[发明专利]一种基于手机摄像头的可见光室内定位系统及定位方法

说明书

一种基于手机摄像头的可见光室内定位系统及定位方法，系统包括发送端子系统以及接收端子系统，发送端子系统包括依次相连的微控制器、串口模块、缓存电路、LED驱动电路和LED光源，接收端子系统包括带有摄像头以及室内定位模块的手机。首先通过微控制器将所要传送的位置坐标信息进行编码，编码后的数据流经过缓存后再输入到LED驱动电路的输入端口中，从而控制LED光源的高速闪烁，然后再通过手机对LED光源发出的光进行拍照，得到明暗变化的条纹图像，图片聚类之后采用曲线拟合产生一条动态的门限来判断当前亮度所代表的信息为“0”还是“1”，解码获得坐标信息。本发明可靠性高，并且抗干扰能力较强。

技术领域

本发明属于光通信领域，涉及一种基于手机摄像头的可见光室内定位系统及定位方法。

背景技术

目前，全球定位系统(GPS)是最为广泛应用的定位系统。但是，由于GPS信号会被建筑物的屋顶和墙壁挡住，加之室内多径现象严重，因而在室内会非常微弱甚至消失，这就导致GPS的定位精度大幅下降，通常误差达到数十米，已经难以满足用户的室内定位需求。而在现代社会中，人们大部分时间是在室内活动的，例如在大型商场、地下停车场、图书馆、博物馆等大型室内空间，所以更加迫切需求一种更有效、精度更高的室内定位系统。

近年来，以发光二极管(LED)为代表的享有“绿色照明”称号的新型半导体照明技术发展极为迅猛。白光LED的优点在于功耗低、使用寿命长、尺寸小而且绿色环保，与传统照明光源相比，LED调制性能更好，响应灵敏性更高。而可见光通信技术利用LED的特性，在既满足照明要求的同时又将信号调制在LED上进行数据传输。可见光通信技术也被开发来传输用于定位的标识信息，其利用可见光(颜色、强度或位置)的变化传输标识信息。这种用于传输标识信息的通信技术是基于高频闪烁的光信号。具体地，待传输标识信息首先被编码为数字信号；然后该数字信号被用于调制光源的驱动电流或驱动电压的持续时间或频率，使得光源高频闪烁。该高频闪烁信号可以由光敏装置检测到，例如，图像传感器。图像传感器可基于“卷帘快门”机制在不同时间曝光，即传感器的不同部分，每行或每列在不同时间曝光。基于该特征，当拍摄亮度快速变化的光源的图像时，带有卷帘快门的图像传感器可获取包含明条纹或暗条纹的图像。通过测量条纹的宽度，可计算光源驱动电流和驱动电压的频率，因此，可恢复所传输的标识信息。传统意义的可见光通信的接收是利用接收端的光电检测(PD)进行接收光信号，转换成电信号后进行信息处理。因此，可见光通信接收设备必须具有光信号接收及光电转换功能。研究表明，目前市场上带有摄像头的手机正好能够替代包含PD的接收端。而如今智能手机已经稳稳的占据了手机主流市场，4G已经完全普及，5G时代也即将来临，智能手机即将完全统一手机市场。并且基于智能手机具有开放性的操作系统、运行速度快、功能完善、设计人性化等特点，为摄像头的正常工作提供了便利。

如今电子产品市场上的智能手机都普遍为CMOS摄像头，CMOS摄像头采用卷帘快门模式进行曝光，它不同于全局快门模式(一次对整个帧进行曝光)，而是对每一行像素依次进行曝光。因此，在接收LED灯发出的高频白光信号(频率远高于CMOS图像传感器帧率)时，CMOS摄像头会拍摄出由明暗条纹交错分布的卷帘效应图案。在卷帘效应图案中，选取中间列像素灰度值进行数据读取，将明条纹的行像素记录为逻辑字节“1”，暗条纹的行像素记录为逻辑字节“0”，在一帧内可以进行多个逻辑字节的传输，实现短距离可见光通信。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中可见光通信实施不便的问题，提供一种基于手机摄像头的可见光室内定位系统及定位方法，利用手机摄像头的卷帘快门的工作方式接收LED发送的可见光信息，进而实现室内定位，具有很高的可靠性，并且抗干扰能力较强。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：