CN105306141B - 一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法，属于可见光通信技术领域。本发明技术核心是：LED异步发送信号,利用智能终端的摄像头进行室内可见光定位，中心思想是对不同LED施加不同频率的信号，利用智能终端摄像头接收LED发送的信号并形成图像，通过算法区分不同LED：即在接收端利用智能终端的摄像头接收LED发送的信号并形成图像，将图像转换为灰度图像后，再对灰度图像中的灰度值数据进行快速傅里叶变换，根据傅里叶变换的幅度谱区分发送不同频率信号的LED，利用智能终端中内置的LED频率‑坐标数据库确定LED的位置，通过LED的位置来确定智能终端的位置，使智能终端在无需额外附加模块的条件下实现室内定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法，属于可见光通信技术领域。
背景技术
基于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术的室内定位方案具有如下两大优势：
1)利用半导体发光二极管(Light Emitting Diode,LED)发射的白光作为定位信号的载体，所以没有电磁辐射，不受应用环境的限制；
2)基于VLC技术的室内定位系统与未来的VLC通信技术相兼容，因此不需要昂贵的硬件设备投入，成本比较低。
目前，已有较多的室内定位方法，但这些基于室内可见光实现的定位方法绝大部分需要专门的接收模块接收LED发送的信号，在具体实施中设备复杂、可拓展性差，商业应用性不强。
发明内容
本发明的目的是为解决现有室内定位中使用附加接收模块接收LED信号所带来的可拓展性差、设备复杂以及商用性不强的问题，提供一种使用摄像头进行室内可见光定位方法及系统，在直接使用智能终端的自带摄像头的条件下，能够进行室内可见光定位。
本发明的技术核心是：LED异步发送信号,利用智能终端的摄像头进行室内可见光定位，其中心思想为：对不同LED施加不同频率的信号，利用智能终端的摄像头接收LED发送的信号并形成图像，通过算法区分不同的LED：即在接收端利用智能终端的摄像头接收LED发送的信号并形成图像，将图像转换为灰度图像后，再对灰度图像中的灰度值数据进行快速傅里叶变换，根据傅里叶变换的幅度谱区分发送不同频率信号的LED，利用智能终端中内置的LED频率-坐标数据库确定LED的位置，通过LED的位置来确定智能终端的位置，使智能终端在无需额外附加模块的条件下实现室内定位。
本发明提供了一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法，包括以下步骤：
步骤一、对LED阵列中的每个LED进行频率分配，即每个LED发送与所分配频率对应的周期信号，在发送端，采用处理器产生所分配频率的周期信号并驱动LED发送可见光周期信号；
步骤一中的LED阵列是指进行室内可见光定位的所有LED的集合；周期信号既可以是正弦波周期信号也可以是方波周期信号；LED发送的可见光周期信号，其频率满足条件为人眼看不到闪烁，即大于50赫兹；不同LED之间独立发送信号，即并不相互影响；
步骤二、在智能终端中记录每个LED发送频率所对应的位置信息，并建立频率-坐标数据库；
步骤二中所述的智能终端可以是智能手机、ipad、itouch、ipod、笔记本以及微型计算机类型的有处理能力的、带摄像头的智能智能终端或非智能终端；
步骤三、在接收端，采用智能终端的摄像头对准LED，接收LED发送的信号并形成图像，摄像头产生的图像传输到智能终端的处理模块；
步骤四、在智能终端的处理模块，对图像进行处理，具体步骤如下：
步骤4.1将图像转换为灰度图像；
步骤4.2通过查找灰度值的最大值确定灰度图像上LED的位置；
步骤4.3采用形心法确定灰度图像上LED的中心点，取中心点所在行的灰度值；
步骤五、在智能终端的处理模块中，对步骤四采集到的LED中心点所在行的灰度值数据进行FFT变换，得到幅度谱；
步骤六、根据步骤五得到的幅度谱的频率分布确定LED发送的频率，再根据LED发送的频率确定LED的位置，具体步骤如下：
步骤6.1查找幅度谱峰值强度所对应的频率值；
步骤6.2与步骤二中所建立的频率-坐标数据库进行比对，确定步骤6.1中得到的频率值所对应的LED坐标；
此处所获得的LED灯的位置信息即为智能终端所在的坐标；
至此，从步骤一至步骤六完成了基于智能终端摄像头的室内可见光异步定位过程。
有益效果
本发明一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法，具有如下有益效果：
1.本方法简单易行且便于实现；
2.本方法相对于使用附加设备接收LED信号的定位方法减少了设备冗余度，大大提高了可拓展性和实用性。
附图说明
图1为本发明一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法及其实施例中的流程图；
图2为本发明及具体实施方式中对确定的LED中心点所在行的图像灰度值数据进行FFT变换得到的幅度谱结果；
图3为本发明及具体实施方式中的使用摄像头的室内可见光异步定位系统框图；
图4为本发明及具体实施方式中的接收端摄像头形成的图像。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对发明内容做进一步说明。
实施例1
本发明一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法，其流程如图1所示，具体实施时，包括如下步骤：
步骤一、对LED阵列中的每个LED进行频率分配，即每个LED发送与所分配频率对应的周期信号，在发送端，采用处理器产生所分配频率的周期信号并驱动LED发送可见光周期信号；
