Die Theorie der optischen Positionierung besagt, dass durch die Messung der Entfernung der Standort bestimmt werden kann. Sichtbares Licht, Infrarotlicht, Laser und andere Lichtquellen, die die Entfernung zwischen Lichtquelle und Empfänger messen können, können ebenfalls zur Positionierung genutzt werden. Sie finden in der Praxis vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.

Sichtbare Lichtpositionierungstechnologie

Die Visible Light Communication Technology (VLC) ermöglicht die Übertragung von Informationen über das Internet. Die Light Fidelity-Technologie nutzt grundsätzlich alle Arten von sichtbarem Licht als Signalquelle. Der Controller schaltet das Licht ein und aus, um die Kommunikation zwischen Lichtquelle und Endgerät zu steuern. Weit verbreitet ist die Visible Light Positioning Technology auf Basis von LEDs:

• LED-ID-Positionierungsmethode
• TOF (Time of Flight)-Positionierungsmethode
• RSSI-Positionierungsmethode (Received Signal Strength Indication)

Die LED-ID-Positionierungsmethode weist jeder LED eine feste ID zu. Anschließend ermittelt der Empfänger seine Position anhand der ID-Informationen im Signal. Die Genauigkeit dieser Positionsbestimmungsmethode hängt hauptsächlich von der Anordnung der LEDs ab. Eine Erhöhung der LED-Anzahl kann die Genauigkeit effektiv steigern, erhöht aber auch die Komplexität des entsprechenden Algorithmus. Sie kann zur Anwesenheitsortung eingesetzt werden, beispielsweise um zu überprüfen, ob sich ein Empfänger in einem Raum befindet.

Die TOF-Ortungsmethode nutzt LED-Zeitinformationen, die an einen Empfänger gesendet werden. Die Zeitdifferenz ermöglicht die Messung der Entfernung, die dann mithilfe von Triangulation und anderen Methoden zur Positionierung erfolgt. Die Hauptschwierigkeit dieser Methode besteht darin, dass die Chronometer von Sender und Empfänger genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Die Genauigkeit kann im Zentimeterbereich liegen.

Die RSSI-Positionierungsmethode misst den Abstand zwischen Erfassungspunkt und LED anhand der empfangenen Signalstärke. Sie ermöglicht eine präzisere Positionierung ohne die Notwendigkeit von Sender- und Empfänger-Chronometern. Sie ist einfach aufgebaut und leicht zu realisieren. Sie ist eine weit verbreitete Methode zur Positionierung mit sichtbarem Licht in Innenräumen.

Das Hauptproblem bei der Positionierung mit sichtbarem Licht besteht darin, dass das Licht leicht blockiert werden kann und es in der praktischen Anwendung viele Einschränkungen gibt.

Infrarot-Positionierungstechnologie

Es gibt zwei Arten von Infrarot-Positionierungstechnologien:

Die erste besteht darin, dass das zu lokalisierende Ziel einen IR-Locator verwendet, der einen modulierten Infrarotstrahl aussendet. Der Infrarotstrahl wird von einem im Raum installierten Positionierungssensor empfangen.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, den zu messenden Raum mit mehreren Paaren von Sendern und Empfängern abzudecken. Die Sender und Empfänger weben ein Infrarotnetz, um ein bewegliches Ziel zu lokalisieren.

Derzeit eignet es sich nur für die genaue Positionierung und Aufzeichnung der Flugbahn einfacher Objekte im Labor und die Verfolgung selbstfahrender Roboter in Innenräumen.

Computervisuelle Positionierung

Das visuelle Positionierungssystem lässt sich in zwei Kategorien unterteilen. Eine besteht darin, die Position des Sensors durch die Erfassung von Bildern beweglicher Sensoren zu bestimmen. Basierend auf der Auswahl verschiedener Referenzpunkte kann es in die Referenzierung eines 3D-Gebäudemodells, eines Bildes, eines vorab bereitgestellten Ziels, einer Zielprojektion, der Referenzierung anderer Sensoren und keiner Referenz unterteilt werden, was als SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) bezeichnet wird. Es kann auch verwendet werden, um die Position eines Ziels in einem Bild mit einem Sensor mit fester Position zu bestimmen.

Die Referenzierung von 3D-Gebäudemodellen und -bildern bedeutet deren Abgleich mit der vorhandenen Gebäudestrukturdatenbank und vorkalibrierten Bildern. Zur Verbesserung der Robustheit wird bei der Referenzierung des vorinstallierten Ziels ein spezielles Bildzeichen (z. B. ein QR-Code) als Referenzpunkt verwendet. Die Referenzierung des Projektionsziels dient der Projektion des Referenzpunkts in die Innenumgebung basierend auf der Referenz des vorinstallierten Ziels. Die Referenzierung anderer Sensoren ermöglicht die Kombination anderer Sensordaten, um Genauigkeit, Abdeckung oder Robustheit zu verbessern.

Die andere Kategorie besteht darin, die Bilderkennung zu verwenden, um die Echtzeit-Bildinformationen mit der Datenbank zu vergleichen und dann eine Positionierung durchzuführen. Der Nachteil besteht darin, dass die Bildverarbeitung zeitaufwändig ist und eine schlechte Echtzeitleistung aufweist.

Die SLAM-Technologie wird häufig beim autonomen Fahren und bei der Robotersteuerung eingesetzt.

Vorteile der Infrarot-Positionierung

• Relativ hohe Genauigkeit
• Bewegliches Ziel orten

Nachteile der Infrarot-Positionierung

• Kurze Übertragungsdistanz
• Schlechte Durchdringungsfähigkeit
• Komplexes Layout
• Hohe Kosten

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