基于图像传感器的高精度室内可见光定位算法研究

发布时间：2020-03-18 04:47

【摘要】：随着无线网络的快速发展和移动终端的普及,基于位置服务的室内定位技术有着广泛的应用前景。基于可见光通信(VLC)的室内定位技术可以利用照明LED灯具发射ID位置信息,定位终端通过光电检测器件或摄像头来实现室内定位。该技术与其他室内定位技术相比,具有定位精度高、无电磁干扰和绿色环保等优点。本文探讨了基于CMOS图像传感器的室内VLC成像定位方法,针对其ID位置信息的识别、定位精度、定位实时性与定位鲁棒性等问题展开研究,并通过构建实验平台分别对所提出的算法进行了实验验证。本文的主要研究工作如下:1、设计基于VLC的LED-ID光条纹码的调制与识别算法。传统的可见光成像通信LED-ID识别方法存在灯具地址少、识别率低、距离短、抗干扰能力差等问题。本文提出了一种LED-ID光条纹码调制与识别算法。通过调制编码对图像中所捕获的LED-ID光条纹码赋予一定的特征,采用图像处理算法对LED-ID光条纹码进行特征的提取,进而实现LED-ID的准确识别,并对提出的算法进行了实验验证。2、设计基于双灯的VLC高精度三维成像定位算法。针对VLC定位需要同时考虑精度与实时性的问题,本文提出了一种基于两盏LED灯具的、高精度的VLC三维成像定位算法,同时该算法具备较好的实时性,并用实验验证了算法的有效性。3、设计基于VLC动态定位的移动终端跟踪检测算法。针对目前基于VLC室内定位的研究大多数局限于静态定位,且定位的鲁棒性差(遮挡效应、背景干扰、定位终端的变速)等问题,本文提出一种基于改进Camshift-Kalman的VLC动态定位跟踪检测算法,代替传统的基于像素强度的LED像素区域的检测方法,在保证实时性和精度不受影响的同时,提高了VLC定位系统的鲁棒性,并通过实验进行了验证。最后,搭建基于VLC的移动机器人定位实验平台,对本文提出的LED-ID调制与识别算法、基于双灯的VLC成像定位算法以及VLC动态定位跟踪检测算法进行了综合性验证。
【图文】：

示意图,频谱资源,示意图

图 1-1 频谱资源示意图信技术的应用主要有以下四个领域：（i）智能家居、办公室等场明的一体化；（ii）医院、机场、核电站等对电磁敏感的特殊场信；（iii）智能交通以及室内高精度定位系统；（iv）移动设备通信、显示一体化。其中，，室内定位技术成为近期 VLC 技术应和企业在一定的理论基础上研制出了可见光室内定位系统的产试用（如华策光通信的 Ubeacon 系统；ByteLight 的 LED 室内美元 A 轮融资等）。本文的研究重点为基于可见光通信的室内定位技术的概况系统（GlobalPositioningSystem,GPS）是良好的户外应用导航技术已经十分成熟，民用级定位精度可达 15 米以内[7]，且在、船舶和飞机等领域具有广泛的应用[8]。这在很大程度上激励

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ii）由于无线信号的空间分布不均匀，且稳定性不波动性较强，进而限制了定位的精度；（iii）这些无omagnetic Interference, EMI)，一方面会受到其他无，另一方面对于类似于地下矿井、核电站等电磁敏无线射频通信的室内定位技术不同，可见光定位是基于室内 VLC 技术，利用照明用的 LED 灯具即需要传输的位置信息编译成一段调制信号，用脉冲动电流上，通过利用室内无处不在的 LED 光源作明区域，通过光电二极管（Photodiode,PD）或图像解析出 LED 灯具发射的唯一身份识别（Identityrec信息在地图数据库中确定对应的位置信息，完成定位实现的难易程度（如图 1-2 所示）。可以发现，备潜力的室内定位技术。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1;TP212

【参考文献】