CN110736965A - 一种可见光定位的二维编码与解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可见光定位的二维编码与解码方法，是基于OOK的可见光编码，可用于实现室内可见光定位。通过对光源的编码，并用一定的载波频率对其进行调制，使得光源在照明的同时也在设定有一定扫描频率的CMOS相机上显示出明暗交替的多边形图案。通过固定在移动设备上的双目摄像头采集图像，对获得的图像进行处理并解码，得到其携带信息以区分不同位置的光源，最终由双目定位技术计算得到设备的定位。基于本可见光二维编码与解码技术，可快速有效地提取图像包含的有用信息，识别不同光源并实现对设备的定位。实现了室内可见光的编码和解码，在编码规则、精确度、可靠性、稳定性、通用性等方面具有优势。

Description

一种可见光定位的二维编码与解码方法

技术领域

本发明涉及一种可见光定位的二维编码与解码方法，属于图像处理和可见光定位技术领域。

背景技术

随着无线传感器网络及物联网技术的迅速发展，室内定位技术在智能机器人、大型商场导购等领域中得到广泛应用。基于蓝牙、射频、超声波、红外线、超带宽以及WiFi等方式的室内定位技术虽然得以开发，但这些定位技术由于需要额外的辅助定位设备，大大增加了室内定位成本，且对应用环境的要求严格。

可见光通信作为一种新兴的室内定位技术，能够利用可见光来实现高速无线通信。同时，利用发光器件的高速调制以及较短的响应时间，可以将其用于室内可见光定位。可见光定位的原理是利用发光器件的快速开关特性，通过其高速闪烁发光来实现对移动设备的定位，发光表示为1，无光表示为0，通过对发光器件的编码调制，使其发出带有一定信息的光信号，移动设备接收光信号并经过解码得到光源的位置坐标，最终根据光源与移动设备之间的几何关系求解出移动设备的坐标，从而实现对设备的定位。一种可见光定位的编码与解码方法作为一种新兴的室内无线定位方式，在电磁辐射、使用环境、频谱范围、通用性、安全性等方面有明显的优势。因而，利用可见光来实现室内定位是最有效的选择之一。

现有的使用图像传感器的可见光定位系统及方法，如：中国发明专利“一种基于双目技术的室内可见光自定位系统与方法”(2018107961366)，以及“基于室内照明的定位导航系统”(201210484538.5)、“双目非标定空间定位方法”(CN102622767B)、“一种室内可见光定位系统”(CN107703485A)、“一种使用摄像头的室内可见光异步定位方法”(CN105306141A)等，均存在一维编码的单一性、难识别等问题，定位误差大、定位效率不高，且易受室内环境因素的影响，在准确性、可靠性、稳定性和通用性等方面，均或多或少存在一些缺点。

因此，有必要采用二维编码及解码方式，使得可见光解码容错率高，通过获得多组数据，并剔除其中的异常数值，减小误差，达到译码可靠性高、结果准确效果；同时，采用基于OOK实现光源的二维编码，还有利于成本低实现，可被广泛的推广应用于室内可见光定位中。

发明内容

本发明针对背景技术所述问题，设计一种可见光定位的二维编码与解码方法，用于实现室内可见光定位；通过对光源的编码，并用一定的载波频率对其进行调制，使得发光器件以较高的频率发光，再通过固定在设备上的双目摄像头采集图像，对获得的图像进行处理并解码，得到其携带信息以区分不同位置的光源，最终由双目定位技术计算得到移动设备的定位。基于本可见光二维编码与解码技术，可快速有效地提取图像包含的有用信息，识别不同光源并实现对移动设备的定位。该方法具有编码规则明确、精确度高、可靠性高、稳定性强、通用性强等特点。为达到上述目的，本发明采用技术方案：

