[发明专利]一种带车牌辅助定位的可见光通信车灯追踪方法

摘要

本发明公开了一种带车牌辅助定位的可见光通信车灯追踪方法。设置一种定位追踪装置，包括收发机和用户接口；收发机，包括图像采集器、图像处理器、光电接收器阵列、判决器、通信车灯和驱动器；用户接口，包括输入模块、收发控制器和显示器；可见光信号以数据帧的形式发送；配备了该装置的车辆与另一个配备了同样装置的车辆建立通信，由图像采集器获取图像信息，图像处理器根据图像信息识别图像中车牌的位置以及车牌号；再由此定位追踪通信车灯的位置；以此保持通信不中断。本发明方法，采用可见光通信、图像采集识别技术，将成像和非成像技术结合，提高车辆间可见光通信的稳定性和准确性。

主权项

一种带车牌辅助定位的可见光通信车灯追踪方法，其特征在于具体步骤为：(1)设置一种定位追踪装置，包括：收发机和用户接口；收发机，包括：图像采集器、图像处理器、光电接收器阵列、判决器、通信车灯和驱动器；用户接口，包括：输入模块、收发控制器和显示器；图像采集器与图像处理器电连接,光电接收器阵列与判决器电连接,光电接收器阵列与图像采集器电连接, 通信车灯与驱动器电连接；收发控制器分别与驱动器、图像处理器、判决器、输入模块、显示器电连接；图像采集器，用于采集实时影像，以得到获取图像信息，并输出给图像处理器；图像处理器，用于根据图像采集器输出的图像信息，识别出图像中的车牌的位置，以及车牌号；光电接收器阵列，阵列中的每个光电接收器，都与图像采集器的一个像素点对应，用于感应该像素点位置灯光发出的可见光信号，并转换为模拟电信号输出；判决器，用于根据收发控制器的指令，选择光电接收器阵列中相应的光电接收器的模拟电信号输出，并转换成相应的数字信号并输出；通信车灯，用于发送可见光信号，通信车灯使用汽车的前照灯、示廓灯、刹车灯；驱动器，用于驱动通信车灯发出可见光信号；输入模块，用于输入控制指令、需建立通信的车牌号；显示器，用于显示装置需要显示的图文信息，图文信息，包括：车牌号、人机交互信息、图像采集器的实时影像；收发控制器，用于实现：1、对输入模块的输出进行处理，识别出控制指令、通信信息、车牌信息；2、接收图像处理器输出的车牌号，车牌的位置，并确定需要建立连接的车辆车牌号，以及该车牌的位置；3、根据车牌的位置，搜索确定该车牌的车辆通信车灯的位置；4、根据通信车灯的灯光位置信息，控制判决器选择对应图像采集器上像素点的光电接收器，并接收判决器的数字信号输出；5、将判决器的数字信号输出进行解析，得到相应的控制指令、通信信息；6、保存有车牌数据库；7、根据输入模块的输出，生成可见光通信的数据帧，并根据数据帧给驱动器发出信号，再由驱动器驱动通信车灯发出可见光信号；可见光信号以数据帧的形式发送，数据帧包括：同步码、目标车牌、源车牌、数据类型、数据长度、数据、校验信息，共7个字段；同步码，用于保持会话双方的两个装置的数据收发时钟同步，以及表示一个数据帧的开始；目标车牌，用于表示需要进行会话的对方车辆车牌号；源车牌，用于表示进行会话的己方车辆车牌号；对于警车、救护车，该字段可以是车辆本身的车牌号信息，也可以是专用的数字组合；数据类型，用于表示本数据帧的类型，数据帧的类型包括：会话请求、会话数据、会话请求应答、会话请求应答确认，会话请求数据帧由会话发起端发出，用于表示向会话响应端发送会话建立的请求；会话请求应答数据帧由会话响应端发出，用于表示向会话发起端发送会话建立的请求应答；会话请求应答确认数据帧由会话发起端发出，用于表示收到会话请求应答数据帧，确认建立连接；会话数据帧，用于携带要发送会话的信息；数据长度，用于表示一个数据帧中数据字段的长度；数据，用于放置会话的控制指令、通信信息；校验信息，用于检验数据帧是否有错误，对于在传输过程中出现的错误进行纠正；(2)配备了步骤(1)设置的定位追踪装置的车辆要与另一个配备了同样装置的车辆建立通信，并且保持通信不中断，需要时刻根据对方车辆的车牌的移动，追踪对方的通信车灯，过程及方法如下：由图像采集器，采集实时影像，以获取图像信息，并输出给图像处理器；图像处理器根据图像采集器输出的图像信息，识别出图像中的车牌的位置，以及车牌号；再