Un système de positionnement intérieur très performant

Curve Light : un système de positionnement intérieur très performant

Un exemple de projection de l’ombre au sol. Remarquez les limites incurvées entre les régions blanches et grises. Elles sont appelées les courbes et les deux zones à côté d’une courbe sont appelées les régions de courbe, de couleur blanche ou grise. Lorsque le store tourne, l’image projetée du store tourne également avec la même vitesse de rotation au sol. En conséquence, le récepteur détecte une séquence de signaux lumineux qui ont deux niveaux d’intensité. Si le récepteur est statique et qu’une zone de courbe grise passe, il verra un intervalle de signaux lumineux de faible intensité. La trace résultante est appelée un arc gris. Une caractéristique principale des courbes est qu’elles sont monotones, en ce sens qu’elles pointent à un plus grand rayon

Ces dernières années, les ingénieurs ont essayé de développer des capteurs et des outils plus efficaces pour surveiller les environnements intérieurs. Servant de base à ces outils, les systèmes de positionnement intérieur déterminent automatiquement la position des objets avec une grande précision et une faible latence, permettant ainsi aux applications Internet des objets (IoT) émergentes, telles que les robots, la conduite autonome, la VR/AR, etc.

Une équipe de chercheurs a récemment créé CurveLight, un système de positionnement de lumière précis et efficace. Leur technologie, décrite dans un article présenté à la conférence SenSys 2021 d’ACM sur les systèmes de capteurs en réseau embarqués, pourrait être utilisée pour améliorer les performances des véhicules autonomes, des robots et d’autres technologies avancées.

« Dans CurveLight, l’émetteur de signal comprend une LED infrarouge, recouverte d’un abat-jour hémisphérique et rotatif », a déclaré à TechXplore Zhimeng Yin, l’un des chercheurs qui a développé le système à la City University of Hong Kong. « Le récepteur détecte les signaux lumineux avec une diode photosensible. Lorsque le store tourne, l’émetteur génère une séquence unique de signaux lumineux pour chaque point de l’espace couvert. »

Les systèmes de positionnement récemment développés peuvent détecter la position d’objets en utilisant des lampes LED comme points de repère (c’est-à-dire en analysant leurs caractéristiques uniques liées à la lumière). Pour faciliter leur déploiement dans le monde réel, certains développeurs n’ont pas limité leur utilisation aux lampes LED, mais ont plutôt conçu les systèmes de manière à collecter des informations spécifiques à la lampe et à les utiliser comme empreinte digitale.

Bien que certains de ces systèmes aient atteint des performances prometteuses, ils nécessitent souvent des ressources de détection et de calcul importantes. De plus, pour bien fonctionner, ces systèmes doivent capturer et analyser en permanence des images, ce qui pourrait constituer un problème de confidentialité pour les utilisateurs.

Curve Light : un système de positionnement intérieur très performant

Le système CurveLight et ses paramètres d’évaluation. Crédit : Yan, Yin & Tan.

« Les solutions existantes mesurent l’intensité lumineuse reçue, calculent les distances entre le récepteur et les émetteurs LED, sur la base du modèle lambertien, et adoptent en outre un positionnement multilatéral pour la localisation », a déclaré Yin. « Généralement, ce type de méthodes de positionnement souffre de l’imprécision du modèle, des bruits environnementaux et de la sensibilité à l’orientation du récepteur. »

Pour surmonter les limitations des systèmes de positionnement existants, certains chercheurs ont suggéré de remplacer les lampes LED par d’autres sources lumineuses, telles que des projecteurs. Par rapport aux lampes LED, cependant, les projecteurs pourraient être plus difficiles à déployer dans le monde réel.

« Par exemple, SpotLight et SmartLight exploitent des projecteurs pour projeter des images changeant dynamiquement dans l’espace. En détectant les modèles de lumière changeants, le récepteur peut calculer son emplacement », a déclaré Yin. « SmartLight rapporte une erreur de 0,1 m, mais le système n’est pas facile à déployer en raison de l’exigence de projecteurs. De plus, la latence de localisation est assez élevée, ce qui le rend inadapté aux applications en temps réel.

