[發明專利]一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法及其系統

在審

• 申請號: 201810184119.7
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108279008A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 吳玉香;巫朝政;關偉鵬;陳藝榮;周澤鑫;方良韜
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;H05B33/08;H04N5/235
• 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卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法及其系統，該系統包括依次連接的LED發光頻率控制子系統、機器人CMOS攝像頭子系統、圖像處理子系統、卡爾曼濾波器。其中，所述的LED發光頻率控制子系統由不同頻率的脈沖序列控制；所述的機器人CMOS攝像頭子系統可以捕獲到黑白條紋相間的LED圖像；所述的圖像處理子系統對LED圖像進行濾波，識別LED并定位LED的位置；所述的卡爾曼濾波器通過預測與測量得到更加準確的LED位置信息。本發明將卡爾曼濾波技術應用于LED的追蹤，提高了LED的追蹤精度，并且具有很強的抗噪抗干擾性能，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及可見光通信和LED燈追蹤技術領域，具體涉及一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法及其系統。

背景技術

近年來，隨著LED產業的迅速發展，更各式各樣的高性能LED被研發出來，基于LED的一系列多功能照明技術也被挖掘出來，真正實現了“一燈多用”。特別是，隨著可見光通信技術的發展，科學家慢慢的挖掘出了LED在通信領域的潛能，使其加入了“信息使者”的行列。LED之所以被應用于通信領域，是因為其具有調制性能好、調制靈敏度高、抗干擾能力強等突出優點，使得人們可以把信息轉換成調制信號再通過LED燈轉換成肉眼看不到的發光頻率。2015年，中國“可見光通信系統關鍵技術研究”獲得重大突破，可見光通信的實時速率達到了50GGbps，使得通過燈光上網成為了現實。但是，由于LED燈受到其他光源的影響比較大，能被檢測到的距離比較短，目前還沒有廣泛應用。

現有的基于圖像處理技術的LED燈追蹤系統直接對LED燈進行識別、定位，得到的LED燈的位置受到噪聲干擾比較大，如果在捕獲LED燈圖像的過程中發生抖動或者光照環境劇變，得到的圖像中LED燈的位置就會有很大的偏差，而這種偏差是傳統的圖像處理技術無法消除或降低的。并且傳統的LED燈追蹤技術，一般只能追蹤一個LED燈，即便可以檢測出圖像中的多個LED燈，也無法對其加以分辨。為了方便將LED燈應用于室內定位，特別是基于攝像頭的室內定位，有必要發明一種高精度的LED燈追蹤系統。將卡爾曼濾波應用到LED燈的追蹤技術當中，既快速又精確地獲得LED燈的位置，對室內定位技術的發展有明顯的幫助。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法及其系統。

根據公開的實施例，本發明的第一方面公開了一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法，所述的LED燈追蹤方法包括以下步驟：

S1、LED發光頻率控制子系統控制天花板的每一個LED燈按照不同的頻率在“亮”、“滅”兩種狀態下變化；

S2、機器人頂部的CMOS攝像頭捕獲LED圖像，并且通過局域網傳輸到圖像處理子系統；

S3、圖像處理子系統利用OpenCV圖像處理庫對圖像進行處理，根據LED圖像的條紋特征，檢測出LED燈的位置Z_K；

S4、卡爾曼濾波器獲取所述LED燈的位置Z_K，將該LED燈的位置Z_K和卡爾曼濾波器預測的LED燈的位置X_K-1進行加權求和，輸出優化的LED燈的位置X_K。

進一步地，所述的步驟S1包括以下步驟：

S101、LED發光頻率控制子系統通過對單片機編程，使其不同管腳輸出不同頻率的脈沖序列；

S102、不同頻率的脈沖序列輸入到LED驅動電路，控制LED驅動電路輸出電流的通斷，從而使LED按照指定的頻率閃爍。

進一步地，所述的步驟S2包括以下步驟：

S201、機器人CMOS攝像頭子系統調整CMOS攝像頭的焦距，使其能清晰地捕獲到LED圖像；