一种基于软阈值的室内可见光定位系统图像解码优化方法技术方案

本发明专利技术是一种基于软阈值的室内可见光定位系统图像解码优化方法，属于通信网技术领域，该方法包括以下步骤：获取室内可见光定位系统拍摄的LED图像；对LED图像进行预处理；对预处理后的图像，进行像素强度采样，获得LED感兴趣区域；遍历LED感兴趣区域，得到明暗条纹序列以及各条纹宽度；对感兴趣区域中有两条最宽明条纹和有一条明最宽明条纹的情况，分别进行解码，得到LED感兴趣区域的解码序列；将LED感兴趣区域的解码序列与该序列在数据库中的解码序列相匹配，判别是否为有效编码光源信标。本发明专利技术提供的该方法突破传统算法设定硬阈值对通信距离的限制，放宽了可见光定位系统中接收机与光源的通信距离范围。收机与光源的通信距离范围。收机与光源的通信距离范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于软阈值的室内可见光定位系统图像解码优化方法


[0001]本专利技术属于通信网
，涉及一种基于软阈值的室内可见光定位系统图像解码优化方法。

技术介绍

[0002]在信息技术高速发展的背景下，基于位置的服务(Location Based Services， LBS)正逐渐成为炙手可热的研究热点。近年来，随着人们在室内工作和学习的时间越来越多，对室内定位技术的需求正在增加。在室内环境下，由于房屋楼宇的遮挡，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的卫星信号表现极弱，不能满足室内定位的高精度要求。Wi
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Fi(Wireless
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Fidelity)、蓝牙、红外线、超宽带(Ultra Wide Band，UWB)、射频识别(Radio Frequency Identification， RFID)、ZigBee和超声波等是目前常见的室内定位技术。然而，这些定位技术很难在定位精度和系统部署成本之间找到平衡，部分技术还易受外界干扰。
[0003]发光二极管(Light Emitting Diode，LED)为照明和通信领域的带来了新革命，LED是一种广泛用于室内照明的基础设施，其成本较低。通过设置建立合理的驱动电路，实现LED在“on”和“off”状态之间的快速切换，用于高速数据通信。室内可见光定位技术采用LED作为发射器发送通信信标，该信标信息在传输过程中不受无线信号干扰，实现了高精度定位。
[0004]基于LED的可见光定位系统通常由一个发射端和一个接收端组成，以基于成像型的可见光定位系统为例的系统流程为例，首先，由硬件设备调制的LED 光源发出唯一的身份识别(Identity recognition，ID)信息，代表现实世界的坐标；然后，使用智能手机的前置摄像头捕获LED并对其进行解调以获取ID；最后，通过定位算法计算定位结果；
[0005]2011年，意大利的Cossu Giulio等人实现了基于OFDM调制技术在90cm 的传播距离内高达300Mbps的数据传输速率，并采用三角定位算法对可见光定位的可行性进行了论证
[1]；
[0006]2013年，Y.Nakazawa等人提出了基于图像传感器的机器人的定位
[2]；位置数据信息由天花板上的LED来发送，机器人上装有两个功能不同的图像传感器，其中一个通过接收到的图像确定入射光方向，另一个传感器则进行信息解调的操作，结果显示，机器人能够以厘米级的精度检测自身的位置并控制自身活动。
[0007]2017年，T.Akiyama等人设计了一种智能手机定位系统，将白光与声波经调制后由发射端发出，由智能手机接收。手机通过测量声波的传递时间，利用多点延迟实现定位功能
[3]。同年，Li等人提出了一种基于粒子滤波的可见光与惯性导航融合的室内定位方案。该系统使用粒子滤波算法交叉处理可见光定位和惯性导航的数据，解决可见光定位技术中多径效应和惯性导航中累计误差的问题
[4]。
[0008]2019年，北京邮电大学团队提出了一种基于单个图像传感器的定位算法。其中考虑到LED成像面积，并采用改进的双线性插值算法计算像素坐标。仿真结果显示该方案的定
位精度可达厘米级
[5]。
[0009]基于图像传感器的可见光定位系统利用互补金属氧化物半导体 (Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器捕获LED的信标；通过CMOS传感器的卷帘机制逐行曝光扫描的特点，在曝光过程中控制LED 灯的“开”和“关”(即传输的信标信息)，会在CMOS传感器所捕获的图像上产生明暗条纹。
[0010]现有的可见光定位系统多数采用硬阈值计算条纹宽度对捕获的LED信标进行解码。条纹的宽度由光信号强度和持续时间决定，光源和接收机的距离会影响光信号强度。当光通信距离发生改变，接收机捕获的光信号强度随之改变，从而导致捕获的明暗条纹宽度不符合硬阈值条件，不能正确解码，影响系统的信标解码正确率。另外，在接收机移动状态下，捕获的LED图像会产生模糊效应，各条纹宽度会相应变化，也会影响系统的信标解码正确率。

