CN106685528A - 一种基于可见光通信的监控系统和监控方法 - Google Patents

一种基于可见光通信的监控系统和监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于可见光通信的监控系统和监控方法，该监控系统包括：可见光通信光源，设置于监控场所，以发射携带位置信息的光信号；可穿戴光接收器，佩戴于监控目标上，以接收所述光信号，将所述光信号转换为电信号。本发明的监控系统并不获取监控目标的图像，而是通过可见光通信获取监控目标的行动轨迹，从而使得本发明的监控系统适用于一些需要保护隐私的场所，例如例如宾馆、更衣间、浴室等。且在监控场所内，可见光达到的范围均可被监控，因而，监控系统的监控死角比较少，使得监控更有效。

Description

一种基于可见光通信的监控系统和监控方法
技术领域
本发明涉及监控技术领域，尤其涉及一种基于可见光通信的监控系统和监控方法。
背景技术
现有的监控系统通常是在监控场所布置摄像装置进行监控，由于摄像装置是通过获取监控目标的图像，来获取监控目标的行动轨迹，因而不适应于一些需要保护隐私的场所，例如宾馆、浴室、更衣间等。且安装摄像装置也存在监控死角等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于可见光通信的监控系统和监控方法，用于解决现有的采用摄像装置的监控系统难以适应特殊监控场所以及存在监控死角的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于可见光通信的监控系统，包括：
可见光通信光源，设置于监控场所，以发射携带位置信息的光信号；
可穿戴光接收器，佩戴于监控目标上，以接收所述光信号，将所述光信号转换为电信号。
优选地，所述基于可见光通信的监控系统还包括：
处理设备，与所述可穿戴光接收器连接，依据所述电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
优选地，所述可穿戴光接收器包括：存储单元，用于存储所述电信号；和/或
所述可穿戴光接收器包括：无线发射单元，用于将所述电信号实时发送至所述处理设备。
优选地，所述处理设备还包括：
显示单元，用于显示所述监控目标的预定时刻的位置信息。
优选地，所述可见光通信光源的个数为至少三个，所述处理设备采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息时，将所述至少三个可见光通信光源对应的光信号进行多种组合，获取至少两个所述监控目标的预定时刻的位置信息，并依据所述至少两个监控目标的预定时刻的位置信息，得到最终的所述监控目标的预定时刻的位置信息。
本发明还提供一种基于可见光通信的监控方法，包括：
控制设置于监控场所的可见光通信光源发射携带位置信息的光信号；
采用佩戴于监控目标上的可穿戴光接收器接收所述光信号，所述可穿戴光接收器能够将所述光信号转换为电信号。
优选地，所述基于可见光通信的监控方法还包括：
采用一处理设备获取所述可穿戴光接收器转换的所述电信号，并依据所述电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
优选地，还包括：
所述可穿戴光接收器存储所述电信号；
将所述可穿戴光接收器连接至所述处理设备，并将所述电信号传输至所述处理设备；和/或
还包括：
所述可穿戴光接收器将所述电信号通过无线通信方式实时发送至所述处理设备。
优选地，还包括：
显示所述监控目标的预定时刻的位置信息。
优选地，所述可见光通信光源的个数为至少三个，
所述处理设备采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息时，将所述至少三个可见光通信光源对应的光信号进行多种组合，获取至少两个所述监控目标的预定时刻的位置信息，并依据所述至少两个监控目标的预定时刻的位置信息，得到最终的所述监控目标的预定时刻的位置信息。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明的监控系统并不获取监控目标的图像，而是通过可见光通信获取监控目标的行动轨迹，从而使得本发明的监控系统适用于一些需要保护隐私的场所，例如例如宾馆、更衣间、浴室等。且在监控场所内，可见光达到的范围均可被监控，因而，监控系统的监控死角比较少，使得监控更有效。