由装置根据车牌的位置以及车牌号确定通信车灯的位置；在搜索并确定一个车牌的位置后，定位其通信车灯的位置，定位追踪的过程如下：D1、确定一个车牌的位置，以及该车牌在图像采集器获取的影像中，车牌长边占用的像素点个数a，车牌宽边占用的像素点个数b；D2、构造坐标系：以车牌的两个对角线交点为坐标系原点，以通过原点且平行于长边的直线为横轴，右侧为横轴正方向；垂直于长边的为纵轴，上方为纵轴正方向，一个像素点为坐标系长度单位；构造坐标系：以车牌的下底边的中心为坐标系原点，以该长边的延长线为横轴，右侧为横轴正方向；垂直于长边的为纵轴，上方为纵轴正方向，一个像素点为坐标系长度单位；D3、构造一个120度的等腰三角形：等腰三角形的顶角为坐标系原点，两条腰分别与坐标系横轴的正半轴呈‑60度和+60度，以距离坐标系原点2倍车牌长度b为高；D4、在D3构造的该等腰三角形区域内，从左向右扫描搜寻该车的车牌右侧的车灯，D4的子过程如下：D4.1、从左向右，以横轴为起点，分别向上和向下逐列搜索，当搜索到右侧的亮度值发生上升跳变的像素点就预测为灯光所在的区域；D4.2、以坐标系原点为射线的原点，经过该上升跳变的像素点的射线，继续沿该射线方向搜索下降跳变，直到搜索到下降跳变的像素点或者搜索到影像的边界；构造一个线段：就以该射线中的上升跳变的像素点为一端，下降跳变的像素点或者影像的边界为另一端；D4.3、由收发控制器控制判别器选择该线段中心所在的像素点在光电接收器阵列中所对应的光电接收器的输出；D4.4、再由收发控制器根据判决器的输出，尝试解析数据帧，如果能够解析出数据帧，就对数据帧进行验证：如果数据帧中的源车牌字段跟该车牌一致，则确定该灯光为该车牌的通信车灯发出，并接收该可见光信号，进入D5；如果无法解析数据帧，则将进入D4.5；D4.5、以上一个搜索到的亮度值发生上升跳变的像素点的开始，在D3构造的该等腰三角形区域内，继续沿原来的搜索方向搜索那一列的第二个亮度值发生上升跳变的像素点，如果能够搜索到，则进入D4.2；否则进入D4.6；D4.6、以D4.5搜索的那一列的下一列开始，继续执行D4.1；D5、当确定了右侧的灯光后，再搜索车牌左侧的车灯，同样先构造一个等腰三角形：构造一个120度的等腰三角形：等腰三角形的顶角为坐标系原点，两条腰分别与坐标系横轴的负半轴呈‑60度和+60度，以距离坐标系原点2倍车牌长度y为高；D6、在D5构造等腰三角形区域内，从右向左扫描搜寻该车的车牌左侧的车灯；D6的子过程如下：D6.1、从左向右，以横轴为起点，分别向上和向下逐列搜索，当搜索到右侧的亮度值发生上升跳变的像素点就预测为灯光所在的区域；D6.2、以坐标系原点为射线的原点，经过该上升跳变的像素点的射线，继续沿该射线方向搜索下降跳变，直到搜索到下降跳变的像素点或者搜索到影像的边界；构造一个线段：就以该射线中的上升跳变的像素点为一端，下降跳变的像素点或者影像的边界为另一端；D6.3、由收发控制器控制判别器选择该线段中心所在的像素点在光电接收器阵列中所对应的光电接收器的输出；D6.4、再由收发控制器根据判决器的输出，尝试解析数据帧，如果能够解析出数据帧，就对数据帧进行验证：如果数据帧中的源车牌字段跟该车牌号一致，则确定该灯光为该车牌的通信车灯发出，并接收该可见光信号，进入D7；如果无法解析数据帧，则将进入D6.5；D6.5、以上一个搜索到的亮度值发生上升跳变的像素点的开始，在D5构造的该等腰三角形区域内，继续沿原来的搜索方向搜索那一列的第二个亮度值发生上升跳变的像素点，如果能够搜索到，则进入D6.2；否则进入D6.6；D6.6、以D6.5搜索的那一列的下一列开始，继续执行D6.1；D7、当双侧灯光的在图像采集器中位置都确定后，则锁定这两个位置；并在下一个图像采集器的图像采集时刻，搜索这两个位置以及其相邻的像素点，亮度值是否与上一个采集时刻接近，以确定灯光位置，并由收发控制器根据判决器的输出，解析出数据帧，对数据帧进行验证，如果数据帧中的源车牌字段跟该车牌号一致，则确定该灯光为该车牌的通信车灯发出，并接收该可见光信号；如果由于遮挡或者其他原因，导致本步骤无法执行，则跳转到D1，重新定位通信车灯。