步骤一中的LED阵列是指进行室内可见光定位的所有LED的集合；周期信号既可以是正弦波周期信号也可以是方波周期信号；LED发送的可见光周期信号，其频率满足条件为人眼看不到闪烁，即大于50赫兹；不同LED之间独立发送信号，即并不相互影响；
步骤二、在智能终端中记录每个LED发送频率所对应的坐标信息，并建立频率-坐标数据库；
所述的智能终端可以是智能手机、ipad、itouch、ipod、笔记本以及微型计算机类
型的有处理能力的、带摄像头的智能智能终端或非智能终端；
步骤三、在接收端，采用智能终端的摄像头对准LED，接收LED发送的信号并形成图像，摄像头产生的图像传输到智能终端的处理模块,即对应图4中的图像；
步骤四、在智能终端的处理模块，对图像进行处理，具体步骤如下：
步骤4.1将图像转换为灰度图像；
步骤4.2通过查找灰度值的最大值确定灰度图像上LED的位置；
步骤4.3采用形心法确定灰度图像上LED的中心点，取中心点所在行的灰度值；
步骤五、在智能终端的处理模块中，对步骤四采集到的LED中心点所在行的灰度值数据进行FFT变换，得到幅度谱，如图2所示，幅度最大值对应LED灯的发射频率；
步骤六、根据步骤五得到的幅度谱的频率分布确定LED发送的频率，再根据LED发送的频率确定LED的位置，具体步骤如下：
步骤6.1查找幅度谱峰值强度所对应的频率值；
步骤6.2与步骤二中所建立的频率-坐标数据库进行比对，确定步骤6.1中得到的频率值所对应的LED坐标；
此处所获得的LED灯的位置信息即为智能终端所在的坐标；
至此，从步骤一至步骤六完成了一种使用摄像头的室内可见光异步定位过程。
实施例2
本实施例公开了一种依据本发明“一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法”构建的系统，如附图3所示。由图3可以看出：本发明方法所依托的定位系统包括可见光下行发射模块和智能终端两大部分，具体的：
可见光下行发送模块又包括：下行发送处理器、LED驱动电路和LED阵列；
其中，本实施例中下行发送处理器采用FPGA产生编码实现，也可采用单片机来实现，LED阵列中采用多个白光LED，在本实施例为3个；
其中，所述的下行发送处理器的单片机或FPGA用来产生白光LED发送的信号，该信号分别为不同频率的周期信号；
其中，所述的LED驱动电路为各个LED阵列中的白光LED提供合适的直流偏置，并把下行发送处理器产生的信号转换为驱动白光LED的交流信号；
其中，所述的LED阵列中的白光LED将调制后的可见光信号发射出去；
智能终端包括了摄像头及进行定位算法的处理模块两部分；
将智能终端的摄像头对准正在发光的LED后，所获得的图像通过本发明内容所述定位方法进行处理，最终得到智能终端当前所在位置如附图4所示。
图4中可以看出，基于本发明所提方法的系统，能够有效识别、实时确定和显示LED的坐标。
以上对本发明“一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法”进行了详细的说明，但本发明的具体实施形式并不局限于此。实施例说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、对LED阵列中的每个LED进行频率分配，即每个LED发送与所分配频率对应的周期信号，在发送端，采用处理器产生所分配频率的周期信号并驱动LED发送可见光周期信号；
步骤二、在智能终端中记录每个LED发送频率所对应的位置，并建立频率-坐标数据库；
步骤三、在接收端，采用智能终端的摄像头对准LED，接收LED发送的信号并形成图像，摄像头产生的图像传输到智能终端的处理模块；
步骤四、在智能终端的处理模块，对图像进行处理；
步骤五、在智能终端的处理模块中，对步骤四采集到的LED中心点所在行的灰度值数据进行FFT变换，得到幅度谱；
步骤六、根据步骤五得到的幅度谱的频率分布确定LED发送的频率，再根据LED发送的频率确定LED的位置；
此处所获得的LED灯的位置即为智能终端所在的位置；
至此，从步骤一至步骤六完成了基于智能终端摄像头的室内可见光异步定位过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤一中的LED阵列是指进行室内可见光定位的所有LED的集合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：
步骤一中的周期信号既可以是正弦波周期信号也可以是方波周期信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：
步骤一中的调制后的可见光周期信号，其频率满足条件为人眼看不到闪烁，即大于50赫兹。
5.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：
步骤一中的不同LED之间独立发送信号，即并不相互影响。
6.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：
步骤二中所述的智能终端可以是智能手机、ipad、itouch、ipod、笔记本以及微型计算机类型的有处理能力的、带摄像头的智能终端或非智能终端。
7.如权利要求1所述的方法，其特征还在于：
步骤四中的具体分析，步骤如下：
步骤4.1将图像转换为灰度图像；
步骤4.2通过查找灰度值的最大值确定灰度图像上LED的位置；
步骤4.3采用形心法确定灰度图像上LED的中心点，取中心点所在行的灰度值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤六的具体步骤如下：
步骤6.1查找幅度谱峰值强度所对应的频率值；
步骤6.2与步骤二中所建立的频率-坐标数据库进行比对，确定步骤6.1中得到的频率值所对应的LED坐标。
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