[发明专利]一种可见光导航通信一体化中易识别的光源波形设计方法

权利要求书

1.一种可见光导航通信一体化中易识别的光源波形设计方法，为可见光室内导航、通信系统的发射端也即光源阵列提供一种易识别的波形设计，其特征在于，设定发射端为一组或多组光源阵列，接收端为图像传感器；发射端每2个子光源构成一组光源对，l个光源对构成光源阵列其中m表示光源阵列的数量，l表示光源对的数量，m、l的数量以及光源阵列的布局根据实际环境布设，子光源按照预设发送不同的序列；方法具体分为两部分：第一部分：发射端部分

步骤1：对光源进行布设

选择多组光源阵列作为室内照明、导航、通信一体化的发射端，各光源对的数量及排列方式按实际环境要求布设；

步骤2：对光源进行调制

光源对发射两次序列周期为的信息序列Se表征各光源的发射信息，即光源对的发射信息序列为：其中为n个码元的周期，为二进制码元，码长n可根据实际情况调制；光源阵列将信息序列以高频闪烁的形式发射出来，序列中二进制码元“1”表示光源亮，码元“0”表示光源灭；

步骤3：添加常亮序列

为确保接收步骤快速识别光源，为每个子光源添加两个的序列周期、码长为n的常数序列：其中代表二进制全“1”码元；

步骤4：分配常亮序列

为确保在一个周期内能采集到子光源信息发射序列和常亮序列的成像，将常亮序列进行移位，即光源对的常亮序列间总是存在的延迟，因此T内光源对的总发射序列分别为：

其中，光源阵列以T为周期广播总发射序列，T受限于接收机的曝光时间T_r，T≥4T_r；

第二部分：接收机部分

步骤1：选择图像传感器作为接收端，在T内对准光源阵列连续拍摄获取4张照片P_i,i＝1,2,3,4，光源的闪烁频率必须设置为小于图像传感器的行扫描频率，在曝光时间内可以得到圆形或者椭圆形的光斑图像，其中①常亮序列s成像为明亮光斑，②信息发射序列Se成像为明暗相间的全条纹，③介于两者之间的序列成像为半亮半条纹图像；

步骤2：光源识别

2.1)对步骤1得到的光源图片进行图像处理，得到二值化后的图像P_i'及其像素矩阵B′_i(x,y)_M×N,i＝1,2,3,4以及连通后的像素矩阵B″_i(x,y)_M×N,i＝1,2,3,4，其中(x,y)为像素点的图像坐标，N为每行的像素数，M为每列的像素数，并且B′_i(x,y)、B″_i(x,y)是亮度值仅由0、1构成的M×N的二维矩阵；选定子光源对任一B″_i中的像素值逐列扫描，记录该子光源首次出现像素值不为0的列数c_l1及像素值再次为0的列数c_l2，同理检测行像素，记录首次出现像素值不为0的行数r_l1，以及像素值再次为0的行数r_l2，得到构成光源矩形边框的四个边界值[c_l1,c_l2]、[r_l1,r_l2]；

2.2)对B′_i,i＝1,2,3,4中的在列处、r_l1行到r_l2行的所有像素点的亮度值进行累加其中累加值最大者I_max判定为全亮光斑即常亮序列的成像，累加值最小者I_min为全条纹图像即信息发射序列的成像，介于两者之间的累加值I_mid则为信息发射序列和常亮序列的混合成像；

2.3)计算步骤2.2)中得到的累加值最大的光源图中光源的二维图像质心坐标即边框的质心坐标：并记录该全亮光斑所在的图像P_i'；

步骤3：解码发射序列

对步骤2.3)记录的P_i'的不相邻的光源图像进行处理，该不相邻的光源图像是与P_i'中的全光班图像对应的全条纹图像，利用霍夫变换或者快速傅里叶变换识别子光源的n位信息发射序列

步骤4：重复步骤2-3，直到获取剩余子光源的二维图像坐标和信息发射序列

步骤5：查找数据库中解码得到的发射序列所对应的光源三维世界坐标及2.3)中得到的光源二维图像坐标，利用坐标间的几何关系实现接收端的定位、通信。