技术实现思路

[0011]为了弥补现有可见光定位系统对LED信标识别与解码研究的不足，本专利技术提供本专利技术采用的技术方案是：
[0012]一种基于软阈值的室内可见光定位系统图像解码优化方法，包括以下步骤：
[0013]获取室内可见光定位系统拍摄的LED图像；
[0014]对LED图像进行预处理；
[0015]对预处理后的LED图像，进行像素强度采样，获得LED感兴趣区域；
[0016]遍历LED感兴趣区域，得到明暗条纹序列以及各条纹宽度；
[0017]对感兴趣区域中有两条最宽明条纹和有一条明最宽明条纹的情况，分别进行解码，得到LED感兴趣区域的解码序列；
[0018]将LED感兴趣区域的解码序列与该序列在数据库中的解码序列相匹配，判别是否为有效编码光源信标。
[0019]进一步地：所述对LED图像进行预处理包括以下步骤：
[0020]对LED图像进行灰度化处理；
[0021]对LED图像灰度化处理后的图像进行大津(OTSU)二值化处理。
[0022]进一步地：所述对预处理后的图像进行像素强度采样，按照按行与列等距离的像素强度进行采样，提升解码方法的执行效率；
[0023]进一步地：所述对感兴趣区域中有两条最宽明条纹和有一条明最宽明条纹的情况，分别进行解码，得到LED感兴趣区域的解码序列；具体过程如下：
[0024]当感兴趣区域中有两条最宽明条纹时，以两条最宽明条纹为编码周期序列头，依次两条最宽明条纹中间的条纹采用与最窄条纹进行宽度比较的方法进行判断；
[0025]当感兴趣区域中有一条最宽明条纹时，设编码周期序列共有x条，取该条纹的前1/2x
‑
1条和后1/2x条之间条纹序列，依次对这x条条纹采用与最窄条纹进行宽度比较的方法进行判断。
[0026]考虑捕获LED感兴趣区域中完整的序列头个数不定的情况，优化解码方法；
[0027]利用明暗条纹之间的宽度比对明暗条纹序列进行解码，扩大了正确解码的通信距离范围，充分考虑图像上仅出现一个编码周期序列头情况，该方法为应对图像上编码周期
序列头不确定的情况，提出不同解码策略寻找解码区间。
[0028]进一步地：所述与最窄条纹进行宽度比较的方法具体如下：
[0029]最窄条纹的编码长度为一个单位；
[0030]在当前条纹为暗条纹时，如果当前条纹宽度为最窄暗条纹的M倍，为了防止最窄条纹发生边缘模糊，条纹部分被“吞噬”现象，以上，则判定该条纹为“00”，否则为“0”,其中1.5<M<2，M的优先值为1.65；
[0031]在当前条纹为明条纹时，如果当前条纹宽度为最窄明条纹的M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于软阈值的室内可见光定位系统图像解码优化方法，其特征在于：包括以下步骤：获取室内可见光定位系统拍摄的LED图像；对LED图像进行预处理；对预处理后的LED图像，进行像素强度采样，获得LED感兴趣区域；遍历LED感兴趣区域，得到明暗条纹序列以及各条纹宽度；对感兴趣区域中有两条最宽明条纹和有一条明最宽明条纹的情况，分别进行解码，得到LED感兴趣区域的解码序列；将LED感兴趣区域的解码序列与该序列在数据库中的解码序列相匹配，判别是否为有效编码光源信标。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：所述对LED图像进行预处理包括以下步骤：对LED图像进行灰度化处理；对LED图像灰度化处理后的图像进行大津二值化处理。3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：所述对预处理后的图像进行像素强度采样，按照按行与列等距离的像素强度进行采样。4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于：所述对感兴趣区域中有两条最宽明条纹和有一条明最宽明条纹的情况，分别进行解码，得到LED感兴趣区域的解码序列；具体过程如下：当感兴趣区域中有两条最宽明条纹时，以两条最宽明条纹为编码周期序列头，依次两条最宽明条纹中间的条纹采用与最窄条纹进行宽度比较的方法进行判断；当感兴趣区域中有一条最宽明条纹时，设编码周期序列共有x条，取该条纹的前1/...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝婧羽，刘翔宇，刘保睿，郭磊，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：