一种基于光流的可见光视觉动态定位系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于光流的可见光视觉动态定位系统，通过光流将图像灰度的变化和二维速度场联系起来，用光流场反映待测像素点运动的方向和速度，利用图像的光流场信息，能够在图像拍摄较模糊，信号点与背景点信号强度差异较小时，依然能够较为准确检测出运动LED信号点，做到高效、快速的对移动中的LED信号进行定位，极大提高了定位的准确度。

A visible light dynamic positioning system based on optical flow

The utility model discloses a visible light vision dynamic positioning system based on optical flow. It connects the change of the image gray level with the two-dimensional velocity field through the light flow, and uses the optical flow field to reflect the direction and speed of the motion of the pixels to be measured. By using the information of the optical flow field of the image, the image can be blurred, the signal point and the background point can be taken. The signal intensity difference is relatively small, still can detect the motion LED signal point more accurately, so as to achieve high efficiency and rapid positioning of the mobile LED signal, greatly improving the accuracy of the positioning.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光流的可见光视觉动态定位系统
本技术涉及光通信
，特别涉及一种基于光流的可见光视觉动态定位系统。
技术介绍
近年来，被誉为“绿色照明”的半导体照明技术迅速发展。与传统的白炽灯等照明光源相比，LED具有低功耗、寿命长、尺寸小、绿色环保等优点。与此同时，LED更具有调制性能好、响应灵敏度高等优势。将信号以人眼无法识别的高频加载到LED上进行传输，进而催生出一门能够实现照明与通信一体化的技术——可见光通信。随着现代通信技术的高速发展，对动态目标的识别追踪成为了图像处理和计算机视觉处理领域中的热门话题。对于移动中的可见光通信系统，尤其是高速移动时，加上环境中各种物品及遮挡的出现，将会对视觉检测造成干扰，产生大量冗杂信息和观测噪声。因此，如何准确、高效的对移动中的可见光通信系统定位，是其中一大挑战。大多数传统的视觉定位技术对动态目标的识别追踪时，多采用识别信号强度的算法，计算较为繁杂，定位速度较慢；而且尤其是当该系统正高速运动时，在有效去除观测噪声、提高定位的精度方面也有较大不足。因此，极有必要提出一种新型方法对可见光视觉进行动态监测。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于光流的可见光视觉动态定位系统，通过光流将图像灰度的变化和二维速度场联系起来，用光流场反映待测像素点运动的方向和速度，利用图像的光流场信息，能够在图像拍摄较模糊，信号点与背景点信号强度差异较小时，依然能够较为准确检测出运动LED信号点，做到高效、快速的对移动中的LED信号进行定位，极大提高了定位的准确度。本技术的目的通过以下的技术方案实现：一种基于光流的可见光视觉动态定位系统，包括：获取子系统、传输子系统、计算与识别子系统和多个传感器；传感器与获取子系统、传输子系统、计算与识别子系统之间均实现电气连接；获取子系统包括高速相机、LED驱动电路和LED灯具，用于检测待测像素点的光流场信息u和v；传输子系统为一段自由空间，用于把移动中LED灯具发出的可见光信号传输给光电检测器件；计算子与识别子系统包括光电检测器件、智能设备，通过光电检测器件将可见光信号相关信息输入智能设备，进行运算，对待测像素点进行分类、定位。优选的，LED驱动电路为由电学元件组成的硬件电路组成，通过电气连接封装在PCB板上。优选的，LED灯具由LED芯片通过COB封装技术封装在PCB板上。优选的，LED驱动电路和LED灯具模块之间使用电气连接。优选的，各子系统通过CPU和储存器与传感器连接，传感器通过封装进行电气连接到PCB板上。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本技术，不同于大多数传统的动态视觉定位技术，而是创造性的选择分析在可见光系统中更加容易区分信号点和背景点的光流的移动情况，克服了在系统移动的过程中，尤其是高速运动时，拍摄图像由于系统的运动导致图像中像素点不清晰，可见光信号点的信号强度与背景点的信号强度无法准确区别判断等问题。附图说明图1为实施例1基于光流的可见光动态视觉定位方法的流程图。图2为实施例2基于光流的可见光定位系统的示意图。