一种可见光定位的二维编码与解码方法，用于实现对发光器件的编码，是基于OOK的可见光编码，并用设定的载波频率对其进行调制，使得发光器件以较高的频率发光，使得光源在照明的同时也在设定有一定扫描频率的CMOS相机上显示出明暗交替的多边形图案，从而使发出的光中携带有一定的信息，且人眼在该光源工作的空间内无法察觉其亮暗变化；再通过固定在移动设备上的双目摄像头采集图像，对获得的图像进行处理并解码，得到其携带信息以区分不同位置的光源，最终由双目定位技术计算得到移动设备的定位；

所述的双目摄像头，用于采集图像，它们是固定在移动设备某一平面上的两个CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)摄像头，摄像头的内外参数相同，成像共平面，光轴互相平行，扫描频率可调；

所述的移动设备，用于存储光源的OOK编码与其坐标之间的映射关系，处理双目摄像头采集的图像，根据解码方法区别图像上的不同光源，并由映射关系得到其空间坐标，由双目定位技术解算移动设备自身定位；

所述的解码方法，用于从采集图像中得到光源的编码信息，以区分不同光源，通过移动设备对采集图像进行处理后得到的组合多边形，由于每个子区域图案相邻暗带间的距离相同，不同子区域图案相邻暗带间的距离不同，计算子区域图案中最大多边形边长与相邻暗带间平均距离的比值，通过比值的大小对其排序，则可区分不同坐标的光源并得到其坐标。

进一步地，所述编码方法，具体实现过程包括以下步骤：

第1步，对光源进行OOK编码：

设定双目摄像头的扫描频率为f_p，图像分辨率为b₁×b₂，每个光源在一个发光周期内的OOK编码包含h×b₁(h为正整数)个0-1码。为保证每个光源在图像上至少存在一个完整图形，每个OOK编码构成的h×b₁二维矩阵中的所有0码至少包含三个相同的组合6N边形(N为正整数)，每个组合图形中的所有6N边形形心相同，对角线重合，则第i个光源的编码为：其中：所述b₁、b₂分别为图像分辨率的高度和宽度，单位为像素；H₁、H₂、H₃、M_i均由0-1码组成，其中，H₁、H₂、H₃表示由全1码组成的矩阵，表示第i个LED的组合图形；符号

表示克罗内克积。

第2步，最大边长计算：

由第1步的组合多图形，得到第i个光源中对应最大多边形的边长c_i和距离v_i的比值γ_i。按照γ_i从小到大的顺序分别对光源进行1到3编号，记录光源的编号与其坐标之间的对应关系并存储到移动设备中。

第3步，光源调制：

以f_s＝f_p/(hn)(n为正整数)的载波频率对光源进行调制，使得光源以较高频率发光，其中：f_s表示载波频率，f_p表示扫描频率，h表示在一个周期内LED二维编码的行数。

进一步地，所述解码方法，具体实现过程包括以下步骤：

第1步，图像处理：

在运动中的设备端通过双目摄像头采集光源图像，对捕获的图像进行处理，通过增加其对比度以增强边缘特性。同时将两幅图像转化成灰度图并对其进行模糊化处理，再使其通过一个单边OTSU滤波器，找到每个光源在图像上的对应子区域及其中的完整闭合组合图形。

第2步，最大边长计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中的闭合图形中多大多边形的各边边长。选取第m个子区域中最大多边形的任意边为参考边，按顺时针方向从参考边开始，将6N条边分别记作第1，2，...，n，...，共6N条边，其中：第n(1≤n≤6N)条边长记作l_m,n，剔除边长中的异常值，即其中的最大值和最小值，得到误差较小的边长值并求剩余边长均值a_m。

第3步，边长距离计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中相邻两个多边形的邻边距离。若第m个子区域中包含Y个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，...，y，...，Y，第y+1个多边形与第y个多边形的邻边编号均相同，得到第m个子区域中第y个多边形的第n条边与第y+1条多边形的第n条边的距离d_m,y,n。对第m个子区域的距离求均值D_m：

