专利名称：基于rf id和低分辨率ccd传感器的定位系统的制作方法
背景技术：
(1)发明领域本发明涉及用于电梯和其他运输工具的低成本和高性能的绝对定位参考的系统和方法。更加具体而言，本发明涉及结合RF ID检测技术和CCD图像处理以精确地估计可移动平台的位置的系统。
(2)相关技术描述定位参考系统(PRS)是电梯控制系统的一个组件，它对可移动平台、特别是对起卸口中的电梯车厢提供快速精确的位置测量。传统的光电梯定位参考系统(PRS)显示出多个属性，这些属性使得该系统不能最佳地操作。
使用PRS的一种方法包括使用编码条带，该编码条带是通过沿条带长度切割的双轨道开口定义的。编码条带横越起卸口的整个纵向长度。安装在电梯车厢上包括光发射器和接收器的光传感器从编码条带中读取二进制编码信息，并且使读数与起卸口中电梯车厢的实际位置相关。
这个系统的缺点是，起卸口以及编码条带的纵向膨胀可能导致定位误差。这个系统的另一缺点是在起卸口中安装条带涉及高的安装成本。
一种可替换方法包括使用安装在起卸口的墙壁上的反射器，该起卸口具有在反射器上印刷的双轨道的编码码元，用于电梯车厢的定位。由双通道评估子系统检测和评估这些码元，该子系统具有用于照明轨道的光发射器以及用于检测反射图像的电荷耦合设备(CCD)。用于每个通道的图案识别逻辑电路识别图像中的图案并且产生电梯车厢定位信息。
这个系统的缺点是它需要使用用于产生电梯车厢位置的两个CCD照像机一个照像机用于读取楼层粗略位置信息，另一照像机用于精确的定位信息。如果冗余系统必须为正常终端停止设备(NTSD)和紧急终端停止设备(ETSD)提供数据，则得到的系统配置将导致生产成本很高。由于该系统旨在沿起卸口提供线性位置反馈，所以在反射器上白色和黑色图案的编码必须十分精确。十分精确的编码图案使该系统对灰尘和粉尘污染敏感，这些灰尘和粉尘污染可能会弄污编码图案从而导致不精确的车厢位置信息。另一缺点是沿电梯起卸口的路径安装反射器需要巨大的努力。
因此，所需要的是具有安装和维护低成本的高精度定位装置。
发明概述因此，本发明的一个目的是提供用于电梯和其他运输工具的低成本高性能的绝对位置定位的系统和方法。更加具体而言，本发明涉及结合RF ID检测技术和CCD图像处理以精确地估计可移动平台的位置的系统。
根据本发明，一种用于可移动平台的定位系统包括RF读取器，用于从在已知位置定位的至少一个RF标签接收编码数据；至少一个光设备，用于捕获在已知位置定位的可视信号的图像；用于解码所述编码数据的装置；用于处理所述捕获图像以确定所述可视信号的位置的装置；以及用于组合所述解码数据和所述检测的可视信号以计算所述可移动平台的位置的装置。
另外，根据本发明，一种用于确定位置的方法包括以下步骤在固定位置上提供多个RF标签；在固定位置上提供多个可视标记；将RF读取器附着于可移动平台，将光设备附着于所述可移动平台；使用所述RF读取器以从所述多个RF标签之一接收编码信息；利用所述光设备成像所述多个可视标记的至少一个以产生图像；对所述图像执行图像处理以识别在所述图像中可视信号的位置；以及组合所述可视信号的所述位置与所述编码信息以确定所述可移动平台的位置。
附图简述
图1示意性说明了本发明的RFID/CCD电梯定位系统。
图2详细描述了本发明的光设备和可视标记。
图3a是本发明的理想化一维图像的像素值图。
图3b是本发明的典型一维图像的像素值图。
图4是在本发明的图像处理期间执行的步骤的框图。
优选实施例详述本发明着重于结合RF技术和可视图像处理以精确地定位电梯车厢的位置的定位方案。在一个优选实施例中，用位置信息编码的多个RF标签位于顺电梯起卸口排列的门口上以及门口附近的已知位置上。当电梯靠近RF标签时，由附着在电梯上的RF读取器来读取编码信息以便确定电梯的楼层位置。在确定电梯的楼层位置之后，可视标记、优选地为附着于起卸口门框的精确已知位置上的水平线被进行视觉上的扫描。扫描信息被进行图像处理以提供电梯的精确位置信息。
参考图1示出了本发明的PRS1的主要组件。多个射频(RF)标签21被附着在起卸口的门框13上，编码这些射频(RF)标签以表示楼层信息和车厢状态信息。靠近附着在RF标签21上、优选地附着在RF标签21一侧的是多个白色或彩色的可视标记，它们在门框13上间隔放置。在操作中，安装在电梯车厢29上的RF读取器19沿行进路径在电梯车厢的移动方向读取RF标签21。由RF读取器19检测接近某一楼层的车厢29的近似位置。近似位置和运动方向给出状态信息，例如车厢进入一楼层、车厢进入起落区或车厢离开该楼层。基于车厢状态数据，由安装在电梯车厢29上的光设备17、优选地为CCD检测器提供精确的位置。使用光设备17的成像平面上的可视标记23的图像位移来计算车厢位置。
