[發明專利]一種基于光流的可見光視覺動態定位方法及系統

有效

• 申請號: 201711130032.3
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107764271B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 吳玉香;關偉鵬;阮映楓;謝燦宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C11/04
• 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

本發明公開了一種基于光流的可見光視覺動態定位方法及系統，通過光流將圖像灰度的變化和二維速度場聯系起來，用光流場反映待測像素點運動的方向和速度，利用圖像的光流場信息，能夠在圖像拍攝較模糊，信號點與背景點信號強度差異較小時，依然能夠較為準確檢測出運動LED信號點，做到高效、快速的對移動中的LED信號進行定位，極大提高了定位的準確度。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，特別涉及一種基于光流的可見光視覺動態定位方法及系統。

背景技術

近年來，被譽為“綠色照明”的半導體照明技術迅速發展。與傳統的白熾燈等照明光源相比，LED具有低功耗、壽命長、尺寸小、綠色環保等優點。與此同時，LED更具有調制性能好、響應靈敏度高等優勢。將信號以人眼無法識別的高頻加載到LED上進行傳輸，進而催生出一門能夠實現照明與通信一體化的技術——可見光通信。

隨著現代通信技術的高速發展，對動態目標的識別追蹤成為了圖像處理和計算機視覺處理領域中的熱門話題。對于移動中的可見光通信系統，尤其是高速移動時，加上環境中各種物品及遮擋的出現，將會對視覺檢測造成干擾，產生大量冗雜信息和觀測噪聲。因此，如何準確、高效的對移動中的可見光通信系統定位，是其中一大挑戰。大多數傳統的視覺定位技術對動態目標的識別追蹤時，多采用識別信號強度的算法，計算較為繁雜，定位速度較慢；而且尤其是當該系統正高速運動時，在有效去除觀測噪聲、提高定位的精度方面也有較大不足。因此，極有必要提出一種新型方法對可見光視覺進行動態監測。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于光流的可見光視覺動態定位方法，通過光流將圖像灰度的變化和二維速度場聯系起來，用光流場反映待測像素點運動的方向和速度，利用圖像的光流場信息，能夠在圖像拍攝較模糊，信號點與背景點信號強度差異較小時，依然能夠較為準確檢測出運動LED信號點，做到高效、快速的對移動中的LED信號進行定位，極大提高了定位的準確度。

本發明的另一目的在于提供一種基于光流的可見光視覺動態定位系統。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種基于光流的可見光視覺動態定位方法，包括以下步驟：

步驟1：對移動中的可見光通信系統，利用高速相機在極短的時間內連續拍攝大量包含有移動中的LED信號點圖片；

步驟2：任意選擇其中連續兩幀圖像中LED信號點和背景點的光流信息，記錄圖像二維運動場的速度矢量u和v，分別計算他們的均值和方差，按照高斯分布得出概率密度函數；

步驟3：類似于步驟2，獲取當前幀圖像中所有像素點的光流信息u和v，建立當前圖片的二維光流場；

步驟4：綜合利用步驟2和3中獲得的數據，根據概率密度函數和數學公式的變換，分別計算當前幀圖片中，所有的像素點屬于信號點和背景點的條件概率P(w₁)和P(w₂)；

步驟5：通過比較兩者大小，識別、確定待測像素點的類型屬于信號點或背景點，利用結論對LED信號點進行定位。

優選的，所述步驟2具體包括以下步驟：

步驟21：對于前面若干幀連續拍攝的圖像，針對某一像素點，分析前面連續兩幀連續拍攝的圖像，得出光流基本方程；

步驟22：根據H-S光流法，假設光流在整個圖像上平滑變化，得出光流場全局平滑性約束方程；

步驟23：根據光流基本方程和全局平滑性約束方程，得出的光流約束因子全局平滑約束因子，當二者都達到最小值的前提下，即能夠達到理想的光流場估計；

步驟24：根據對E取最小值估計結果，可得一組方程組，求解該方程組得出u,v，并寫成迭代式；