[发明专利]一种基于摄像帧分析的室内可见光定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于摄像帧分析的室内可见光定位方法及系统。本系统包括多个LED光源，用于发出经过调制的含有超长序列信息的可见光；室内定位装置，用于拍摄LED光源发出的可见光对应的一系列图像，获取并识别图像中的明暗条纹，消除图像的背景光，解调出每个图像中含有的二进制信息，并将每个图像解调出的信息拼接成所需超长序列，从而得到光源的身份信息，并查找室内地图中与该身份信息相对应的位置信息，获取当前位置。本发明可高速率、大容量的调制、编码和图像处理，可有效消除拍摄中的背景光、提高图像处理精度。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及可见光定位系统的关键技术，具体涉及一种基于摄像帧分析的室内可见光定位方法和基于该方法的新型可见光定位系统。

背景技术

随着近年来信息技术的快速进步及移动设备的广泛推广，搭载于移动端的定位服务日益成为人们生活的重要辅助工具。尤其是近年来移动互联网的蓬勃发展，使得人们的衣食住行都不可避免地与互联网发生联系，也即催生了以互联网为入口的基于位置的服务(Location Based Services，LBS)。精准的室内定位技术，可以为人们在超市、商场等多种室内场合提供便利，在帮助人们快速定位的同时，也蕴含着巨大的商机。

目前尚没有一种技术能够在不改造普通的移动设备的同时就实现精确的室内定位：WiFi和其他RF类型的方法提供数米精度的无向定位，使得该技术无法在像零售店这样需要精确导航的情形下使用；全球定位系统(Global Positioning System，GPS)也由于室内存在无线射频信号的干扰，并且接收的信号强度十分微弱，因此存在很大的定位误差。在这种情况下，可见光室内定位技术(Visible Light Localization,VLL)应运而生，并得到国内外许多学者的关注。

有学者提出，可以将室内的发光二极管(Light Emitting Diode,LED)照明设备当作发射机，在照明同时加载人眼无法察觉的开关键控(On-Off Keying,OOK)或者是频移键控(Frequency Shift Keying,FSK)信号。FSK方案使用移动终端摄像头拍摄照片，根据照片中有效曝光区域内的明暗条纹数量解调数据，该方法主要局限为单个光源每帧只能传输一波特信息，传输多波特信息耗时较长，处理长序列数据时延较大且需要使用同步技术。传统的OOK调制方案，每帧仅可传输一比特的信息，数据传输速率较慢【Staats P,Sumner R,Ryan D.Method and system for video processing to determine digital pulserecognition tones:US,US8520065[P].2013.】。

目前普遍使用的室内可见光定位系统主要有两种信号检测方式，分别是使用光电二极管(Photodiode,PD)检测和使用移动设备摄像头拍摄检测。其中光电二极管检测的精度较高，算法简单，但需要移动端外接PD，不方便携带；移动设备摄像头拍摄检测的定位算法较为复杂，但无需外接设备、且方便处理长序列信息，其算法原理如下：考虑到普通摄像装置的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)感光器件的卷帘快门(Rolling Shutter,RS)效应，当摄像装置的参数设置合适时，得到的图像上会呈现一组采样得到的亮暗条纹，叠加在拍摄的实际场景上。通过对这样的载有OOK/FSK信息的图像的解调，可以得到所拍摄的LED灯所发送的信息(比如灯的编号)，经过优化之后可以较为方便地处理发自光源的不同长度的序列，结合移动互联网的数据通道，即可得到用户所处的位置信息，实现可见光定位。

本发明所描述的系统和所提出的技术，是建立在上述使用移动终端摄像装置拍摄LED式的VLL技术之上的。使用的调制方案为OOK调制，采用移动设备前置或后置摄像头拍摄LED的明暗条纹，并使用图像处理方法解调出LED发送信号的技术，通过适当调整LED的频率和卷帘快门的曝光时间，利用明暗条纹的分布可在单帧图片中传输多比特信息。