RF标签21是不需要电源的无源转发器。当RF读取器19在RF标签21上经过时，RF读取器19对RF标签21远程充电。一旦RF标签21被充电，RF标签21的标识被发送到RF读取器19。在车厢状态和楼层号的数据被传送到RF读取器19之后，微处理器27组合该数据和由光设备所获得的可视反射器23位置信息，如下面更加全面描述的。
参考图2，更加详细地说明了光设备17和可视标记23的交互作用。可视标记23是引入了可视信号31的任何配置，该可视信号31的精确位置可以被确定并且它可以被光设备17捕获为图像。在一个优选实施例中，可视信号31是其位置已经被精确确定的水平线。可视标记23优选地被放置以便当表示特定楼层的一个或多个RF标签23在由RF读取器19读取的范围内时该可视标记23便落入光设备17的视场11内。实际上，可视信号31可以是任何可视标记，其具有能被精确地成像的一个特征或多个特征。在所示的实施例中，可视信号31包括具有由宽度w分离的两个边缘的水平线。包含由光设备捕获的可视信号31的可视标记23的图像是一维或二维的。在可视信号31对一维扫描敏感的情况下，光设备17可以被选择以产生通过沿扫描轴42在视觉上扫描可视标记31而形成的一维图像。在另一实施例中，光设备17被选择以产生通过横跨二维平面在视觉上扫描可视标记31而形成的二维图像。
在一维图像的情况下，由可视信号31形成的图像是包括图元或像素的一维阵列，该图元或像素具有与由光设备17记录的反射光的强度相关的值。参考图3a，示出了理论像素值的图，在如图2所示的可视信号31被成像之后该像素值被光设备17记录，其中x轴对应扫描轴42。当沿扫描轴42行进时，在y轴上测量的每个像素的强度理想地为零直到到达可视信号31的边缘。在到达第一边缘之后，像素的强度增加到有限值并且保持通常平稳的强度直到突然下降回到零。在本例子中，可视信号31的宽度w正好为三个像素。另外，可视信号31的第一边缘位于距扫描轴42的顶端距离为p。在这个理想化的例子中，距离p是单个像素宽度的整数倍。
一旦从图像中精确地推断出距离p，则可能计算电梯车厢的精确位置。当电梯车厢29沿起卸口移动时，在光设备17和门框13之间的横向距离通常为常数，其中可视标记23被安装在该门框13上。因此，可能校准光设备17以便将由光设备17捕获的图像中的每个像素位置映射到位于一个平面上的物理位置，该平面位于一基本上等于光设备17和门框13之间距离的距离处。
在安装时，每个可视标记23的精确位置被记录且存储在存储器设备41中。存储器设备41可以是能够存储和检索数字数据的任何媒体类型。
图3a描述了可视信号31的图像的理论理想情况。在这种例子中，可视信号31的边缘精确地落在距扫描轴42边缘的整数倍像素处。在这种情况下，可能精确地确定距离p以及因此确定可视信号31的位置。然而实际上，包括一维图像的像素值的图更加接近地类似于图3b的图。注意，没有清楚地限定可视信号31边缘的开始。而是在宽度w的每一侧的像素接近但不精确地接近零，并且宽度w之间的像素显示衰减的高斯特性。
在这种情况下，仍可能确定第一边缘的位置以及因此确定距离p。在现有技术中存在许多已知的卷积以及线性和非线性成像技术，用于检测图像的边缘。统称为子像素分辨率算法的这些技术的一个优点是有能力以子像素分辨率检测边缘和其他特性。例如，如果图像中的单像素对应可视标记23上的0.01英寸，则子像素图像处理能够推断边缘的位置到0.001英寸。执行子像素处理的能力考虑了使用相对粗制(crude)的成像装置，从该成像装置中能够推断精确的位置信息。
用于解码来自光设备(优选地CCD传感器)的图像的步骤是通过图4解释的信号处理单元51来完成。信号处理单元51优选地在微处理器27上运行并且采用专用硬件的形式或者实现为在微处理器27上运行的软件。使用被置入微处理器中的子像素分辨率算法处理所捕获的可视标记23的图像。使用在光设备的视场11内的可视标记23的像素强度分布确定车厢位置。可视标记23的中心或其他限定的特征被计算并且与由光设备所获得的图像的中心相比较。两个位置之间的差值给出了在一个楼层上车厢的相对位置。正如所提到的，子像素图像处理算法允许使用用于车厢定位的廉价低分辨率CCD传感器。子像素算法使用可视标记31的期望图像特征的数学模型，其被计算并且存储在存储器设备41中以增强CCD传感器的物理分辨率，例如具有所需PRS精度的从1×256像素到1×2048像素。可替换地，子像素处理可以利用在现有技术中已知的卷积、以及线性和非线性成像技术，用于检测图像中的边缘以类似地增强CCD传感器的物理分辨率。
使用位于靠近可视标记23的光束阵列可以改进可视标记23的照明。照明源33被安装在固定的结构上，例如门框或者安装在移动结构上，例如电梯桥厢。以这样方式，由光设备23捕获的图像沿移动路径具有恒定的品质。红外或紫外光也可以被用于光源以照明可视标记23。在有烟的情况下，远红外线或紫外光源33给出了更好的透射能力。
