Visible light positioning using a camera

Abstract

This dissertation focuses on the development of an indoor positioning system using a camera. The proposed system uses the camera as the only sensor, calculating its position in a room with properly modulated LED light fixtures. An initial investigation on the current technological advancements on positioning systems is performed. Moreover, light-based positioning systems are explored and the usage of a camera in such a context is explained and discussed. After that, the working principles of a camera are presented and the possibility of using this type of sensor to perform indoor location is developed. Since the application requires it, a method of transmitting data from the light fixtures to the camera is also discussed. Going further, the camera geometrical model is explained, in order to clarify the mathematical principles required to perform the positioning calculation. After that, a MATLAB script is developed, in order to produce simulated photographs. After this, another simulation was developed, with the objective of studying the impact of errors in the final position estimation in such a system. The program structure is presented and the results are discussed. Finally, the complete system is implemented. After an explanation, the final experimental positioning errors are presented and discussed.

Esta dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de posicionamento em espaços interiores através de uma câmara. O sistema proposto utiliza a câmara como o único sensor, obtendo a sua posição numa sala com luminárias LED devidamente moduladas. O trabalho começa com uma investigação inicial das tecnologias atualmente existentes em sistemas de posicionamento. Para além disso, sistemas de posicionamento baseados em luz são explorados e a utilização da câmara neste contexto é explicada e discutida. De seguida, o princípio the funcionamento de uma câmara é apresentado e a possibilidade de utilizar um sensor deste tipo para localização em espaços interiores é desenvolvida. Tendo em conta que é necessário nesta situação, um método de comunicação das luminárias para a câmara é ainda discutido. Seguidamente, o modelo geométrico da câmara é explicado, por forma a clarificar os princípios matemáticos necessários para os cálculos de posicionamento. Na sequência, um script MATLAB é desenvolvido, com o objetivo de produzir fotografias simuladas. De seguida, outra simulação foi desenvolvida, com o objetivo de estudar o impacto de erros na estimativa final da posição num sistema deste tipo. A estrutura do programa é apresentada e os resultados são discutidos. Por fim, o sistema completo é implementado. Após uma explicação deste, os erros finais de posicionamento experimentais são apresentados e discutidos.