第4步，找到对应光源编码：

计算第m个子区域中最大多边形的边长均值a_m与距离均值D_m的比值ρ_m：

将光源按ρ_m值从小到大的顺序分别编码为1，2，3，通过搜索预先存储在设备中的编码与坐标之间的映射，找到图像中光源在空间中的坐标值。

与现有室内可见光编码技术相比，本发明所描述的基于OOK的可见光编码和解码技术，具有以下有益效果：

⑴基于OOK实现光源的二维编码，成本低且易于实现，可被广泛用于室内可见光定位中；

⑵采用二维编码，使得可见光解码容错率高，通过获得多组数据，并剔除其中的异常数值，减小了误差，译码可靠性高，结果准确；

⑶本发明解决了使用图像传感器的可见光定位由于一维编码的单一性，难识别，误差大且易受室内环境因素的影响等问题，在准确性、可靠性、稳定性和通用性等方面具有优势。

附图说明

图1显示为本发明中一种实现室内可见光定位方法的流程图；

图2显示为本发明中一种基于OOK的LED二维编码方法的流程图；

图3显示为本发明中一种基于OOK的LED解码方法的流程图；

图4显示为本发明实施例#1中的LED₁部分编码；

图5显示为本发明实施例#1中的LED₂部分编码；

图6显示为本发明实施例#1中的LED₃部分编码；

图7显示为本发明实施例#2中的LED₁部分编码；

图8显示为本发明实施例#2中的LED₂部分编码；

图9显示为本发明实施例#2中的LED₃部分编码。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

图1是本发明中实现室内可见光定位方法的流程图，其功能为用于实现对发光器件的编码，是基于OOK的可见光编码，采用设定的载波频率对其进行调制，使得发光器件以较高的频率发光，使得光源在照明的同时也在设定有一定扫描频率的CMOS相机上显示出明暗交替的多边形图案，从而使发出的光中携带有一定的信息，且人眼在该光源工作的空间内无法察觉其亮暗变化；再通过固定在移动设备上的双目摄像头采集图像，对获得的图像进行处理并解码，得到其携带信息以区分不同位置的光源，最终由双目定位技术计算得到所述移动设备的定位。

所述的双目摄像头，用于采集图像，它们是固定在移动设备某一平面上的两个CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)摄像头，摄像头的内外参数相同，成像共平面，光轴互相平行，扫描频率可调。

所述的移动设备，用于存储光源的OOK编码与其坐标之间的映射关系，处理双目摄像头采集的图像，根据解码方法区别图像上的不同光源，并由映射关系得到其空间坐标，由双目定位技术解算移动设备自身定位。

所述的解码方法，用于从采集图像中得到光源的编码信息，以区分不同光源，通过移动设备对采集图像进行处理后得到的组合多边形，由于每个子区域图案相邻暗带间的距离相同，不同子区域图案相邻暗带间的距离不同，计算子区域图案中最大多边形边长与相邻暗带间平均距离的比值，通过比值的大小对其排序，则可区分不同坐标的光源并得到其坐标。

本发明一种可见光定位的二维编码与解码方法的核心技术思想是实现一种新的可见光编码和解码。为使本发明的技术方案更为清晰，下面结合附图进一步的对本发明作详细描述。

图2是本发明中一种可见光定位的二维编码与解码方法的流程图，实现如图1所示的对发光器件的二进制编码功能。是基于OOK的可见光编码，使得光源在照明的同时也在设定有一定扫描频率的CMOS相机上显示出明暗交替的多边形图案，从而使发出的光中携带有一定的信息。具体地，该编码方法具体实现过程包括以下步骤：

第1步，对光源进行OOK编码：

设定双目摄像头的扫描频率为f_p，图像分辨率为b₁×b₂，每个光源在一个发光周期内的OOK编码包含h×b₁(h为正整数)个0-1码。为保证每个光源在图像上至少存在一个完整图形，每个OOK编码构成的h×b₁二维矩阵中的所有0码至少包含三个相同的组合6N边形(N为正整数)，每个组合图形中的所有6N边形形心相同，对角线重合，则第i个光源的编码为：

