CN111190142A - 一种基于补零法的可鉴伪光源扩容及判定方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于补零法的可鉴伪光源扩容及判定方法，属于导航定位技术领域。步骤为：首先，产生光源阵列的ID，对任意相邻发射序列延迟加任意个数的0，得到光源阵列的
Figure DDA0002360624460000011
其次，在接收端固定手机位置和姿态，用手机摄像头连拍获得多张光源图片，并对图像进行处理获得光源发射序列。最后，对相邻光源做序列相关运算得到发射序列延迟，对发射序列延迟做加和计算，判断真、假光源，进而确定光源阵列的ID，排除假光源后利用定位算法完成定位。传统的可辨别光源旋转特性的方法相比，本发明主要优势为使用同一个发射序列为每个光源提供发射序列且可提供光源ID较多，同时可简单的辨别不同光源阵列的ID，本辨别旋转特性方法简单有效易实施。

Description

一种基于补零法的可鉴伪光源扩容及判定方法
技术领域
本发明属于导航定位技术领域，涉及到可见光室内定位方法，特别涉及一种基于补零法的可鉴伪光源扩容及判定方法。
背景技术
随着LED照明产业的快速发展，以LED灯为光源的可见光室内定位技术逐渐发展起来。在专利《室内可见光室内定位中基于加和计算判断光源旋转特性的方法》中提到了利用相邻光源发射序列延迟加和的方法来辨别光源真伪。为满足光源的正常照明，该专利所提方法可使用的光源阵列较为有限，其光源阵列ID数量过少，无法满足需要较多光源阵列的情况。此外，该专利只提出如何辨别光源真伪，未提出辨别光源阵列ID的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是光源阵列ID数量较少，对于光源阵列较多的情况无法准确辨别真伪。本发明的目的是提高光源阵列ID数量，提高序列利用率，提供辨别光源阵列ID的方法，从而利用旋转特性辨别光源真伪，提高定位可靠性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于补零法的可鉴伪光源扩容及判定方法，该方法基于LED定位系统实现，所述LED定位系统包括一个或多个光源阵列和接收端。方法具体包括以下步骤：
步骤1：产生光源ID
1.1)确定一个正整数参数K。
1.2)给定一个二进制PN发射序列作为所有光源发射序列，序列长度为P，序列中“1”代表光源亮，“0”代表光源暗(或相反，既序列中“0”代表光源亮，“1”代表光源暗)。
1.3)构造数组[h1,h2,h3......hn-1]。令：n＞K,0＜hi＜P,n、hi∈N且
Figure BDA0002360624440000011
由此条件可得到hn＝KP-(h1+h2+...+hn-1)。
所述的h1,h2,h3......hn构成一个正整数的序列Hj，称之为母ID序列，其中j为光源阵列的母ID号。一个母ID号可以生成包括其自身在内的多个子ID号，子ID号用于区分不同光源阵列，同一母ID号的光源阵列的集合构成一个ID族。不同ID族通过使用不同的序列Hj进行区分，且不同的序列Hj之间不得呈循环移位的关系。所述的j的最大值记为J。
1.4)对于任意一个母ID序列Hj，在任意位置上插入任意多个0元素，使之成为新的序列R(j,k),称之为一个子ID序列，则k为其子ID号。不同的子ID序列不得相同，且之间不得呈循环移位的关系。
步骤2：每个子ID序列可以用于标志一个光源阵列。一个光源阵列由a个光源形成，其中a为其对应的子ID序列R(j,k)长度。光源B1,B2,B3......Ba按逆时针(顺时针)规律布设成一个光源阵列，构成凸的闭合的几何图形。令光源Bi与相邻的光源Bi+1间的发射序列相位差为R(j,k)(i),其中0<i<a-1。
步骤3：在接收端固定手机位置和姿态，保证连拍频率大于或等于发射序列频率，用手机摄像头连拍获得多张光源图片p1,p2...pm。
步骤4：图像处理获得光源发射序列
对步骤3得到的光源图片进行图像处理，对光斑所在像素点及周围进行统计，找出m张图像中所有光斑的位置，即找出所有子光源成像点，随机选取一个子光源成像点为起始点，按逆时针(顺时针)方向将所有子光源成像点命名为B1',B2'...Bb'。对于每个子光源成像点，m张图像依次查看该光斑像素点及周围是否存在光斑，若存在说明光源亮发射序列为“1”，不存在光斑说明光源未亮发射序列是“0”，从而获得光源的发射序列。重复上述操作，得到所有光源的接收序列。
步骤5：相邻子光源的接收序列做相关运算得到接收序列延迟h1',h2',h3'......hb'。所述的h1',h2',h3'......hb'构成一个非负整数的接收序列延迟矩阵H’。
步骤6：对接收序列延迟做加和计算：若满足等式
Figure BDA0002360624440000021
则为真光源；否则为假光源。
步骤7：将步骤5得到的接收序列延迟矩阵H’与所有R(j,k)进行匹配，与H’相同或呈循环移位关系的R(j,k)即对应该光源阵列的子ID。
步骤8：排除假光源后利用定位算法完成定位。
