[发明专利]一种基于可见光通信的单目定位方法及其系统

权利要求书

1.一种基于可见光通信的单目定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、在三盏LED中，每盏LED发射端的信源发出不同频率的方波作为不同LED的ID信息，经过FDMA调制模块后输入LED驱动电路使能端，控制LED以不同频率亮灭；

步骤2、接收端经过摄像头捕捉三盏LED发出的光信号，在图像传感器上得到三盏LED带有条纹的图像；

步骤3、智能移动设备在图像传感器得到三盏LED带有条纹的图像后，由卷帘效应得到对应的LED的ID信息，在检测到三盏LED后，再通过距离的几何关系分别计算三盏LED与接收端的距离，最后计算得到接收端的坐标，实现精确定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的单目定位方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤11、每盏LED发射端的信源产生不同频率的方波作为不同LED的ID信息；

步骤12、在FDMA调制模块中，DFT模块、子载波映射模块和IDFT模块实现对原信号的插值，将原信号调制到不同的频段上；调制后的信号通过加循环前缀模块对信号进行加循环前缀，再经过数-模转换模块将数字信号转换为模拟信号后输入LED驱动电路来控制LED以不同的频率亮灭。

所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤21、三盏LED发射的光信号到达接收端的摄像头处；

步骤22、三盏LED的光信号经过摄像头的透镜，聚焦于图像传感器上，获得三个带有条纹信息的LED图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的单目定位方法，其特征在于：所述步骤2与步骤3中的图像传感器为CMOS图像传感器，其通过逐行扫描的方式来处理LED图像中每一行的像素，整合一帧图像的时间从图像传感器的第一行像素复位曝光开始，到最后一行像素读出结束，在这个阶段里，LED快速亮灭在图像上产生亮暗的条纹，形成LED带有条纹的像。

4.根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的单目定位方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤31、利用卷帘效应对LED带有条纹的图像的明暗条纹进行解码，得到对应的LED的ID信息：对图像中每一行的像素采用二阶多项式拟合，所获得的每一幅图像先进行0-255阶的灰度值转换，然后将每一行像素单元表示为(p_i,b_i)，其中，p_i为该行第i个像素，b_i为第i个像素的灰度值，通过设置阈值获取二阶多项式拟合曲线与灰度值曲线间的截取区域，获得一组灰度值y_i，将这些灰度值按升序排列好，选择20％时的值；当检测的为暗条纹时，所选取的灰度值将会接近于0；当检测的为亮条纹时，所选取的灰度值将会远大于0；进而获得一个列矩阵的灰度值来进行解码；对于所获得的一个列矩阵的灰度值其明暗条纹的消光比不会太高，从而大大限制了传输的距离以及抗背景光的干扰能力，因此，通过直方图均衡将图像的像素变换为均匀分布在256阶灰度级来增强明暗条纹间的消光比，再利用索贝尔滤波器来进一步增强消光比，最后，使用三阶多项式拟合来设置一个合适的灰度阈值检测来还原编码的ID信息，从而获得LED的ID信息；

步骤32、在获得LED的ID信息后，需要通过距离的几何关系计算三盏LED与接收端的距离，最后计算得到接收端的坐标，实现精确定位：用A、B、C分别代表三盏LED，三盏LED的位置分别为：LEDA(x₁,y₁,z₁)，LEDB(x₂,y₂,z₂)，LEDC(x₃,y₃,z₃)，其中z₁＝z₂＝z₃；接收端的位置为(x,y,z)，LEDA到地面的垂直距离z₁＝H+z，H为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；

摄像头的透镜的中心用P点表示，P点与三盏LED的距离分别为d₁、d₂和d₃，透镜焦距为f，在图像传感器的平面上，三盏LED图像的中心和图像传感器中心的距离为i_k,k＝1,2,3；i_k的大小通过像素坐标系和图像坐标系的转换求得；通过相似三角形原理即可计算得到接收端的坐标，实现精确定位。