此外，采用可见光通信的监控系统还具有灵敏度高(监控精度可达厘米级)、安装简单，内存需求低，功耗小，成本简单的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的监控系统的一结构示意图；
图2为本发明实施例的三边定位法的计算方法示意图；
图3为本发明实施例的三角定位法的计算方法示意图；
图4为本发明实施例的双曲线定位法的计算方法示意图；
图5是本发明实施例的基于可见光通信的监控方法的流程示意图，
具体实施方式
可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围，一般认为可见光的波长范围在350～770纳米之间。可见光通信技术(Visible LightCommunication,VLC)，是利用荧光灯或发光二极管等可见光光源发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的，简单来说，就是灯光通信。将高速因特网的电线装置连接在照明装置上，插入电源插头即可使用。
可见光通信技术具有如下的特点：
1、单点高速率。截至2014年，可见光通信的离线处理最高峰值速率是意大利团队利用红绿蓝黄四色LED，通过波分复用技术加DMT技术创造的5.6Gbps；基于荧光型LED的可见光通信的单路实时传输最高速率是中科院半导体所陈雄斌研究员带领的研究小组通过带宽拓展技术创造的500Mbps和550Mbps。与基于射频信号的无线电通信技术相比，基于可见光的无线光通信技术的速率优势已经初步显示。
2、系统大容量。为了实现宽带大容量的无线通信，未来无线基站的发展方向是提高蜂窝小区的复用度。因为光的空间复用性比电的空间复用性要好，能建立比射频无线更小的光无线小区，故可以在给每个用户提供高速实时通信的同时，通过众多非常小的无线光通信小区组网实现无线光网络系统的超大容量。
3、使用很放心。可见光通信的信号可见易控，靠透镜和灯罩就可以灵活控制信号覆盖区域，有效防止信息泄露，同时能通过肉眼观察信号覆盖区域，不再担心“第三只耳朵”，能给用户带来前所未有的心理安全感。
因而，本发明实施例中，将可将光通信用于监控领域。为解决现有的采用摄像装置的监控系统难以适应特殊监控场所以及存在监控死角的问题，本发明实施例提供一种基于可见光通信的监控系统，包括：
可见光通信光源，设置于监控场所，以发射携带位置信息的光信号；
可穿戴光接收器，佩戴于监控目标上，以接收所述光信号，将所述光信号转换为电信号。
所述可见光通信光源可以包括至少一个光源，所述光源可以为LED(发光二极管)灯或荧光灯等。所述可见光通信光源可以通过不同颜色、不同位置的光源或者不同的闪烁频率等传递不同的光信号。所述可见光通信光源可以是监控场所现有的照明光源，此时，只需在现有的照明光源上接一控制器件，控制该照明光源在正常照明的同时，发射携带位置信息的光信号即可，从而可降低监控系统的实现成本。当然，也可以在监控场所安装专门用于可见光通信的可见光通信光源。
所述可穿戴光接收器设计的体积较小，例如如纽扣般大小，可以佩戴于监控目标上，用于接收可见光通信光源发射的光信号，并将光信号转换成可存储并处理的电信号，从而可依据所述电信号监控监控目标在特定时刻的位置信息，以及监控目标的行动轨迹。
本发明实施例中，监控系统并不获取监控目标的图像，而是通过可见光通信获取监控目标的行动轨迹，从而使得本发明的监控系统适用于一些需要保护隐私的场所，例如例如宾馆、更衣间、浴室等。且在监控场所内，可见光达到的范围均可被监控，因而，监控系统的监控死角比较少，使得监控更有效。
此外，采用可见光通信的监控系统还具有灵敏度高(监控精度可达厘米级)、安装简单，内存需求低，功耗小，成本简单的优点。
本发明实施例中的可穿戴光接收器可以设计成任意形状，如三角形、菱形、圆形、五角星形等。
为了获取监控目标预定时刻的位置信息，优选地，本发明实施例的监控系统还可以包括：处理设备，与所述可穿戴光接收器连接，用于依据所述可穿戴光接收器转换的电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。所述预定时刻可以是所述监控目标处于所述监控场所的任一时刻。