图3为实施例2获取子系统中高速相机等器件工作示意图。图4为获取的光流场信息示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例1一种基于光流的可见光视觉动态定位方法，包括以下步骤：利用高速照相机对移动中的可见光通信系统连续拍摄，输出一系列包含有LED点的照片，提取并保存所有图片中像素点的光流场信息。根据图像传感器清晰捕获的LED信号，对于前面多张图像中，不断的任意选择其中连续两帧图像中所获取背景点及LED点的光流，建立该条件下的光流场，分别得出两者的概率密度函数；依据以上概率分布，计算得出对于在当前帧图片中所有像素点的光流场信息，在取得当前值时，分别在属于背景点或信号点的条件下的取值概率；最后利用数学变换公式，可计算出当前图片中像素点属于背景点或LED信号的概率大小；然后通过比较二者大小，对待测的像素点进行分类，最后将LED点的准确位置定位为具有最大概率属于LED信号的像素点处。具体的，假设一共有连续拍摄的若干帧图片，每帧图片中都有部分像素点为LED信号点，并可以进行移动，其余点全部为背景点。首先用光电检测器件探测LED信号点运动的轨迹，对于前面若干组中任意选择的连续两帧图像，由于拍摄的间隔时间极短，可近似认为图像的灰度不发生变化，即物体在同一位置的像素灰度保持不变，检测出图像中所有像素点的光流场，得出基本光流方程：Ixu+Iyv+It＝0；因此设光流约束因子e2，为：e2＝Ixu+Iyv+It；其中各符号表示像素点(x,y)在t时刻的成像灰度I(x,y,t)，根据H-S光流法，假设光流在整个图像上平滑变化，得出光流场全局平滑性约束方程。因此，得出全局平滑性约束因子为：其中根据光流基本方程和全局平滑性约束方程，得出的光流约束因子、全局平滑约束因子，综合考虑有，当二者都达到最小值的前提下才能得到理想的光流场估计，正确得出光流信息u,v；有，其中λ2为控制全局平滑性参数。因此，得出方程组，计算有：其中一般设为t时刻光流分量u,v的平均值。解该方程组，并写成迭代式有：即可得出u,v。其中n为迭代次数，u0,v0为光流的初始估计值，一般为零。储存背景点和信号点的u,v信息，进一步的分别计算其方差和均值，按照高斯分布建立u,v的概率密度函数：接下来，对于当前帧图片，用w1代表信号，用w2代表背景点，在智能设备中继续运行该定位系统，将采集到的像素点的u,v记录为其中i＝1表示第i个像素点，n表示第n帧的图像，n＝1,2,3...；再用光电检测器件探测出当前帧图片中某一待测点的光流场，记录u,v，依据概率密度函数，得出该像素点此时分别作为信号点和背景点的条件下，u,v取得相关值的概率，记录为进一步，考虑到光流场信息u,v之间取值相互独立，因此利用独立性原理公式：P(inf|w)＝P(u|w)*P(v|w)可得到该像素点分别在属于信号点和背景点条件下的综合概率大小，记录为最后利用贝叶斯公式计算该像素点分别属于信号点和背景点的概率。其中，在每帧图片中，有：进一步的，进行检验。在智能设备中比较和的大小，如果有则表示该像素点为LED信号点；反之该像素点即为背景点。进一步的，对下一个像素点再次进行上述步骤。最后的，定义每一帧图像中待测像素点取值最大的点为LED信号点的中心点，并将可见光定位于此。实施例2一种适用于可见光通信，利用像素点光流场信息进行信号追踪定位的系统，包括：获取子系统，传输子系统，计算与识别子系统。所述获取子系统包括：高速相机、LED驱动电路及LED灯具。高速相机能够在较短时间内连续拍摄大量图像，满足使用光流场对信号点定位的条件。LED驱动电路由电容、电阻、电感等电学元件组成的硬件电路组成，通过电气连接封装在PCB板上。LED灯具由LED芯片通过COB封装技术封装在PCB板上。LED驱动电路和LED灯具等模块之间使用电气连接。所述传输子系统为一段自由空间，用于将LED信号点发出的可见光信号通过高速相机拍摄之后，由高速相机传输给光电检测器件(LED信号点在高速移动时，一边用高速相机拍摄、一边直接将可见光信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光流的可见光视觉动态定位系统，其特征在于，包括：获取子系统、传输子系统、计算与识别子系统和多个传感器；传感器与获取子系统、传输子系统、计算与识别子系统之间均实现电气连接；获取子系统包括高速相机、LED驱动电路和LED灯具，用于检测待测像素点的光流场信息u和v；传输子系统为一段自由空间，用于把移动中LED灯具发出的可见光信号传输给光电检测器件；计算子与识别子系统包括光电检测器件、智能设备，通过光电检测器件将可见光信号相关信息输入智能设备，进行运算，对待测像素点进行分类、定位。

【技术特征摘要】
1.一种基于光流的可见光视觉动态定位系统，其特征在于，包括：获取子系统、传输子系统、计算与识别子系统和多个传感器；传感器与获取子系统、传输子系统、计算与识别子系统之间均实现电气连接；获取子系统包括高速相机、LED驱动电路和LED灯具，用于检测待测像素点的光流场信息u和v；传输子系统为一段自由空间，用于把移动中LED灯具发出的可见光信号传输给光电检测器件；计算子与识别子系统包括光电检测器件、智能设备，通过光电检测器件将可见光信号相关信息输入智能设备，进行运算，对待测像素点进行分类、定位。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉香，关伟鹏，阮映枫，谢灿宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44