其中：所述b₁、b₂分别为图像分辨率的高度和宽度，单位为像素；H₁、H₂、H₃、M_i均由0-1码组成，其中，H₁、H₂、H₃表示全1码组成的矩阵，

表示第i个LED的组合图形；符号

表示克罗内克积。

第2步，最大边长计算：

由第1步的组合多图形，得到第i个光源中对应最大多边形的边长c_i和距离v_i的比值γ_i。按照γ_i从小到大的顺序分别对光源进行1到3编号，记录LED编号与其坐标之间的对应关系并存储到设备中。

第3步，光源调制：

以f_s＝f_p/(hn)(n为正整数)的载波频率对光源进行调制，使得光源以较高频率发光，其中：f_s表示载波频率，f_p表示扫描频率，h表示在一个周期内LED二维编码的行数。

图3是本发明中一种可见光定位的二维编码与解码方法流程图，其实现图1所示的对光源的二进制解码功能。用于从采集图像中得到光源的编码信息，以区分不同光源。通过移动设备对采集图像进行处理后得到的组合多边形，由于每个子区域图案相邻暗带间的距离相同，不同子区域图案相邻暗带间的距离不同，计算子区域图案相邻暗带间的平均距离与最大多边形边长的比值，通过对比值进行排序，则可区分不同坐标的光源。

具体地，该解码方法具体实现过程包括以下步骤：

第1步，图像处理：

在运动中的移动设备端通过双目摄像头采集光源图像，对捕获的图像进行处理，通过增加其对比度以增强边缘特性。同时将两幅图像转化成灰度图并对其进行模糊化处理，再使其通过一个单边OTSU滤波器，找到每个光源在图像上的对应子区域及其中的完整闭合组合图形。

第2步，最大边长计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中的闭合图形中多大多边形的各边边长。选取第m个子区域中最大多边形的任意边为参考边，按顺时针方向从参考边开始，将6N条边分别记作第1，2，...，n，...，6N条边，第n(1≤n≤6N)条边长记作l_m,n，剔除边长中的异常值，即其中的最大值和最小值，得到误差较小的边长值并求剩余边长均值a_m。

第3步，边长距离计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中相邻两个多边形的邻边距离。若第m个子区域中包含Y个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，...，y，...，Y，第y+1个多边形与第y个多边形的邻边编号均相同，得到第m个子区域中第y个多边形的第n条边与第y+1条多边形的第n条边的距离d_m,y,n。对第m个子区域的距离求均值D_m：

第4步，找到对应光源编码：

计算第m个子区域中最大多边形的边长均值a_m与距离均值D_m的比值ρ_m：

将光源按ρ_m值从小到大的顺序分别编码为1，2，3，通过搜索预先存储在设备中的编码与坐标之间的映射，找到图像中光源在空间中的坐标值。

下面通过二个具体的实施例对本发明的一种可见光定位的二维编码与解码方法进一步详细说明。

实施例#1：

设定双目摄像头的扫描频率f_p＝15.6kHz，镜头焦距f_d＝4mm，图像分辨率为1280×960，每个光源在一个发光周期内的OOK编码均包含312×1280个0-1码。如图4所示，本发明实施例中指定M₁、M₂、M₃分别为由多个0-1码组成的矩阵，本实施例#1中，设定M₁＝39×40个0-1码组成的矩阵，将第i个光源记作L_i，则由

得到的矩阵为L₁在一个周期内的OOK编码，其中H₁表示所有元素均为1的156×80矩阵，H₂表示所有元素均为1的156×480矩阵，H₃表示所有元素均为1的4×4矩阵，符号

