[发明专利]一种可见光定位的二维编码与解码方法

权利要求书

1.一种可见光定位的二维编码与解码方法，用于实现对发光器件的编码；是基于OOK的可见光编码，并用设定的载波频率对其进行调制，使得发光器件以较高的频率发光，光源在照明的同时也在设定有一定扫描频率的CMOS相机上显示出明暗交替的多边形图案，从而使发出的光中携带有一定的信息，且人眼在该光源工作的空间内无法察觉其亮暗变化；再通过固定在移动设备上的双目摄像头采集图像，对获得的图像进行处理并解码，得到其携带信息以区分不同位置的光源，最终由双目定位技术计算得到移动设备的定位；所述双目摄像头用于采集图像，包括：固定在移动设备某一平面上的两个CMOS摄像头，摄像头的内外参数相同，成像共平面，光轴互相平行，扫描频率可调；所述移动设备用于存储光源的OOK编码与其坐标之间的映射关系，处理双目摄像头采集的图像，根据解码方法区别图像上的不同光源，并由映射关系得到其空间坐标，由双目定位技术解算移动设备自身定位；所述解码方法用于从采集图像中得到光源的编码信息，以区分不同光源，通过移动设备对采集图像进行处理后得到的组合多边形，由于每个子区域图案相邻暗带间的距离相同，不同子区域图案相邻暗带间的距离不同，计算子区域图案中最大多边形边长与相邻暗带间平均距离的比值，通过比值的大小对其排序，则可区分不同坐标的光源并得到其坐标；其特征在于：

所述二维编码方法，具体实现过程包括以下步骤：

第1步，对光源进行OOK编码：

设定双目摄像头的扫描频率为f_p，图像分辨率为b₁×b₂，每个光源在一个发光周期内的OOK编码包含h×b₁个0-1码，其中，h为任意正整数；为保证每个光源在图像上至少存在一个完整图形，每个OOK编码构成的h×b₁二维矩阵中的所有0码至少包含三个相同的组合6N边形，其中，N为正整数，每个组合图形中的所有6N边形形心相同，对角线重合，则第i个光源的编码为：

所述b₁、b₂分别为图像分辨率的高度和宽度，单位为像素；H₁、H₂、H₃、M_i均由0-1码组成，其中，H₁、H₂、H₃表示由全1码组成的矩阵，表示第i个LED的组合图形；符号表示克罗内克积；

第2步，最大边长计算：

由第1步的组合多图形，得到第i个光源中对应最大多边形的边长c_i和距离v_i的比值γ_i；按照γ_i从小到大的顺序分别对光源进行1到3编号，记录光源的编号与其坐标之间的对应关系并存储到移动设备中；

第3步，光源调制：

以f_s＝f_p/(hn)的载波频率对光源进行调制，其中，n为正整数，使得光源以较高频率发光，其中：f_s表示载波频率，f_p表示扫描频率，h表示在一个周期内LED二维编码的行数；

所述解码方法，具体实现过程包括以下步骤：

第1步，图像处理：

在运动中的设备端通过双目摄像头采集光源图像，对捕获的图像进行处理，通过增加其对比度以增强边缘特性；同时将两幅图像转化成灰度图并对其进行模糊化处理，再使其通过一个单边OTSU滤波器，找到每个光源在图像上的对应子区域及其中的完整闭合组合图形；

第2步，最大边长计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中的闭合图形中多大多边形的各边边长；选取第m个子区域中最大多边形的任意边为参考边，按顺时针方向从参考边开始，将6N条边分别记作第1，2，...，n，...，共6N条边，其中：第n条边长记作l_m,n，其中，1≤n≤6N，剔除边长中的异常值，即其中的最大值和最小值，得到误差较小的边长值并求剩余边长均值a_m；

第3步，边长距离计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中相邻两个多边形的邻边距离；若第m个子区域中包含Y个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，...，y，...，Y，第y+1个多边形与第y个多边形的邻边编号均相同，得到第m个子区域中第y个多边形的第n条边与第y+1条多边形的第n条边的距离d_m,y,n；对第m个子区域的距离求均值D_m：

第4步，找到对应光源编码：

计算第m个子区域中最大多边形的边长均值a_m与距离均值D_m的比值ρ_m：

将光源按ρ_m值从小到大的顺序分别编码为1，2，3，通过搜索预先存储在设备中的编码与坐标之间的映射，找到图像中光源在空间中的坐标值。