本发明实施例中，所述可穿戴光接收器可以包括一存储单元，用于存储其转换的电信号。从而，在监控场所，可穿戴光接收器可以不与处理设备有线连接，而是将转换后的电信号存储起来，等监控目标走出监控场所，再将可穿戴光接收器与处理设备连接起来，使用处理设备确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
优选地，所述可穿戴光接收器和所述处理设备均可以包括一数据通信接口，例如USB接口等，从而进行数据通信。
本发明实施例中，可见光通信光源发射的光信号为预处理调制后的带有位置信息的光信号，可穿戴光接收器接收上述光信号，并转换为电信号，进行编码调制后存储到存储单元上。处理设备获取上述电信号，并通过解码、解调等信号处理，恢复出原始信号，在通过定位算法分析得到监控目标在预定时刻的位置信息。
由于在监控场所，可穿戴光接收器不与处理设备有线连接，因而，在监控场所可以不用进行布线，从而使得本发明的监控系统还适用于需要屏蔽电磁干扰的监控场所(例如要求严格的产线等)，一些难以布线的监控场所(例如矿井等)。且，由于不需要布线，也克服了现有监控系统改装成本大，改装难的问题。
上述实施例中，需要监控目标走出监控场所，才可以将可穿戴光接收器与处理设备连接，在通过处理设备获取监控目标的预定时刻的位置信息。该种方式不能够实时监控监控目标的位置，存在一定的缺陷。
优选地，在本发明的一实施例中，所述可穿戴光接收器可以包括：无线发射单元，用于将所述电信号实时发送至所述处理设备。
由于可以采用无线发射方式，将电信号实时发送给处理设备处理，因而，本发明实施例中，可以实时获取监控目标的位置，从而提高了监控效果，同时，无线方式也不需要在监控场所进行布线，从而使得本发明的监控系统适用于一些难以布线的监控场所。且，由于不需要布线，也克服了现有监控系统改装成本大，改装难的问题。
为了方便观看得到的监控目标的预定时刻的位置信息，本发明实施例的处理设备还可以包括：显示单元，用于显示所述监控目标的预定时刻的位置信息。所述显示单元可以为液晶显示单元、OLED显示单元等。
优选地，所述处理设备是一处理能力较强的计算机。
请参考图1，图1为本发明实施例的监控系统的一结构示意图，本发明实施例中的监控系统包括：
可见光通信光源11，设置于监控场所，以发射携带位置信息的光信号；
可穿戴光接收器12，佩戴于监控目标上，以接收所述光信号，将所述光信号转换为电信号；
处理设备13，用于依据所述可穿戴光接收器12转换的电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
本发明实施例中的可见光通信光源11包括多个LED灯，该多个LED等设置于监控场所的天花板上。当然，在本发明的其他一些实施例中，可见光通信光源11也可以设置于监控场所的其他位置，例如墙壁上等。
本发明实施例中的可穿戴光接收器12佩戴于监控目标的肩部，当然也可以佩戴于监控目标的其他身体部位，例如头部等，设置于肩部或头部等不容易遮挡的位置可以提高监控质量。
所述处理设备13设置于监控场所之外。
当监控目标位于监控场所内时，可见光通信光源11除了正常照明之外，还同时发射携带位置信息的光信号，佩戴于监控目标上的可穿戴光接收器12接收所述携带位置信息的光信号，将光信号转换为电信号，并存储。待监控目标走出监控场所，可以将可穿戴光接收器12与处理设备13连接，处理设备13可读取可穿戴光接收器12存储的电信号，并利用所述电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
本发明实施例中的可穿戴光接收器可以包括光敏传感器、存储器及相应的电路模块。处理设备可以包括一微控制单元，如单片机、arm、DSP(数字信号处理)、FPGA(现场可编程门阵列)等。
本发明实施例中的处理设备可以采用多种定位算法获取监控目标在预定时刻的位置信息，下面举例进行说明。
(一)几何测量法
几何测量法又分为基于距离的几何测量法和基于角度的几何测量法。
基于距离的几何测量法又分为三种，一种是直接测量距离，一种是通过传播时间测量距离，一种是通过能量衰减测量距离。通过传播时间测量距离的方法中，又包括通过信号到达时间(TOA)测量距离，通过信号达到时间差(TDOA)测量距离，通过往返传播时间(RTOF)测量距离。通过通过能量衰减测量距离中，是通过信号强度(RSS)测量距离。
基于角度的几何测量法方法中，是通过信道达到角度(AOA)测量距离。
上述各几何测量法中，均是首先测量待测点与已知位置的可见光通信光源(参考点)的几何关系，再通过运算获取待测点的位置信息。