表示克罗内克积。

如图5所示，设定M₂＝39×40，与M₁相同，则

得到的矩阵为L₂的OOK编码。

如图6所示，设定M₃＝39×40，也与M₁相同，则

得到的矩阵为L₃的OOK编码。每个OOK编码构成的二维矩阵中的所有0码包含三个相同的组合正6边形，每个组合图形中的所有正6边形形心相同，对角线重合。

由矩阵中0码组成的图形，得到L₁、L₂、L₃的二维编码中对应最大六边形边长：c₁＝c₂＝c₃＝68，相邻边长间的距离：v₁＝8，v₂＝16，v₃＝24，边长与距离的比值：γ₁＝17/2，γ₂＝17/4，γ₃＝17/6。按照γ_i从小到大的顺序分别对光源重新进行1到3编号，记录其编号与其坐标之间的对应关系并存储到移动设备中。

由h＝312，n＝1得到载波频率f₁＝50Hz。通过对光源进行OOK编码，并用载波频率f_s＝110Hz对光源进行调制，使得光源以较高的频率发光。在运动中的设备端通过双目摄像头采集光源的图像，对捕获的图像进行处理，通过增加其对比度以增强边缘特性。同时将两幅图像转化成灰度图并对其进行模糊化处理，再使其通过一个单边OTSU滤波器，找到每个光源在图像上的对应子区域及其中的闭合图形。

选取第m个子区域中最大多边形的任意边为参考边，按顺时针方向从参考边开始，将6条边分别记作第1，2，3，4，5，6条边，第n(1≤n≤6)条边长记作l_m,n，

l_1,1＝68，l_1,2＝67，l_1,3＝69，l_1,4＝68，l_1,5＝67，l_1,6＝68，

l_2,1＝68，l_2,2＝66，l_2,3＝70，l_2,4＝68，l_2,5＝67，l_2,6＝67，

l_3,1＝67，l_3,2＝68，l_3,3＝70，l_3,4＝68，l_3,5＝68，l_3,6＝68。

剔除边长中的异常值l_1,2，l_1,3，l_2,2，l_2,3，l_3,1，l_3,3，即其中的最大值和最小值，得到误差较小的边长值并求剩余边长均值a_m,

a₁＝68，a₂＝68，a₃＝68

由第m个子区域，得到第m个图像中相邻两个多边形的邻边距离。第1个子区域中包含3个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，3，第2个子区域中包含5个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，...，5，第3个子区域中包含2个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2。第y+1个多边形与第y个多边形的邻边编号均相同，得到第m个子区域中第y个多边形的第n条边与第y+1条多边形的第n条边的距离d_m,y,n。

第一个子区域中：

d_1,1,1＝15，d_1,1,2＝15，d_1,1,3＝17，d_1,1,4＝16，d_1,1,5＝16，d_1,1,6＝17，

d_1,2,1＝17，d_1,2,2＝16，d_1,2,3＝17，d_1,2,4＝16，d_1,2,5＝18，d_1,2,6＝17，

在第二个子区域中：

d_2,1,1＝8，d_2,1,2＝9，d_2,1,3＝8，d_2,1,4＝9，d_2,1,5＝9，d_2,1,6＝8，

d_2,2,1＝9，d_2,2,2＝9，d_2,2,3＝7，d_2,2,4＝7，d_2,2,5＝9，d_2,2,6＝7，

d_2,3,1＝7，d_2,3,2＝8，d_2,3,3＝9，d_2,3,4＝9，d_2,3,5＝7，d_2,3,6＝8，

d_2,4,1＝8，d_2,4,2＝9，d_2,4,3＝7，d_2,4,4＝9，d_2,4,5＝9，d_2,4,6＝8，

在第三个子区域中：

d_3,1,1＝25，d_3,1,2＝23，d_3,1,3＝24，d_3,1,4＝24，d_3,1,5＝24，d_3,1,6＝25，

对第m个子区域的距离求均值D_m：

D₁＝17，D₂＝8，D₃＝24

计算第m个子区域中最大多边形的边长均值a_m与距离均值D_m的比值：

ρ₁＝4，ρ₂＝17/2，ρ₃＝17/6

将L_i按照ρ_m值从小到大的顺序对L₃、L₁、L₂分别编码为1，2，3，通过搜索预先存储在移动设备中的编码与坐标之间的映射，找到图像中光源在空间中的坐标值。

实施例#2：

设定双目摄像头的扫描频率f_p＝15.6kHz，镜头焦距f_d＝4mm，图像分辨率为1280×960，每个光源在一个发光周期内的OOK编码均包含608×1280个0-1码。

