[发明专利]一种基于可见光通信的单目定位方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于可见光通信的单目定位方法及其系统。

背景技术

现有的基于VLC的室内定位作品大多数是基于PD的定位，PD依赖于对角度的测量，不同强度的光、PD以及发射器和接收器之间的距离的不同会导致效果相差很大，因此存在高复杂性，这种问题最终会增加定位误差，并降低系统的精度，因为系统相关参数中少量的误差会导致整个系统的误差百分比增大。为了提高系统的精度和降低复杂度，通过改变接收端的结构来减少系统相关参数的误差是十分必要的。在视觉定位中，双目定位法由于LED的实际图像中心并不是总在像素的中心，因此，出现了量化误差。此外，定位精度依赖于图像传感器之间的分离，同时也存在系统误差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于可见光通信的单目定位方法，所述方法基于FDMA调制技术分配LED不同的频率，在接收端采用成像接收，即单目定位法，相较于传统的非成像接收，降低了算法的复杂性和量化误差的影响，因此系统不受制于两个图像传感器之间的距离，无需附加模块就能够实现高精度的定位。

本发明的另一目的在于提供一种基于可见光通信的单目定位系统。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于可见光通信的单目定位方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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：