主要采用的几何关系有三种，分别是三边定位法、三角定位法和双曲线定位法。
三边定位法就是测量待测点到三个不在同一直线上的参考点的距离，以这三个参考点为圆心，以测量的三边距离为半径做出三个圆的交点就是待测点的位置。
请参考图2，图2为本发明实施例的三边定位法的计算方法示意图，设D(x0,y0)是待确定的可穿戴光接收器的位置坐标，A(x1,y1)，B(x2,y2)，C(x3,y3)分别是已知的三个可见光通信光源的位置坐标，则可以得到以下方程组(1)：
其中R1＝C*t1,R2＝C*t2,R3＝C*t3，C为光速，t为光线到达可穿戴光接收器的时间，可以测试得到。
如此，通过解上述方程组(1)便可得到可穿戴光接收器的位置坐标D(x0,y0)。
三角定位法依据的几何原理为在一个三角形中，如果已知一条边的长度和以这条边为公共边的两个角的大小，那么就可以确定第三个点的位置，该点是三角形另外两条边的交点。
请参考图3，图3为本发明实施例的三角定位法的计算方法示意图，设C是待确定的可穿戴光接收器的位置坐标，A，B分别是已知的两个可见光通信光源的位置坐标，AB之间的距离已知，θ1，θ2分别是以AB边为公共边的两个角的大小，从而通过上述参数可计算C点的坐标。
双曲线定位法应用到了形成双曲线的几何原理：到两个固定点的距离差为常数的动点轨迹是以这两个固定点为焦点的双曲线。通过三个不在同一直线上的参考点可以确定两组双曲线，它们的交点就是待测点的位置。
请参考图4，图4为本发明实施例的双曲线定位法的计算方法示意图，设x0,y0是待确定的可穿戴光接收器的位置坐标，A(x1,y1)，B(x2,y2)，C(x3,y3)分别是已知的三个不在同一条直线上的可见光通信光源的位置坐标，根据双曲线定义可知A(x1,y1)，B(x2,y2)确定了一条双曲线，A(x1,y1)，C(x3,y3)确定了另一条双曲线，则有
其中，t1为光到达A(x1,y1)，B(x2,y2)的时间差，t2为光到达A(x1,y1)，C(x3,y3)的时间差，可以测试得到。
如此，通过解上述方程组便可得到可穿戴光接收器的位置坐标D(x0,y0)。
(二)场景分析法
场景分析法是通过观察场景中的特征来推断待测目标的位置，即通常所说的指纹识别法。一般场景分析法包括两个阶段，离线勘测阶段和在线定位阶段。离线勘测的目的是建立一个特定场景特征信息与移动设备之间的对应关系数据库。在线定位是将实时测量的用户信号与数据库中的特征信息相匹配，从而实时确定目标的位置。
场景分析分为静态场景分析(Static Scene Analysis)和差动场景分析(Differential Scene Analysis)。静态场景分析中，各参考位置的特征信息构建成指纹数据库，将待观测的特征信息与数据库中的信息进行比对，然后映射到场景中的位置。相对的，差动场景分析则需要连续追踪场景间的差异来估计待测点的位置。
(三)近似感知法
第三类是基于邻近关系的近似感知法。在室内天花板上布置特定的可见光通信光源阵列，每一个可见光通信光源作为一个服务接入点，发射带有位置信息的光信号。当用户终端进入服务接入点的通信范围内，就可以获取该灯的位置信息，由服务器在数据库中查找返回接入点的位置及有可能的通信覆盖范围。
一般有两种方法确定用户终端的位置，分别是广告牌算法和质心算法。广告牌算法是直接将接入点的位置作为用户终端的位置，这种算法的定位误差就是接入点的通信范围。质心算法是取用户终端所有接入点坐标平均值，作为用户终端的位置坐标，进一步改进的算法是加上信号强度作为权值进行加权权平均。
(四)图像传感器成像法
基于图像传感器的室内定位系统是在平行于可见光通信光源与图像传感器之间的平面上放置一个透镜，使用图像传感器测量法必须保证共线条件，即发射点、透镜中心和接收点保持在同一条直线上。
本发明实施例中，为了提高定位精度，优选地，所述可见光通信光源的个数为至少三个，所述处理设备采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息时，将所述至少三个可见光通信光源对应的光信号进行多种组合，获取至少两个所述监控目标的预定时刻的位置信息，并依据所述至少两个监控目标的预定时刻的位置信息，得到最终的所述监控目标的预定时刻的位置信息。
请参考图5，本发明实施例还提供一种基于可见光通信的监控方法，包括：
步骤51：控制设置于监控场所的可见光通信光源发射携带位置信息的光信号；