如图7所示，本发明实施例中指定T₁、T₂、T₃分别为由多个0-1码组成的矩阵，本实施例#2中，设定T₁＝76×76个0-1码组成的矩阵，将第i个光源记作L_i，则由得到的矩阵为L₁在一个周期内的OOK编码，其中其中W₁表示所有元素均为1的304×152矩阵，W₂表示所有元素均为1的304×336矩阵，W₃表示所有元素均为1的4×4矩阵，符号

表示克罗内克积。

如图8所示，设定T₂＝76×76，与T₁相同，则

得到的矩阵为L₂的OOK编码。

如图9所示，设定T₃＝76×76，也与T₁相同，则

得到的矩阵为L₃的OOK编码。每个OOK编码构成的二维矩阵中的所有0码包含3个相同的组合正12边形，每个组合图形中的所有正12边形形心相同，对角线重合。

由矩阵

中0码组成的图形，得到L₁、L₂、L₃的二维编码中对应最大十二边形边长：c₁＝c₂＝c₃＝80，相邻边长间的距离：v₁＝16，v₂＝32，v₃＝48，边长与距离的比值：γ₁＝5，γ₂＝5/2，γ₃＝5/3。按照γ_i从小到大的顺序分别对光源重新进行1到3编号，记录其编号与其坐标之间的对应关系并存储到移动设备中。

通过对光源进行OOK编码，并用载波频率f₁＝50Hz对光源进行调制，使得光源以较高的频率发光。在运动中的设备端通过双目摄像头采集光源图像，对捕获的图像进行处理，通过增加其对比度以增强边缘特性。同时将两幅图像转化成灰度图并对其进行模糊化处理，再使其通过一个单边OTSU滤波器，找到每个光源在图像上的对应子区域及其中的闭合图形。

选取第m个子区域中最大多边形的任意边为参考边，按顺时针方向从参考边开始，将12条边分别记作第1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12条边，第n(1≤n≤12)条边长记作l_m,n：

l_1,1＝83，l_1,2＝77，l_1,3＝82，l_1,4＝82，l_1,5＝81，l_1,6＝79，

l_1,7＝80，l_1,8＝78，l_1,9＝80，l_1,10＝79，l_1,11＝79，l_1,12＝79，

l_2,1＝81，l_2,2＝79，l_2,3＝80，l_2,4＝81，l_2,5＝83，l_2,6＝82，

l_2,7＝79，l_2,8＝79，l_2,9＝77，l_2,10＝79，l_2,11＝81，l_2,12＝79，

l_3,1＝80，l_3,2＝76，l_3,3＝79，l_3,4＝79，l_3,5＝79，l_3,6＝79，

l_3,7＝80，l_3,8＝78，l_3,9＝82，l_3,10＝83，l_3,11＝80，l_3,12＝80，

剔除边长中的异常值l_1,1，l_1,2，l_2,5，l_2,9，l_3,2，l_3,10，即其中的最大值和最小值，得到误差较小的边长值并求剩余边长均值a_m：

a₁＝80，a₂＝80，a₃＝80

由第m个子区域，得到第m个图像中相邻两个多边形的邻边距离。第1个子区域中包含3个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，3，第2个子区域中包含5个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，...，5，第3个子区域中包含2个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2。第y+1个多边形与第y个多边形的邻边编号均相同，得到第m个子区域中第y个多边形的第n条边与第y+1条多边形的第n条边的距离d_m,y,n。

