基于二维码的智能手机室内定位方法

摘要

近年来人们随身携带的智能手机由于内置传感器种类的日益丰富，为普适计算提供了多模态的输入，逐渐成为情景感知的理想选择。在情景感知应用中，位置是最主要的情景，而室内定位是其中研究难点。这就要求一个支撑普适计算的基础设施必须具备室内的智能手机的位置感知能力。
　　 本文研究更为廉价易部署的方法，目标为智能手机提供高精度的位置和朝向计算服务。为此，本文主要将二维码技术与智能手机内置多种传感器输入相结合，做了如下工作:
　　 1)以二维码技术为蓝本设计了空间锚点，实现了二维码与智能手机相对距离和相对位置计算;
　　 2)针对在使用手机进行增强现实时存在的标签缺失造成的系统不可用问题，提出了手机姿态辅助以及副摄像头对人脸的捕捉相结合的估计方法;
　　 3)通过解决了自然指向交互中的屏幕位置标定问题，实现了基于手机姿势的“所指即所得”物理指向交互，并通过二维码的引入加强了屏幕标定的适用范围，同时也将设备连接和服务访问更加自然。
　　 二维码的采用主要解决了原先基于无线电信号强度的定位震荡问题，而通过于运动传感器的结合可以克服低锚点部署密度下位置的估计问题。综合上述成果，本课题实现了面向智能手机的位置朝向的高精度的感知，并通过实现基于该基础设施实现了面向智能手机的增强现实与自然指向交互。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 普适计算与智能手机

1．1．2 室内位置感知服务

1．1．3 二维码技术简介

1．2 本文研究内容

1．3 本文组织结构

1．4 本章小结

第2章 二维码与智能手机相结合的基础设施

2．1 方法概述

2．2 二维码锚点

2．3 部署与标定

2．4 本章小结

第3章 基于二维码的智能手机位置朝向计算

3．1 方法概述

3．2 摄像头原理与参数标定

3．2．1 小孔成像原理

3．2．2 畸变向量

3．2．3 旋转和平移

3．2．4 摄像头模型

3．2．5 参数标定

3．3 基于QRCode的主锚点

3．3．1 主锚点的设计

3．3．2 主锚点编码的信息

3．3．3 检测与识别

3．3．4 朝向和位移的计算

3．4 基于微型二维码的副锚点

3．4．1 副锚点的设计

3．4．2 检测与识别

3．4．3 朝向和位移的计算

3．5 位移缩放参数估计

3．5．1 位移计算模型

3．5．2 实验设置

3．5．3 数据分析

3．6 本章小结

第4章 二维码辅助的智能手机增强现实

4．1 研究动机

4．2 站立轴位置的估算

4．2．1 手机姿态辅助的估计

4．2．2 副摄像头抓取人脸

4．3 增强现实系统与交互

4．4 本章小结

第5章 智能手机自然指向交互

5．1 相关工作

5．2 手机指向与屏幕投影

5．3 指向的标定

5．3．1 基于中心位置标定

5．3．2 基于四个角落位置标定

5．3．3 基于拍照的标定

5．4 应用场景介绍

5．5 锚点辅助的交互增强

5．5．1 屏幕标定

5．5．2 设备连接

5．6 本章小节

第6章 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 未来工作

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