步骤52：采用佩戴于监控目标上的可穿戴光接收器接收所述光信号，所述可穿戴光接收器能够将所述光信号转换为电信号。
进一步地，还可以包括：
步骤53：采用一处理设备获取所述可穿戴光接收器转换的所述电信号，并依据所述电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
在本发明的一实施例中，所述方法还可以包括：
所述可穿戴光接收器存储所述电信号；
将所述可穿戴光接收器连接至所述处理设备，并将所述电信号传输至所述处理设备。
在本发明的另一实施例中，所述方法还可以包括：
所述可穿戴光接收器将所述电信号通过无线通信方式实时发送至所述处理设备。
优选地，本发明实施例的方法还可以包括：显示所述监控目标的预定时刻的位置信息。
为提高定位精度，本发明实施例中，所述可见光通信光源的个数为至少三个，所述处理设备采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息时，将所述至少三个可见光通信光源对应的光信号进行多种组合，获取至少两个所述监控目标的预定时刻的位置信息，并依据所述至少两个监控目标的预定时刻的位置信息，得到最终的所述监控目标的预定时刻的位置信息。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于可见光通信的监控系统，其特征在于，包括：
可见光通信光源，设置于监控场所，以发射携带位置信息的光信号；
可穿戴光接收器，佩戴于监控目标上，以接收所述光信号，将所述光信号转换为电信号。
2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的监控系统，其特征在于，还包括：
处理设备，与所述可穿戴光接收器连接，依据所述电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
3.根据权利要求2所述的基于可见光通信的监控系统，其特征在于，
所述可穿戴光接收器包括：存储单元，用于存储所述电信号；和/或
所述可穿戴光接收器包括：无线发射单元，用于将所述电信号实时发送至所述处理设备。
4.根据权利要求2所述的基于可见光通信的监控系统，其特征在于，所述处理设备还包括：
显示单元，用于显示所述监控目标的预定时刻的位置信息。
5.根据权利要求2所述的基于可见光通信的监控系统，其特征在于，所述可见光通信光源的个数为至少三个，所述处理设备采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息时，将所述至少三个可见光通信光源对应的光信号进行多种组合，获取至少两个所述监控目标的预定时刻的位置信息，并依据所述至少两个监控目标的预定时刻的位置信息，得到最终的所述监控目标的预定时刻的位置信息。
6.一种基于可见光通信的监控方法，其特征在于，包括：
控制设置于监控场所的可见光通信光源发射携带位置信息的光信号；
采用佩戴于监控目标上的可穿戴光接收器接收所述光信号，所述可穿戴光接收器能够将所述光信号转换为电信号。
7.根据权利要求6所述的基于可见光通信的监控方法，其特征在于，还包括：
采用一处理设备获取所述可穿戴光接收器转换的所述电信号，并依据所述电信号，采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息。
8.根据权利要求7所述的基于可见光通信的监控方法，其特征在于，
还包括：
所述可穿戴光接收器存储所述电信号；
将所述可穿戴光接收器连接至所述处理设备，并将所述电信号传输至所述处理设备；和/或
还包括：
所述可穿戴光接收器将所述电信号通过无线通信方式实时发送至所述处理设备。
9.根据权利要求7所述的基于可见光通信的监控方法，其特征在于，还包括：
显示所述监控目标的预定时刻的位置信息。
10.根据权利要求8所述的基于可见光通信的监控方法，其特征在于，
所述可见光通信光源的个数为至少三个，
所述处理设备采用定位算法确定所述监控目标的预定时刻的位置信息时，将所述至少三个可见光通信光源对应的光信号进行多种组合，获取至少两个所述监控目标的预定时刻的位置信息，并依据所述至少两个监控目标的预定时刻的位置信息，得到最终的所述监控目标的预定时刻的位置信息。
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