第一个子区域中：

d_1,1,1＝48，d_1,1,2＝46，d_1,1,3＝47，d_1,1,4＝47，d_1,1,5＝49，d_1,1,6＝46，

d_1,1,7＝46，d_1,1,8＝47，d_1,1,9＝49，d_1,1,10＝49，d_1,1,11＝49，d_1,1,12＝48，

在第二个子区域中：

d_2,1,1＝32，d_2,1,2＝31，d_2,1,3＝32，d_2,1,4＝32，d_2,1,5＝33，d_2,1,6＝32，

d_2,1,7＝31，d_2,1,8＝34，d_2,1,9＝30，d_2,1,10＝34，d_2,1,11＝34，d_2,1,12＝33，

d_2,2,1＝30，d_2,2,2＝31，d_2,2,3＝31，d_2,2,4＝33，d_2,2,5＝31，d_2,2,6＝33，

d_2,2,7＝30，d_2,2,8＝33，d_2,2,9＝32，d_2,2,10＝33，d_2,2,11＝33，d_2,2,12＝34。

在第三个子区域中：

d_3,1,1＝17，d_3,1,2＝16，d_3,1,3＝15，d_3,1,4＝15，d_3,1,5＝18，d_3,1,6＝14，

d_3,1,7＝16，d_3,1,8＝15，d_3,1,9＝18，d_3,1,10＝17，d_3,1,11＝16，d_3,1,12＝16，

d_3,2,1＝14，d_3,2,2＝17，d_3,2,3＝14，d_3,2,4＝14，d_3,2,5＝16，d_3,2,6＝14，

d_3,2,7＝17，d_3,2,8＝17，d_3,2,9＝17，d_3,2,10＝15，d_3,2,11＝17，d_3,2,12＝16，

d_3,3,1＝18，d_3,3,2＝17，d_3,3,3＝17，d_3,3,4＝16，d_3,3,5＝16，d_3,3,6＝17，

d_3,3,7＝14，d_3,3,8＝15，d_3,3,9＝15，d_3,3,10＝16，d_3,3,11＝17，d_3,3,12＝17，

d_3,4,1＝14，d_3,4,2＝16，d_3,4,3＝16，d_3,4,4＝16，d_3,4,5＝17，d_3,4,6＝17，

d_3,4,7＝15，d_3,4,8＝16，d_3,4,9＝14，d_3,4,10＝18，d_3,4,11＝15，d_3,4,12＝14。

对第m个子区域的距离求均值D_m：

D₁＝47，D₂＝32，D₃＝16

计算第m个子区域中最大多边形的边长均值a_m与距离均值D_m的比值ρ_m：

ρ₁＝4，ρ₂＝17/2，ρ₃＝17/6

将L_i按照ρ_m值从小到大的顺序对L₃、L₂、L₁分别编码为1，2，3，通过搜索预先存储在移动设备中的编码与坐标之间的映射，找到图像中光源在空间中的坐标值。

从以上所得的结果可知，此实施例#1和#2中的一种可见光定位的二维编码与解码方法均可实现对光源的编码和解码，所得结果具有高效性、可靠性和准确性。

综上所述，本发明的一种可见光定位的二维编码与解码方法，利用发光器件的快速开关特性，通过其高速闪烁发光来实现通信，有效地解决了室内可见光定位中的通信不可靠的问题。此技术在通用性、准确性等方面具有优势。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种可见光定位的二维编码与解码方法，用于实现对发光器件的编码；其特征在于：是基于OOK的可见光编码，并用设定的载波频率对其进行调制，使得发光器件以较高的频率发光，光源在照明的同时也在设定有一定扫描频率的CMOS相机上显示出明暗交替的多边形图案，从而使发出的光中携带有一定的信息，且人眼在该光源工作的空间内无法察觉其亮暗变化；再通过固定在移动设备上的双目摄像头采集图像，对获得的图像进行处理并解码，得到其携带信息以区分不同位置的光源，最终由双目定位技术计算得到移动设备的定位；