本发明的效果和益处是：与传统的可辨别光源旋转特性的方法相比，本发明主要优势为可提供光源ID较多，同时可简单的辨别不同光源阵列的ID，本辨别旋转特性方法简单有效易实施。
附图说明
图1为现有技术光源阵列分布图，其中，1，2，3为光源，4,5,6为相邻光源间发射序列延迟；
图2为本发明光源阵列分布图，其中1,2,3为母ID构成的光源阵列，1，1-1，2，3，3-1，3-2为子ID构成的光源阵列。其中1-1为与1发射序列同步的光源，3-1,3-2为与3发射序列同步的光源。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
具体实施过程中按发射序列延迟大小给出的设定条件发送发射序列延迟，接收端通过相关计算发射序列延迟且对结果进行加和验证。
(1)给定一个正整数K＝1。给定一个二进制PN发射序列作为所有光源发射序列，序列长度为P＝20，序列中“1”代表光源亮，“0”代表光源暗。构造数组[4,5]，因此h3＝11。
(2)插入0元素后构成新的序列[0,4,5,0,0,11]。
(2)将光源B1,B2,B3,B4,B5,B6按逆时针规律布设，形成凸的闭合的几何图形。
(3)在接收端固定手机姿态和位置，保证连拍频率大于或等于发射序列频率，连拍获得多张图片。
(4)根据图像处理获得光源发射序列。随机选取一个光源，按逆时针或顺时针方向对相邻两个光源做序列相关运算，得到光源之间的发射序列延迟h1',h2',h3',h4',h5',h6'。
(5)对发射序列延迟做加和运算。
计算得到的延迟为h1'＝0,h2'＝4,h3'＝5,h4'＝0,h5'＝0,h6'＝11，4+5+11＝20，满足
Figure BDA0002360624440000031
证明旋转特性为逆时针，是真光源。
(6)接收端计算得光源发射序列延迟序列如(5)中得到为[0,4,5,0,0,11]，与步骤(2)中的序列做匹配，辨别光源阵列ID。
(7)排除假光源后利用定位算法完成定位。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于补零法的可鉴伪光源扩容及判定方法，其特征在于，该方法基于LED定位系统实现，所述LED定位系统包括一个或多个光源阵列和接收端；方法具体包括以下步骤：
步骤1：产生光源ID
1.1)确定一个正整数参数K；
1.2)给定一个二进制PN发射序列作为所有光源发射序列，序列长度为P，序列中“1”代表光源亮，“0”代表光源暗；或相反，既序列中“0”代表光源亮，“1”代表光源暗；
1.3)构造数组[h1,h2,h3......hn-1]；令：n＞K,0＜hi＜P,n、hi∈N且
Figure FDA0002360624430000011
由此条件得到hn＝KP-(h1+h2+...+hn-1)；
所述的h1,h2,h3......hn构成一个正整数的序列Hj，称之为母ID序列，其中j为光源阵列的母ID号；一个母ID号可以生成包括其自身在内的多个子ID号，子ID号用于区分不同光源阵列，同一母ID号的光源阵列的集合构成一个ID族；不同ID族通过使用不同的序列Hj进行区分，且不同的序列Hj之间不得呈循环移位的关系；所述的j的最大值记为J；
1.4)对于任意一个母ID序列Hj，在任意位置上插入任意多个0元素，使之成为新的序列R(j,k)，称之为一个子ID序列，则k为其子ID号；不同的子ID序列不得相同，且之间不得呈循环移位的关系；
步骤2：每个子ID序列可以用于标志一个光源阵列；一个光源阵列由a个光源形成，其中a为其对应的子ID序列R(j,k)长度；光源B1,B2,B3......Ba按逆时针或顺时针规律布设成一个光源阵列，构成凸的闭合的几何图形；令光源Bi与相邻的光源Bi+1间的发射序列相位差为R(j,k)(i),其中0<i<a-1；
步骤3：在接收端固定手机位置和姿态，保证连拍频率大于或等于发射序列频率，用手机摄像头连拍获得多张光源图片p1,p2...pm；
步骤4：图像处理获得光源发射序列
对步骤3得到的光源图片进行图像处理，对光斑所在像素点及周围进行统计，找出m张图像中所有光斑的位置，即找出所有子光源成像点，随机选取一个子光源成像点为起始点，按逆时针或顺时针方向将所有子光源成像点命名为B1',B2'...Bb'；对于每个子光源成像点，m张图像依次查看该光斑像素点及周围是否存在光斑，若存在说明光源亮发射序列为“1”，不存在光斑说明光源未亮发射序列是“0”，从而获得光源的发射序列；重复上述操作，得到所有光源的接收序列；
步骤5：相邻子光源的接收序列做相关运算得到接收序列延迟h1',h2',h3'......hb'；所述的h1',h2',h3'......hb'构成一个非负整数的接收序列延迟矩阵H’；
步骤6：对接收序列延迟做加和计算：若满足等式
Figure FDA0002360624430000021
则为真光源；否则为假光源；
步骤7：将步骤5得到的接收序列延迟矩阵H’与所有R(j,k)进行匹配，与H’相同或呈循环移位关系的R(j,k)即对应该光源阵列的子ID；
步骤8：排除假光源后利用定位算法完成定位。
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