[发明专利]摄像头室内可见光定位系统中一种消除背景光扰动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄像头室内可见光定位系统中一种消除背景光扰动的方法，属于可见光通信技术领域。

背景技术

基于可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)技术的室内定位方案具有两大优势：1)利用半导体发光二极管(LightEmittingDiode,LED)发射的白光作为定位信号的载体，没有电磁辐射，不受应用环境的限制；2)基于VLC技术的室内定位系统与未来的LED照明兼容，不需要昂贵的硬件设备投入，成本比较低。近年来，使用手机摄像头进行室内可见光定位的方法中，通常存在如下缺陷：包括用于照明在内的背景光的随机变化会严重影响定位系统的稳定性。为解决这个问题，本发明提出一种消除采用摄像头的室内可见光定位系统中背景光扰动的方法，采用多次迭代平均的方法对摄像头探测的信号进行处理，有效提高室内定位系统的稳定性，但增加的运算量可以忽略不计。

发明内容

本发明的目的是为解决现有采用摄像头进行室内定位的系统中背景光扰动影响定位稳定性的问题，提供摄像头室内可见光定位系统中一种消除背景光扰动的方法以及基于此方法的定位系统。

本发明的技术核心是：LED异步发送信号,采用多次迭代平均的方法消除摄像头探测的信号中背景光的扰动，实现室内可见光定位并提高定位的稳定性。其中心思想为：对不同LED施加不同频率信号，利用智能终端的摄像头接收LED发送的信号并形成图像，通过算法区分不同LED：即利用摄像头接收LED发送的信号、形成图像并将其转换为灰度图像，然后对灰度图像中的灰度值取连续N点迭代平均，然后将灰度图像中的灰度值减去N点迭代平均得到的灰度值，即实现背景光扰动的消除，再对消除背景光扰动后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)，取FFT幅度谱峰值对应的频率，重复上述过程M次，取M次结果中的最大频率值与智能终端内置的LED频率-坐标数据库比对，得到LED灯的坐标，从而定位带有摄像头的设备。

本发明提供了摄像头室内可见光定位系统中一种消除背景光扰动的方法，包括以下步骤：

步骤一、对LED阵列中的每个LED进行频率分配，即每个LED发送与所分配频率对应的周期信号，在发送端，采用处理器产生所分配频率的周期信号并驱动LED发送可见光周期信号；

步骤一中的LED阵列是指进行室内可见光定位的所有LED的集合；周期信号既可以是正弦波周期信号也可以是方波周期信号；LED发送的可见光周期信号，其频率大于50赫兹，使人眼看不到闪烁；不同LED之间独立发送信号，即相互不影响；

步骤二、在智能终端中记录每个LED发送频率所对应的位置信息，并建立频率-坐标数据库；

其中，所述的智能终端是摄像头的载体，且智能终端可以是智能手机、ipad、itouch、ipod、笔记本以及微型计算机类型的有处理能力的、带摄像头的智能终端或非智能终端；

步骤三、在接收端，采用智能终端的摄像头对准LED，接收LED发送的信号并形成图像，摄像头产生的图像传输到智能终端的处理模块；

步骤四、在智能终端的处理模块，对图像进行处理，具体步骤如下：

步骤4.1将图像转换为灰度图像；

步骤4.2通过查找灰度值的最大值确定灰度图像上LED的位置；

步骤4.3采用形心法确定灰度图像上LED的中心点，取中心点所在行的灰度值；

步骤五、将步骤四获取的一行灰度值作为原数组，采用迭代法，依次类推生成新数组，具体过程为：

取其中第1到第N个元素取平均，作为新数组的第一个元素，然后再取第2到第N+1个元素取平均作为新数组的第二个元素，以此类推，直至原数组的所有元素都参与了取平均过程；

所述的N取值范围为2到原数组的长度；

步骤六、消除背景光扰动，具体过程为：步骤四获取的一行灰度值作为原数组，减去步骤五得到的新数组，所得差值为消除背景光扰动后的信号；

步骤七、在智能终端的处理模块中，对步骤六得到的消除背景光扰动后的信号进行FFT，得到幅度谱；

步骤八、根据步骤七得到的幅度谱的频率分布确定LED发送的频率，再根据LED发送的频率确定LED的位置，具体步骤如下：

步骤8.1查找幅度谱峰值强度所对应的频率值；

步骤8.2跳回步骤三，重复步骤三至步骤8.1，重复该过程M次，得到由M个频率组成的数组；

步骤8.2中所述的M大于等于2，M值大小的选取取决于智能终端的处理模块的运算速度，一般来说，智能终端的处理模块运行速度越快M选择越大；