所述的双目摄像头，用于采集图像，它们是固定在移动设备某一平面上的两个CMOS摄像头，摄像头的内外参数相同，成像共平面，光轴互相平行，扫描频率可调；

所述的移动设备，用于存储光源的OOK编码与其坐标之间的映射关系，处理双目摄像头采集的图像，根据解码方法区别图像上的不同光源，并由映射关系得到其空间坐标，由双目定位技术解算移动设备自身定位；

所述的解码方法，用于从采集图像中得到光源的编码信息，以区分不同光源，通过移动设备对采集图像进行处理后得到的组合多边形，由于每个子区域图案相邻暗带间的距离相同，不同子区域图案相邻暗带间的距离不同，计算子区域图案中最大多边形边长与相邻暗带间平均距离的比值，通过比值的大小对其排序，则可区分不同坐标的光源并得到其坐标。

2.如权利要求1所述一种可见光定位的二维编码与解码方法，其特征在于：所述二维编码方法，具体实现过程包括以下步骤：

第1步，对光源进行OOK编码：

设定双目摄像头的扫描频率为f_p，图像分辨率为b₁×b₂，每个光源在一个发光周期内的OOK编码包含h×b₁个0-1码(h为正整数)；为保证每个光源在图像上至少存在一个完整图形，每个OOK编码构成的h×b₁二维矩阵中的所有0码至少包含三个相同的组合6N边形(N为正整数)，每个组合图形中的所有6N边形形心相同，对角线重合，则第i个光源的编码为：

所述b₁、b₂分别为图像分辨率的高度和宽度，单位为像素；H₁、H₂、H₃、M_i均由0-1码组成，其中，H₁、H₂、H₃表示由全1码组成的矩阵，

表示第i个LED的组合图形；符号

表示克罗内克积；

第2步，最大边长计算：

由第1步的组合多图形，得到第i个光源中对应最大多边形的边长c_i和距离v_i的比值γ_i；按照γ_i从小到大的顺序分别对光源进行1到3编号，记录光源的编号与其坐标之间的对应关系并存储到移动设备中；

第3步，光源调制：

以f_s＝f_p/(hn)(此处n为正整数)的载波频率对光源进行调制，使得光源以较高频率发光，其中：f_s表示载波频率，f_p表示扫描频率，h表示在一个周期内LED二维编码的行数。

3.如权利要求1所述一种可见光定位的二维编码与解码方法，其特征在于：所述解码方法，具体实现过程包括以下步骤：

第1步，图像处理：

在运动中的设备端通过双目摄像头采集光源图像，对捕获的图像进行处理，通过增加其对比度以增强边缘特性；同时将两幅图像转化成灰度图并对其进行模糊化处理，再使其通过一个单边OTSU滤波器，找到每个光源在图像上的对应子区域及其中的完整闭合组合图形；

第2步，最大边长计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中的闭合图形中多大多边形的各边边长；选取第m个子区域中最大多边形的任意边为参考边，按顺时针方向从参考边开始，将6N条边分别记作第1，2，...，n，...，共6N条边，其中：第n条边(1≤n≤6N)长记作l_m,n，剔除边长中的异常值，即其中的最大值和最小值，得到误差较小的边长值并求剩余边长均值a_m；

第3步，边长距离计算：

由第m个子区域，得到第m个图像中相邻两个多边形的邻边距离；若第m个子区域中包含Y个多边形，将多边形按从大到小的顺序分别记作1，2，...，y，...，Y，第y+1个多边形与第y个多边形的邻边编号均相同，得到第m个子区域中第y个多边形的第n条边与第y+1条多边形的第n条边的距离d_m,y,n；对第m个子区域的距离求均值D_m：

第4步，找到对应光源编码：

计算第m个子区域中最大多边形的边长均值a_m与距离均值D_m的比值ρ_m：

将光源按ρ_m值从小到大的顺序分别编码为1，2，3，通过搜索预先存储在设备中的编码与坐标之间的映射，找到图像中光源在空间中的坐标值。

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