[發明專利]一種基于可見光通信的單目定位方法及其系統

在審

• 申請號: 201710699999.7
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107395279A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 關偉鵬;彭淇;吳玉香;謝燦宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04W4/02;H04W4/04;G01S5/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于可見光通信的單目定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1、在三盞LED中，每盞LED發射端的信源發出不同頻率的方波作為不同LED的ID信息，經過FDMA調制模塊后輸入LED驅動電路使能端，控制LED以不同頻率亮滅；

步驟2、接收端經過攝像頭捕捉三盞LED發出的光信號，在圖像傳感器上得到三盞LED帶有條紋的圖像；

步驟3、智能移動設備在圖像傳感器得到三盞LED帶有條紋的圖像后，由卷簾效應得到對應的LED的ID信息，在檢測到三盞LED后，再通過距離的幾何關系分別計算三盞LED與接收端的距離，最后計算得到接收端的坐標，實現精確定位。

2.根據權利要求1所述的一種基于可見光通信的單目定位方法，其特征在于，所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟11、每盞LED發射端的信源產生不同頻率的方波作為不同LED的ID信息；

步驟12、在FDMA調制模塊中，DFT模塊、子載波映射模塊和IDFT模塊實現對原信號的插值，將原信號調制到不同的頻段上；調制后的信號通過加循環前綴模塊對信號進行加循環前綴，再經過數-模轉換模塊將數字信號轉換為模擬信號后輸入LED驅動電路來控制LED以不同的頻率亮滅。

所述步驟2具體包括以下步驟：

步驟21、三盞LED發射的光信號到達接收端的攝像頭處；

步驟22、三盞LED的光信號經過攝像頭的透鏡，聚焦于圖像傳感器上，獲得三個帶有條紋信息的LED圖像。

3.根據權利要求1所述的一種基于可見光通信的單目定位方法，其特征在于：所述步驟2與步驟3中的圖像傳感器為CMOS圖像傳感器，其通過逐行掃描的方式來處理LED圖像中每一行的像素，整合一幀圖像的時間從圖像傳感器的第一行像素復位曝光開始，到最后一行像素讀出結束，在這個階段里，LED快速亮滅在圖像上產生亮暗的條紋，形成LED帶有條紋的像。

4.根據權利要求1所述的一種基于可見光通信的單目定位方法，其特征在于，所述步驟3具體包括以下步驟：

步驟31、利用卷簾效應對LED帶有條紋的圖像的明暗條紋進行解碼，得到對應的LED的ID信息：對圖像中每一行的像素采用二階多項式擬合，所獲得的每一幅圖像先進行0-255階的灰度值轉換，然后將每一行像素單元表示為(p_i,b_i)，其中，p_i為該行第i個像素，b_i為第i個像素的灰度值，通過設置閾值獲取二階多項式擬合曲線與灰度值曲線間的截取區域，獲得一組灰度值y_i，將這些灰度值按升序排列好，選擇20％時的值；當檢測的為暗條紋時，所選取的灰度值將會接近于0；當檢測的為亮條紋時，所選取的灰度值將會遠大于0；進而獲得一個列矩陣的灰度值來進行解碼；對于所獲得的一個列矩陣的灰度值其明暗條紋的消光比不會太高，從而大大限制了傳輸的距離以及抗背景光的干擾能力，因此，通過直方圖均衡將圖像的像素變換為均勻分布在256階灰度級來增強明暗條紋間的消光比，再利用索貝爾濾波器來進一步增強消光比，最后，使用三階多項式擬合來設置一個合適的灰度閾值檢測來還原編碼的ID信息，從而獲得LED的ID信息；

步驟32、在獲得LED的ID信息后，需要通過距離的幾何關系計算三盞LED與接收端的距離，最后計算得到接收端的坐標，實現精確定位：用A、B、C分別代表三盞LED，三盞LED的位置分別為：LEDA(x₁,y₁,z₁)，LEDB(x₂,y₂,z₂)，LEDC(x₃,y₃,z₃)，其中z₁＝z₂＝z₃；接收端的位置為(x,y,z)，LEDA到地面的垂直距離z₁＝H+z，H為LEDA到接收端位置的垂直高度，因此有z₁＝z₂＝z₃＝H+z，z-z_k＝-H，其中k＝1,2,3；

攝像頭的透鏡的中心用P點表示，P點與三盞LED的距離分別為d₁、d₂和d₃，透鏡焦距為f，在圖像傳感器的平面上，三盞LED圖像的中心和圖像傳感器中心的距離為i_k,k＝1,2,3；i_k的大小通過像素坐標系和圖像坐標系的轉換求得；通過相似三角形原理即可計算得到接收端的坐標，實現精確定位。