基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制方法及装置与流程

本发明涉及机器视觉领域，尤其涉及基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制方法及装置。

背景技术：

1、随着智能照明的发展，用户对多设备协同动态光效的需求日益增长，希望在家庭、商业展示等场景中实现光线沿空间连续流动、色彩按区域渐变扩散等效果。然而，现有智能照明系统在多设备控制方面通常采用群组控制或简单时序同步方式，系统并不感知各灯具之间的实际空间位置关系，所有设备往往同时闪烁或随机闪烁，光效在空间上割裂，无法实现连续的空间视觉效果。

2、在空间位置获取方面，现有方案多依赖人工现场测量或专用测量设备，部署效率低、成本高，且灯具位置变动后需重新标定。部分方案允许用户在平面图上手动拖拽设备图标，但无法精确到发光单元颗粒度，操作门槛高、误差较大。可见光通信定位方案通常是由移动终端拍摄led闪烁信号，解码灯具预先广播的位置信息，再据此计算移动终端自身位置，其目标是定位手机而非灯具，无法直接获取多个灯具及发光单元在统一空间中的三维位置。

3、综上，现有技术难以快速、低成本地获取各发光单元的三维空间位置，导致动态光效无法按实际空间关系精准协同呈现，用户体验受限。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制方法及装置，旨在解决现有智能灯具空间定位与协同控制多依赖人工标定或专用测量设备，部署效率低、成本高，难以快速获取各发光单元在统一空间中的三维位置，导致动态光效无法按实际空间关系精准协同呈现且用户体验受限的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制方法，所述智能灯具具有至少一个发光单元，包括：

3、控制多个智能灯具以可相互区分的方式发光；

4、移动终端在空间中移动，采集包含灯具光信号的图像序列，并获取移动终端在统一空间坐标系中的位姿；

5、从图像序列中识别对应各发光单元的光信号，获取其位置信息及区分特征；

6、基于区分特征将不同图像中的光信号匹配至同一发光单元，并根据同一发光单元在至少两幅图像中的位置信息及对应位姿，计算该发光单元在所述统一空间坐标系中的三维坐标；

7、根据各发光单元的三维坐标生成空间位置拓扑；

8、根据空间位置拓扑和目标动态光效计算各发光单元的光效控制参数，并发送至对应的智能灯具，以控制各发光单元按照目标动态光效协同发光。

9、进一步的，所述视觉编码闪烁模式包括以下至少之一：不同频率闪烁、流水点亮、分段点亮、颜色编码点亮；不同智能灯具或同一智能灯具的不同发光单元按照各自对应的时间片或频率进行闪烁，以使移动终端根据图像帧中光信号的时间序列匹配发光单元身份。

10、进一步的，所述移动终端在统一空间坐标系中的实时位姿由所述移动终端通过arkit或arcore提供世界追踪能力获取，或由vio/slam线程根据所述移动终端的内置惯性测量单元和摄像头图像计算得到。

11、进一步的，所述计算该发光单元在所述统一空间坐标系中的三维坐标，包括：

12、从所述图像序列中提取同一发光单元在至少两幅图像中的光信号位置信息；

13、获取所述至少两幅图像对应的移动终端位姿；

14、利用多视图几何三角测量，计算所述发光单元在所述统一空间坐标系中的三维坐标。

15、进一步的，所述计算该发光单元在所述统一空间坐标系中的三维坐标，还包括：

16、获取所述移动终端与至少一个智能灯具之间的无线测距信息；所述无线测距信息包括蓝牙rssi值、蓝牙到达时间差、双向测距值或uwb测距值中的至少一种；

17、将所述无线测距信息作为距离约束，与所述光信号的位置信息及所述移动终端的位姿进行融合，求解各发光单元的三维坐标。

18、进一步的，所述融合采用扩展卡尔曼滤波、粒子滤波或因子图优化；其中，以所述光信号的重投影误差和所述无线测距信息的测距误差共同构建优化目标；

19、当环境光亮度超过预设阈值或图像中存在反光信号时，根据闪烁频率、颜色编码、光信号轨迹连续性和无线测距范围剔除异常光信号；

20、当部分发光单元被遮挡时，根据同一灯具上已识别发光单元的空间连续性、发光单元间距和拓扑模板插值估计被遮挡发光单元的三维坐标。

21、进一步的，所述空间位置拓扑包括每个发光单元在统一空间坐标系中的坐标，以及同一灯具上发光单元之间的拓扑关系；对于长条形灯带，所述空间位置拓扑通过定位灯带的首端、中段和尾端坐标，拟合出所述灯带在空间中的曲线轨迹。

22、进一步的，所述计算各所述发光单元的光效控制参数，包括：

23、在时刻t获取虚拟发光体的中心坐标p(t)和预设的影响半径r；所述虚拟发光体为在所述统一空间坐标系中生成的具有随时间变化中心坐标的虚拟对象，其运动轨迹根据所述目标动态光效确定；

24、计算各发光单元坐标与p(t)之间的距离d；

25、根据距离d与影响半径r的关系确定各发光单元的颜色和/或亮度权重，其中亮度权重brightness=max(0,1-d/r)。

26、进一步的，在生成所述空间位置拓扑之后，在移动终端的ar界面中显示所述空间位置拓扑，并接收用户对至少一个发光单元或灯具位置的微调操作；将微调后的位置作为后续光效控制的校准参数。

27、本发明还提出了一种基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制装置，其特征在于，包括：

28、多个智能灯具，所述智能灯具具有至少一个发光单元；

29、移动终端，包括摄像头、惯性测量单元和处理器；

30、所述处理器被配置为执行基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制方法。

31、本方法通过移动终端采集按可相互区分的方式发光形成的光信号图像序列，结合终端位姿与区分特征匹配发光单元，利用多视图几何解算三维坐标并生成空间位置拓扑，进而基于该拓扑和目标动态光效计算各发光单元的亮度与颜色控制参数，实现智能灯具快速自动空间标定与精准协同发光，无需专用设备、降低部署成本，提升动态光效沉浸感和空间一致性。

1.一种基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制方法，所述智能灯具具有至少一个发光单元，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述视觉编码闪烁模式包括以下至少之一：不同频率闪烁、流水点亮、分段点亮、颜色编码点亮；不同智能灯具或同一智能灯具的不同发光单元按照各自对应的时间片或频率进行闪烁，以使移动终端根据图像帧中光信号的时间序列匹配发光单元身份。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述移动终端在统一空间坐标系中的实时位姿由所述移动终端通过arkit或arcore提供世界追踪能力获取，或由vio/slam线程根据所述移动终端的内置惯性测量单元和摄像头图像计算得到。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算该发光单元在所述统一空间坐标系中的三维坐标，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算该发光单元在所述统一空间坐标系中的三维坐标，还包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述融合采用扩展卡尔曼滤波、粒子滤波或因子图优化；其中，以所述光信号的重投影误差和所述无线测距信息的测距误差共同构建优化目标；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间位置拓扑包括每个发光单元在统一空间坐标系中的坐标，以及同一灯具上发光单元之间的拓扑关系；对于长条形灯带，所述空间位置拓扑通过定位灯带的首端、中段和尾端坐标，拟合出所述灯带在空间中的曲线轨迹。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在生成所述空间位置拓扑之后，在移动终端的ar界面中显示所述空间位置拓扑，并接收用户对至少一个发光单元或灯具位置的微调操作；将微调后的位置作为后续光效控制的校准参数。

9.一种基于移动终端的智能灯具空间定位及协同控制装置，其特征在于，包括：