阴影在地面上的投影示例。请注意白色和灰色区域之间的弯曲边界。它们被称为曲线，曲线旁边的两个区域被称为曲线区域，颜色为白色或灰色。当阴影旋转时，阴影的投影图像也以相同的旋转速度在地面上旋转。结果，接收器检测到具有两个强度等级的光信号序列th。如果接收器是静态的，一个灰色曲线区域经过，它将看到一个低强度光信号的间隔。产生的轨迹称为灰色弧线。这些曲线的一个主要特征是它们是单一的，因为它们指向更大的半径。近年来，工程师们一直在努力开发更有效的传感器和工具来监控室内环境。作为这些工具的基础，室内定位系统以高精度和低延迟自动确定物体的位置，支持新兴的物联网应用，如机器人、自动驾驶、虚拟现实/增强现实等。一组研究人员最近创建了CurveLight，这是一个精确而高效的光线定位系统。他们的技术在ACM SenSys 2021嵌入式网络传感器系统会议上发表的一篇论文中有所描述，可用于增强自动驾驶汽车、机器人和其他先进技术的性能。
“在CurveLight中，信号发射器包括一个红外LED，由半球形和可旋转的灯罩覆盖，”香港城市大学开发该系统的研究人员之一尹志萌告诉TechXplore。“接收器通过光敏二极管检测光信号。当灯罩旋转时，发射器会为覆盖空间中的每个点产生独特的光信号序列。”
最近开发的定位系统可以使用发光二极管灯作为地标来检测物体的位置(即，通过分析它们独特的光相关特性)。为了使它们更容易在现实环境中部署，一些开发人员没有将它们的使用限制在发光二极管灯上，而是设计了系统，以便他们收集特定于灯的信息，并将其用作指纹。
虽然这些系统中的一些实现了有希望的性能，但是它们通常需要大量的传感和计算资源。此外，为了工作良好，这些系统需要持续捕获和分析图像，这可能是用户的隐私问题。
curve light系统及其评估设置。信用:严、尹、谭。“现有的解决方案基于朗伯模型测量接收到的光强度，计算从接收器到LED发射器的距离，并进一步采用多边定位进行定位，”尹说。“通常，这种定位方法会受到模型不准确、环境噪声和接收器方向敏感性的影响。”
为了克服现有定位系统的局限性，一些研究人员建议用其他光源代替发光二极管灯，如投影仪。然而，与发光二极管灯相比，投影仪在现实世界中可能更难部署。
“例如，SpotLight和SmartLight利用投影仪将动态变化的图像投射到空间中。通过检测变化的光模式，接收器可以计算出它的位置，”尹说。“SmartLight报告的错误为0.1 m，但由于投影仪的要求，该系统不易部署。此外，本地化延迟相当高，因此不适合实时应用。”
一些定位系统不使用光，而是使用其他无线信号，如wi-fi、UWB、声波、地磁信号和射频识别(RFID)。Wi-fi信号在实时环境下更容易获得，但当用于预测物体位置时，它们通常会导致准确性和稳定性较差。另一方面，使用射频识别技术的定位系统通常非常精确，但实施起来可能更昂贵。
尹和他的同事创造的新定位系统利用光来探测物体并确定它们的位置。它的部件包括一个基于红外芯片的发射器，固定在天花板上，底座水平放置。
信用:闫、尹、谭。“LED灯珠的尺寸非常小(约2 mm × 2 mm)，因此可以近似地视为点光源，”尹解释道。为了区分发射的光信号和环境光，发射器中的微控制器让发光二极管以一定的速率闪烁
研究人员使用的发射器还包括一个覆盖发光二极管灯的半球形灯罩，以及一个允许灯罩以固定速度围绕灯旋转的电机。在团队系统的初始原型中，灯罩以每分钟1200转的速度旋转。
“阴影由两种类型的区域组成:透明区域和半透明区域，”尹说。“当LED打开时，透明区域允许光线通过，并在地面上产生明亮的区域，而半透明区域吸收部分光能，并在地面上产生灰色区域。当阴影旋转时，阴影的投影图像也以相同的旋转速度在地面上旋转。因此，接收器检测到一系列具有两个强度等级的光信号，以唯一确定其位置。”
尹和他的同事创造的光定位系统比过去创造的其他系统有许多优点。首先，它的精确度很高，在典型的室内环境中，平均精确度为2–3厘米。其次，它具有低延迟，使用单个发射器实现36 Hz的更新速率。
该系统也很实用，非常容易实现。作为研究的一部分，研究人员在一系列测试中对其进行了评估，并在几个真实世界的环境中实现了它，展示了它在增强自动驾驶和机器人导航方面的价值。
显示嵌入在移动的微型机器人上的研究人员系统的定位轨迹的视频。平滑的定位轨迹展示了精确和低延迟的定位性能。credit:research“除了典型的实验室设置，我们还在十多个真实环境中部署了我们的系统，包括自动驾驶、智能工厂中的工业机器人、仓库、矿山等。，”尹说。“在本文中，我们报告了两个使用案例，其中CurveLight被接受为客户完整导航解决方案的关键部分。”
未来，越来越多的机器人专家和开发人员可以使用CurveLight来提高机器人、自动驾驶汽车和其他自主系统的性能。与此同时，尹和他的同事将继续研究他们的系统，并评估其在其他环境中的适用性。
“我们现在计划开发精确且可扩展的3D定位系统，为众多物联网应用提供服务，”尹补充道。
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