基于图像传感技术的室内可见光定位系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像传感器的室内可见光定位系统及其方法，涉及光通信定位技术。本系统是：由前后连接的可见光定位的发射端和可见光定位的接收端组成；开发板、放大、驱动电路和可调制LED光源依次连接，稳压电源和放大、驱动电路连接；可见光定位的接收端是一种含有图像传感器的智能终端设备，内嵌有光源坐标获取模块、图像中数据处理模块和定位模块，光源坐标获取模块和图像中数据处理模块分别和定位模块交互。与现有技术相比，本发明专利技术具有下列优点和积极效果：

【技术实现步骤摘要】
基于图像传感技术的室内可见光定位系统及其方法


[0001]本专利技术涉及光通信定位技术，尤其涉及一种基于图像传感器的室内可见光定位系统及其方法。

技术介绍

[0002]卫星定位系统(BDS、GPS、GNSS、GSNS)能够提供实时定位和导航，然而在室内等封闭环境中，卫星定位系统的定位和导航是不准确和不连续的，因为卫星传输的信号通常会被云层、天花板、墙壁等其它障碍物阻碍而衰减甚至中断，这也成为定位服务中的一个热门话题——“最后一米”的问题。Wi
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Fi、蓝牙(Bluetooth)、射频识别(RFID)、超声波(Ultrasound)、超宽带(Ultra
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Wideband)和紫峰(ZigBee)等已被提出用于改善室内定位的性能，但由于无线电波的局限以及定位精度低，部署成本高等因素的限制，这些技术也都有着许多不可避免的缺点。
[0003]随着经济和科技的发展，室内定位的需求越来越多，智能物流，智能家居，物联网等产业的发展都需要更高精度的室内定位。近年来研究人员提出了基于可见光的定位方法，这种方法兼顾照明，通信与定位于一体，具有定位精度高、部署花费少、没有电磁辐射、绿色节能、没有频谱许可限制和高速率的特点。
[0004]目前，实现可见光室内定位的方法主要有两大类：一是基于光电探测器(PD)为可见光定位接收端的定位方法，通过测量LED光源在定位点处的入射信号强度或入射角度等入射信息，根据信号的空间衰减模型，已有多种方法被提出以实现定位。但这些定位方法易受到室内多径信号的干扰，以及当遮挡严重时无法完成定位，且不适用于对高速移动的物体实施定位等。二是基于(CMOS/CCD)图像传感器为可见光定位接收端的定位方法，主要是基于CMOS图像传感器的卷帘门模式拍摄LED光源得到明暗相间的条纹图片，或是仅将拍摄得到的光源光斑视为一点，通过拍摄、分析得到多个光源点之间的位置关系从而实现定位；或是具体分析拍摄到的光源光斑，获得其几何特征从而实现单灯或多灯定位。
[0005]本专利技术则提出了由图像传感器测量LED光源的入射光信号的光照度，根据信号能量的空间衰减模型获得LED光源距定位点处的直线距离，继而实现室内可见光的定位。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于图像传感器的室内可见光定位系统及其方法，即利用图像传感器来检测LED光源的光照度从而实现室内可见光定位的系统及其方法，并且能够避免多光源间的互相干扰问题，提高了定位系统的抗遮挡能力，能够在不影响正常通信的前提下实现定位。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术通过如下技术方案实现：
[0008]一、基于图像传感器的室内可见光定位系统(简称系统)
[0009]由前后连接的可见光定位的发射端和可见光定位的接收端组成；
[0010]可见光定位的发射端由开发板、放大、驱动电路、稳压电源和可调制LED光源组成，
开发板、放大、驱动电路和可调制LED光源依次连接，稳压电源和放大、驱动电路连接；
[0011]可见光定位的接收端含有图像传感器的智能终端设备，内嵌有光源坐标获取模块、图像中数据处理模块和定位模块，源坐标获取模块和图像中数据处理模块分别与定位模块交互。
[0012]二、基于图像传感器的室内可见光定位方法(简称方法)
[0013]本方法包括下列步骤：
[0014]①
将当前可调制的LED光源的位置信息通过预设的编码、调制方法将其转变为由LED发射的二进制编码信息，并采用时分复用的方法使可调制的LED光源在不同时刻发送信息；
[0015]②
