[发明专利]基于单个LED灯的可见光室内通信定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于单个LED灯的可见光室内通信定位方法及系统，同时使用了可见光通信技术以及计算机视觉技术，在周围环境中仅存在单个LED灯时，对智能手机用户进行室内定位。主要包含LED通信模块和智能手机模块，LED通信模块向智能手机发送其坐标及形状数据。智能手机模块由惯性测量单元以及摄像头组成，IMU用于获取智能手机的运动数据，摄像头用于对着LED灯拍摄视频流。最后对视频流中LED灯中心点坐标及IMU数据进行计算处理，并利用视频流中椭圆的单应性矩阵提供约束条件，从而得出智能手机的精确位置信息，并对用户提供基于位置的导航、查询等服务。

技术领域

本发明涉及一种室内定位技术，尤其是一种基于单个LED灯的可见光室内定位和服务系统。

背景技术

近年来，建筑物的层数和面积都日渐庞大，随着室内环境复杂度的不断增加，出现了大量室内定位技术。如WIFI、RFID、UWB、iBeacon、ZigBee、红外线室内定位技术等。而在日常生活中，LED灯不仅可以作为照明光源，还可以进行高速通信。由于可见光通信具有低成本、高安全性、高速率、环保节能、无需频谱认证等优点，在很大程度上，能够缓解无线频谱资源紧张的问题。随着LED灯的普及，可见光通信技术也在各类领域有着广阔的发展前景。同样也出现了大量利用可见光通信进行室内定位的技术。

在可见光室内定位(VLP)技术方面，现有的VLP技术，需要定位场景内包含至少三个LED灯，才能进行室内定位。另外，目前的可见光定位技术主要融合了RSS、AOA或摄像机等方式。但是基于RSS和AOA的可见光定位方案，通常都会在测量上出现估计误差，定位精度不高。但在实际生活中，很多地方并没有覆盖到多个LED灯，如长走廊，小房间等LED灯稀疏的场景下，相邻LED灯之间距离较远，接收器(光传感器或智能手机摄像机)大多数时间内，仅仅可以感测1-2个LED灯。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用包含频率信息的LED灯、相机及IMU对智能手机用户进行定位的基于单个LED灯的可见光室内通信定位方法及系统，本发明在在LED通信模块中，对LED灯进行高效的调制和编码，本发明使用RLL和Raptor编码来提高通信效率，LED灯加载其自身的半径、ID、现实坐标等信息，本发明将这些信息设定相应的频率闪烁，从而进行数据传输。其次，在智能手机模块中，使用摄像机对着LED灯拍摄视频流，并同时记录智能手机的IMU测量数据。最后，将视频流各帧的LED灯图像截取出来，并对LED灯进行解码和解调，提取图像中的LED灯形状，收集LED灯的半径和现实坐标等一系列信息。IMU数据，LED灯数据共同为可见光定位技术提供很好的约束和优化条件，从而实现精确的室内定位。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于单个LED灯的可见光室内通信定位方法，针对周围环境中LED灯稀疏的情况，本发明讨论了基于单个LED灯的可见光室内定位技术。在单个LED灯的应用场景下，本发明利用智能手机的惯性测量单元(IMU)和摄像机进行可见光室内定位。IMU测量智能手机的运动数据，摄像机拍摄视频，IMU和摄像机在多项研究工作中都被使用过，且现在市面上的智能手机都集成了这些传感器件，用户仅需一部智能手机，就可以进行对自身位置信息进行确定。通过IMU和摄像机收集的数据，还可以弥补在定位过程中单个LED灯信息的不足。通过获取各类关于LED灯和智能手机的信息，可以利用计算机视觉中的射影几何原理，提供智能手机的定位约束条件和位置相关信息。