Au lieu d’utiliser la lumière, certains systèmes de positionnement utilisent d’autres signaux sans fil, tels que le wi-fi, l’UWB, les ondes sonores, les signaux géomagnétiques et l’identification par radiofréquence (RFID). Les signaux Wi-Fi sont plus faciles d’accès dans les paramètres en temps réel, mais lorsqu’ils sont utilisés pour prédire la position d’objets, ils entraînent souvent une précision et une stabilité moindres. D’un autre côté, les systèmes de positionnement qui utilisent la technologie RFID sont souvent très précis, mais ils peuvent être plus coûteux à mettre en œuvre.

Le nouveau système de positionnement créé par Yin et ses collègues utilise la lumière pour détecter des objets et déterminer leur position. Ses composants comprennent un émetteur basé sur une puce infrarouge (IR), qui est fixée au plafond, avec sa base placée horizontalement.

Curve Light : un système de positionnement intérieur très performant

Crédit : Yan, Yin & Tan.

« La perle LED est de très petite taille (environ 2 mm × 2 mm), elle peut donc être approximativement traitée comme une source lumineuse ponctuelle », a expliqué Yin. « Pour distinguer les signaux lumineux émis de la lumière ambiante, un microcontrôleur (MCU) dans l’émetteur permet à la LED de clignoter à une certaine vitesse. »

L’émetteur utilisé par les chercheurs comprend également un abat-jour hémisphérique qui recouvre la lampe LED, ainsi qu’un moteur qui permet à l’abat-jour de tourner autour de la lampe à une vitesse fixe. Dans le prototype initial du système de l’équipe, le store tourne à une vitesse de 1200 tours par minute (RPM).

« L’ombre se compose de deux types de régions: les régions transparentes et les régions translucides », a déclaré Yin. « Lorsque la LED est allumée, les régions transparentes laissent passer la lumière et créent des régions lumineuses au sol, tandis que les régions translucides absorbent une partie de l’énergie lumineuse et créent des régions grises au sol. Lorsque l’abat-jour tourne, l’abat-jour l’image projetée tourne également avec la même vitesse de rotation sur le sol. En conséquence, le récepteur détecte une séquence de signaux lumineux avec deux niveaux d’intensité pour déterminer de manière unique son emplacement.

Le système de positionnement lumineux créé par Yin et ses collègues présente de nombreux avantages par rapport aux autres systèmes créés dans le passé. Premièrement, il est très précis, avec une précision moyenne de 2 à 3 cm de diamètre dans des environnements intérieurs typiques. Deuxièmement, il a une faible latence, atteignant un taux de mise à jour de 36 Hz en utilisant un seul émetteur.

Le système est également pratique et très facile à mettre en œuvre. Dans le cadre de leur étude, les chercheurs l’ont évalué dans une série de tests et l’ont mis en œuvre dans plusieurs environnements du monde réel, démontrant sa valeur pour améliorer à la fois la conduite autonome et la navigation robotique.







Vidéo montrant la trace de localisation du système des chercheurs embarqué sur un minuscule robot en mouvement. La trajectoire de localisation fluide démontre les performances de localisation précises et à faible latence. Crédit : chercheurs

« Outre les paramètres de laboratoire typiques, nous avons également déployé notre système dans plus de dix environnements réels, y compris la conduite autonome, des robots industriels dans des usines intelligentes, des entrepôts, des mines, etc. », a déclaré Yin. « Dans le document, nous rapportons deux cas d’utilisation, dans lesquels CurveLight a été accepté comme un élément clé de la solution de navigation complète du client. »

À l’avenir, CurveLight pourrait être utilisé par un nombre croissant de roboticiens et de développeurs pour améliorer les performances des robots, des voitures autonomes et d’autres systèmes autonomes. Pendant ce temps, Yin et ses collègues continueront à travailler sur leur système et à évaluer son applicabilité dans d’autres contextes.

« Nous prévoyons maintenant de développer des systèmes de positionnement 3D précis et évolutifs pour servir de nombreuses applications IoT », a ajouté Yin.


DLL : un cadre de localisation basé sur des cartes pour les robots aériens


Plus d’information:
CurveLight : Un système de positionnement intérieur précis et pratique. SenSys’21 : Actes de la 19e conférence ACM sur les systèmes de capteurs en réseau embarqués(2021). DOI : 10.1145/3485730.3485934

© 2021 Réseau Science X

Citation: Curve Light : Un système de positionnement intérieur très performant (2021, 16 décembre) récupéré le 16 décembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-12-highly-indoor-positioning.html

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