在定位点由带有图像传感器的智能设备拍摄得到明暗相间的条纹图片，将光信号转换为原始像素的灰度值；
[0016]③
判断图像传感器的视野是否有被遮挡，若被遮挡，则对被遮挡的图像传感器的成像平面区域采用灰度值的补偿算法；
[0017]④
计算获得图片中明条纹中像素的平均灰度值，以及暗条纹中像素的平均灰度值；
[0018]⑤
将其代入光照度值与平均灰度值的公式中，计算获取所述LED光源在定位点处的光照度；
[0019]⑥
从图像信息中获取定位点距光源的垂直距离；
[0020]⑦
由定位点处的光照度值以获得LED光源距该定位点的直线距离；
[0021]⑧
用三角函数计算得到定位点的空间坐标，同时对坐标筛选以得到正确的定位结果。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有下列优点和积极效果：
[0023]①
利用图像传感器获取光照度值法：由带有图像传感器的智能设备可以直接通过计算获取光源在定位点处的光照度值，使得不需要再添加额外的辅助设备就能够获得光源信息；
[0024]②
遮挡像素的灰度补偿法：根据图像传感器得到的原始像素灰度值的变化和分布规律，对被遮挡的图像传感器的感光区域的灰度值补偿，能够提高定位系统的抗遮挡能力；
[0025]③
智能终端转动坐标筛选法：通过旋转定位终端的位置，就可筛选出正确的定位坐标；
[0026]④
在可见光通信的同时实现可见光定位：因为实现定位只需获取由图像传感器拍摄的条纹图片而得到的光照度值，所以在合适的编码规则的前提下，在实现室内可见光定位的同时也不影响正常的基于图像传感器的可见光通信。
附图说明
[0027]图1是本系统的结构方框图，图中：
[0028]10—可见光定位的发送端，
[0029]11—开发板，
[0030]12—放大、驱动电路，
[0031]13—稳压电源，
[0032]14—可调制LED光源；
[0033]20—可见光定位的接收端，
[0034]21—图像传感器，
[0035]22—光源坐标获取模块，
[0036]23—图像中数据处理模块，
[0037]23—定位模块；
[0038]图2是本方法的步骤图；
[0039]图3是本方法中步骤
②
的图像传感器的流程图；
[0040]图4是本方法中步骤
⑤
的计算说明模型图；
[0041]图5是本方法中步骤
⑥
中垂直高度获取的求解示意图；
[0042]图6是本方法中步骤
⑦
中水平距离获取的求解示意图；
[0043]图7是本方法中步骤
⑧
中获取的可能定位坐标示意图；
[0044]图8是本方法中步骤
⑧
中坐标筛选的原理和操作图。
具体实施方式
[0045]下面结合附图和实施例详细说明：
[0046]一、系统
[0047]1、总体
[0048]如图1，本系统由前后连接的可见光定位的发射端10和可见光定位的接收端20组成；
[0049]可见光定位的发射端10由开发板11、放大、驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像传感器的室内可见光定位系统，其特征在于：由前后连接的可见光定位的发射端(10)和可见光定位的接收端(20)组成；可见光定位的发射端(10)由开发板(11)、放大、驱动电路(12)、稳压电源(13)和可调制LED光源(14)组成，开发板(11)、放大、驱动电路(12)和可调制LED光源(14)依次连接，稳压电源(13)和放大、驱动电路(12)连接；可见光定位的接收端(20)是一种含有图像传感器(21)的智能终端设备，内嵌有光源坐标获取模块(22)、图像中数据处理模块(23)和定位模块(24)，光源坐标获取模块(22)和图像中数据处理模块(23)分别和定位模块(24)交互。2.按权利要求1所述的一种基于图像传感器的室内可见光定位系统，其特征在于：所述的图像传感器(21)的结构是：光源、像素光电二极管阵列(300)、放大器(301)、模数转换器(302)、原始像素灰度值(303)和数字信号处理依次连通；图像传感器(21)将在曝光时间内入射到像素光电二极管阵列(300)的感光区域上的一定数量的光子转换为一定数量的电子，然后通过存贮这些电荷的电容将其转换为一定幅度的电压信号，此信号经过放大器(301)、模数转换器(302)最终变为数字图像中的原始像素灰度值(303...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春勇，王猛进，倪文军，侯金，陈少平，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：