本发明的优点是，显著地减少了PRS的成本，因为沿起卸口安装的所有可视标记23可以是单色，并且如果期望的话，可以是单图案。假定红外或紫外敏感CCD传感器被用于PRS，则可以利用与可见光源不发生干扰的红外或紫外光照射可视标记23。
在一个优选实施例中，通过确定每个可视标记23的精确位置校准PRS，并且每个位置被存储在存储器设备41中。存储器设备41的内容对微处理器27是可访问的。结果，即使如果停电或者系统复位，本发明也能够识别其位置。特别地，RF读取器19接收来自附近RF标签21的编码信息并且将信息传送到微处理器27。基于编码的信息，微处理器从存储器设备41检索过程位置信息。随后，光设备15成像可视标记23和可视信号31以产生一维或两维图像。图像被转送到微处理器27，在那里执行图像处理，优选地执行子像素处理以精确地确定可视标记31的位置以及计算电梯车厢29的精确位置。
本领域普通技术人员应该清楚的是，用于射频识别(RFID)的其他方法和设备处于本发明的范围内，该设备例如是在唯一频率上谐振或无源地调制传输信号的无源标签。类似地，在电磁频谱的可见光部分之外操作的照明源33、反射器和照像机被类似地预见。
显而易见的是，根据本发明已提供一种结合RF ID检测技术和CCD图像处理以精确地估计可移动平台的位置的系统，该系统完全满足在此先前阐述的目的、手段和优点。尽管在本发明特定实施例的上下文中已经描述了本发明，但是其他替换方案、修改和变化对于阅读了前面说明书的本领域技术人员将变得显而易见。因此，本发明旨在包括属于附加权利要求的宽范围内的那些替换方案、修改和变化。
权利要求
1.一种用于可移动平台的定位系统，包括RF读取器，用于从在已知位置定位的至少一个RF标签接收编码数据；至少一个光设备，用于捕获在已知位置定位的可视信号的图像；用于解码所述编码数据的装置；用于处理所述捕获图像以确定所述可视信号的位置的装置；以及用于组合所述解码数据和所述检测的可视信号以计算所述可移动平台的位置的装置。
2.根据权利要求1的装置，其中所述RF读取器和所述光设备被附着在可移动平台上。
3.根据权利要求2的装置，其中所述可移动平台是电梯。
4.根据权利要求1的装置，其中所述图像是一维图像。
5.根据权利要求1的装置，其中所述图像是二维图像。
6.根据权利要求1的装置，另外包括存储器设备，在该存储器设备上存储所述至少一个RF标签的每一个以及所述至少一个可视标记的每一个的位置信息。
7.根据权利要求1的装置，另外包括照明源。
8.根据权利要求7的装置，其中所述照明源包括红外光源并且所述光设备是红外照像机。
9.根据权利要求7的装置，其中所述照明源包括紫外光源并且所述光设备是紫外照像机。
10.根据权利要求1的装置，其中所述可视信号是水平线。
11.根据权利要求1的装置，其中用于处理所述捕获图像的所述装置包括用于执行子像素图像处理的装置。
12.一种用于确定位置的方法，包括以下步骤在固定位置上提供多个RF标签；在固定位置上提供多个可视标记；将RF读取器附着于可移动平台上；将光设备附着于所述可移动平台上；使用所述RF读取器以从所述多个RF标签之一接收编码信息；利用所述光设备成像所述多个可视标记的至少一个以产生图像；对所述图像执行图像处理以识别在所述图像中可视信号的位置；以及组合所述可视信号的所述位置与所述编码信息以确定所述可移动平台的位置。
13.根据权利要求12的方法，其中所述可移动平台是电梯。
14.根据权利要求12的方法，其中执行所述图像处理包括执行子像素图像处理。
15.根据权利要求12的方法，其中成像所述多个可视标记的所述至少一个包括捕获一维图像。
16.根据权利要求12的方法，其中成像所述多个可视标记的所述至少一个包括捕获二维图像。
17.根据权利要求12的方法，包括以下步骤将所述多个可视标记的所述固定位置存储在存储器设备中；使用所述接收的编码信息检索所述多个可视标记的所述固定位置的至少一个；以及比较所检测的至少一个所述固定位置与所述可视信号的所述位置以确定所述可移动平台的所述位置。
全文摘要
用于测量可移动平台的位置的装置和方法，包括利用位于已知位置的位置信息编码的多个RFID标签以及位于精确已知位置的多个可视标记。附着于可移动平台上的RF读取器读取RFID标签以确定平台的近似位置。附着于可移动平台上的照像机装置扫描可视标记。扫描的图像被处理以提供平台的精确位置信息。
文档编号B66B1/34GK1878714SQ200380110649
公开日2006年12月13日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者P·康, J·-H·区, A·M·芬, P·-Y·彭, N·A·M·霍茨曼 申请人:奥蒂斯电梯公司