有重大影响。 5）构建立体匹配 立体匹配是三维重构研究和整个视觉系统中极其重要的一步。是通过一定的约束条件来确定出左右摄像机所拍摄两幅图像上特征点之间的对应关系，故其不同于普通的模板匹配，没有具体的参考模板。在实际应用中，由于受到噪声的干扰，摄像机镜头的畸变，被测对象的表面特性所影响，所获取的二维图像并不理想，对于实现准确度较高的立体匹配具有一定困难。 6）实现三维重构 三维重构的根本任务是通过摄像机标定、图像预处理、特征点提取与匹配等工作，继而获得摄像机内，外参数、畸变系数和图像特征点之间的对应关系。最后通过所获得的物体信息，运用三角测量原理将被测物体的深度信息恢复。 2.系统设计与实现 1）选择软件编程平台：优先选择LabVIEW 平台。 选择硬件配置：在硬件上选用微软的USB 摄像头，XBOX360型号。 2）分析结果：分析对基于嵌入式平台的人脸跟踪与识别系统产生误差的因素，结果和系统的经济适用性，获得所需功能。主要步骤分为：对图像的获取、图像预处理、摄像机标定、立体匹配和三维重构。 3.总体方案设计 使用L abVIEW 软件完成对图像的采集与处理以及立体匹 基于双目立体视觉技术的空间定位系统设计与实现 江苏大学 李冠贤 何思铭 费浩雯

一种用于智能空间的多目标跟踪室内定位系统_谷红亮

第30卷 第9期2007年9月 计 算 机 学 报 CH INESE JOURNA L OF COM PU TERS Vo l.30N o.9 Sept.2007 收稿日期:2005-11-12;修改稿收到日期:2007-01-21.本课题得到国家自然科学基金(60672066)和国家 八六三 高技术研究发展计划项目基金(2006AA01Z131)资助.谷红亮,男,1977年生,博士,讲师,研究方向为位置感知计算、嵌入式系统、分布式多媒体.E -mail:hlgu @https://www.wendangku.net/doc/8c18025339.html,.史元春,女,1967年生,教授,博士生导师,研究领域为人机交互、分布式多媒体、普适计算.申瑞民,男,1967年生,教授,博士生导师,研究领域为E -Learning 网络教育技术、多媒体网络协同工作.陈 渝,男,1972年生,博士,讲师,研究方向为嵌入式系统、操作系统. 一种用于智能空间的多目标跟踪室内定位系统 谷红亮1) 史元春2) 申瑞民1) 陈 渝 2) 1)(上海交通大学网络教育学院 上海 200030) 2) (清华大学计算机科学与技术系 北京 100084) 摘 要 定位系统是智能空间位置感知计算的基础部件,它不仅要能较精确定位多目标,而且在方向性、可携带性等方面也要满足要求.文中设计了一种室内定位系统Cicada,该系统基于射频和超声波到达时间差来测量距离,并采用滑窗滤波和卡尔曼滤波的方法计算位置.实验表明它对静止和移动目标都能提供平均5cm 的定位精度,拥有全向型的工作区域,便于携带,具有较好的规模伸缩度以及易部署性,能较全面地满足智能空间定位的需求.关键词 普适计算;位置感知计算;定位系统;扩展卡尔曼滤波;滑窗滤波器中图法分类号T P 391 A Mult-i O bject Tracking Indoor Positioning System for Smart Space GU H ong -Liang 1) SH I Yuan -Chun 2) SH EN Ru-i M in 1) CH EN Yu 2) 1) (Ne tw ork Ed ucation Colleg e ,S hang hai Jiaoton g Univ er sity ,S hang hai 200030) 2) (Dep artment of Comp uter S cience and T echnolog y ,T singh ua Univ er sity ,B eij ing 100084) Abstract T he location sensing sy stem (also called po sitio ning system )is an underlying co mpo -nent for location -aw are computing in Smart Space,w hich not only dem ands the location sensing system to locate m ultiple o bjects w ith desirable precision,but also super im poses the require -m ents,such as dir ectio nal char acteristic and portability etc,on it.This paper presents an indoo r location sensing system,Cicada.This system is based on the T DoA (Time Difference of Arr iv al)betw een radiofrequency and ultraso und to estimate distance,and em plo ys a technolog y integ ra -ting Slide Window Filter and Ex tended Kalman Filter to calculate location.As the ex periments pro ve,Cicada can pro vide the average 5cm location precision both for static objects and for mo bile objects,ow ns a nearly o mn-i directional w orking area r anging from -90degree to +90degree. Besides,it is able to run independently,mini and light so that it is co nvenient to be po rtable and ev en embedded into people s parapher nalia.Further,it is also flex ible in scalability,for neither quantity range nor co nstraint of structure form is demanded on its infrastructur https://www.wendangku.net/doc/8c18025339.html,st,it is fairly facile to be em plo yed,attributing to the w ireless co nnectivity in its infrastructur e.Those advan -tages illuminate that it is able to be co mpetent fo r al-l r ound location sensing requirements of Sm art Space.Keywords pervasive/ubiquitous computing;location -aw are com puting;po sitioning system; ex tended Kalman filter;slide w indow filter