CN112087260A - 一种用于室内定位的色环编码表示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于室内定位的色环编码表示方法。本发明方法首先输入位置信息至发射模块中的编码器中并进行编码；然后将编码信息以LED灯显示；通过光接收器接受LED灯可见光信号；最后将可见光信号进行译码，确定所在位置。本发明采用色环编码，在发射模块中简化了调制器和驱动电路部分；接受模块中简化了后级处理电路和解调器。本发明方法相较于现有技术，操作更加简便，成本更低，适用于基于LED灯的室内定位。

Description

一种用于室内定位的色环编码表示方法

技术领域

本发明给出了一种色环编码方法。主要用于室内可见光定位中地标的编码和识别。有较高的稳定性和精度、便于维护、成本低，有很大的开发价值。该专利技术不只限用于室内定位的地标表示，还可以用于所有通过摄像头识别编码的应用领域。

背景技术

随着当代科学技术的发展，定位技术日臻成熟，吸引了学术和工业界的广泛关注。在众多定位系统中，应用最为广泛的是美国国防部研制的全球定位系统(GPS)。然而，GPS定位技术并不适用于结构复杂的城市建筑物环境，一方面用户无法与轨道卫星保持视距；另一方面，GPS信号也难以穿透城市建筑物的墙壁，人们在结构复杂的室内，仍然会时常迷失位置。正因为如此，室内定位系统这一新技术才被提出。近年来，拥有高精度、高安全性、低能耗等诸多优势的可见光室内定位技术，伴随着可见光通信的发展而逐渐受到关注。

室内可见光定位技术主要应用在定位导航、智能超市、工业安全和智能交通。在一些大型的展览馆内，利用现有的LED照明装备，可方便地建立完整的室内定位系统。参观者手持可接收LED光信号的设备，该设备通过信号解析获得参观者所在的位置，并发送当前位置展览品的讲解介绍。同样旳原理，定位技术也可用于超市内部发送商品信息。在日本，己经有大型超市将接收器装置在购物车上，根据接收信号确定当前的位置，快速提醒用户各种商品的具体位置信息和前往选择最佳路径。在机场或医院等对电磁敏感的场所，利用LED可见光对位置进行跟踪是一个很好的选择，如，在机场大厅现有的LED灯照明下，乘客可以知道自己以及登机口的位置。

但是，目前可见光室内定位技术还未能够成熟地推向市场。一方面是基础设施还未完善，但主要原因是该技术尚未成熟。包括以下几个方面：

1)作为地标的LED灯需要通过调制电路进行编码，技术难度大，生产、安装及维护成本高；

2)基于LED灯的室内定位系统稳定性较差易受系统噪声和外界环境光影响等。

在1998年的时候，来自香港大学的Grantham Pang等人首次提出使用快速切换LED以及调制可见光进行通信的概念，该想法在无线通信领域得到了广泛的关注。随后从2000年开始了可见光定位的研究，首先是来自日本庆应大学的Nakagawa教授等人从事基于半导体照明灯和交通灯的可见光通信定位研究，之后在2003年，可见光通信联盟(VLCC)成立以促进和规范可见光技术。

当前的室内可见光定位技术研究主要从两方面进行划分：基于图像的定位技术和基于非图像的定位技术。基于图像的定位技术主要采用图像传感器和手机摄像头对接收到的光信息图像进行分析并定位，或者利用图像帧信息进行定位。基于非图像的定位技术研究较多的有：采用接收可见光到达时间差信息(TDOA)、强度信息(RSSI)、角度信息(AOA)，或是LHD-ID信息来进行定位。

基于图像定位技术的主要采用图像传感器或智能手机的摄像头，通过LED图像在图像传感器上成像的距离和位置差异的几何关系进行计算并定位。位于天花板上的LED灯发送位置数据信息，接收端是一个图像传感器通过接收到的图像来确定入射光方向及解调发送的可见光地标数据。

为了克服LED地标灯需要调制的问题，西安电子科技大学许录平等人提出了一种基于室内灯饰特征、利用图像处理技术和卡尔曼滤波算法的室内定位系统。该系统首先对室内灯饰进行视频采集，并对采集到的图像进行灯饰特征提取。其次，将灯饰特征信息送至预先建立的特定室内环境灯饰特征识别库，进行匹配识别。进一步设计了室内定位算法和跟踪算法解算室内环境运动物体的实际位置，并预测下一时刻物体的位置坐标。本发明则提出了低成本的基于色环编码的地标编码方法，用于替代调制LED灯地标系统。目前常用的编码方法有条型码、二维码等，但均不适用于基于LED灯的室内定位。

目前对于LED室内定位系统中的噪声干扰和误差的研宄主要包括：1)散粒噪声；由于接收的LED光信号、周围环境光干扰和暗电流导致的噪声，为系统的主要噪声；2)热噪声：一方面是由于光电探测器电阻发热，另一方面是由于场效应管沟道存在热噪声；3)多径干扰：在本系统中是由于LED光经过墙壁等物体表面反射而被探测器接收而引起的；4)对于时分复用的信号传输协议，还存在LED信号的同步误差；5)对于基于TOA的定位系统，存在发射端和接收端的时钟同步误差；6)码间干扰：多LED同时发送其对应的ID信息或位置等信息时，尤其当数据速率较高时，会导致符号重叠等情况，致使信号失真；还有一些误差比如LED坐标位置误差，量化误差，如果使用惯性传感器辅助测量，则存在零片不稳定性、角随机游走噪声等。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供了一种用于室内定位的色环编码表示方法，用色环编码替代led调制，在原有技术的发射模块中简化了现有技术的调制器和驱动电路部分；在接受模块中简化了后级处理电路和解调器

为解决技术问题，本发明方法包括如下步骤：

步骤1、输入位置信息至发射模块中的编码器中并进行编码；

步骤2、将编码信息以LED灯显示；

步骤3、光接收器接受LED灯可见光信号；

步骤4、将可见光信号进行译码，确定所在位置；

所述的步骤1、输入位置信息至发射模块中的编码器中并进行编码，具体实现如下：

将同一室内不同区域的位置信息输入至发射模块中的编码器中，输入后将随机分配到一个与其他区域不同的6位数的序列号，作为该区域的色环编码，色环编码由六种颜色排列组合而成，1-6的数字分别代表红，橙，黄，绿，蓝，紫，组合数量共

种组合。

所述的步骤2将编码信息以LED灯显示，具体实现如下：

将所得到的色环编码按照相应的颜色，以由内向外排布的六个同心圆在该色环编码所表示的室内区域屋顶的LED灯上显示，LED灯直径为10cm-45cm，且各室内区域的LED灯边缘间隔大于30cm。

所述的步骤3光接收器接受LED灯可见光信号，具体实现如下：

开启相应设备的光接收器设备，拍摄室内屋顶的图片，将单帧RGB图片处理为HSV图像，之后将所得HSV图像进行阈值分割，分割为前景与背景，并将被分割出的前景图像以HSV格式记录图片中相应部分的可见光信号。所述的HSV格式为：

色调(H)：0°～360°，用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°。

饱和度(S)：0～255，表示颜色接近光谱色的程度。一种颜色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大，颜色接近光谱色的程度就愈高，颜色的饱和度也就愈高。饱和度高，颜色则深而艳。光谱色的白光成分为0，饱和度达到最高。

亮度(V)：0～255，表示颜色明亮的程度，对于光源色，亮度值与发光体的光亮度有关；对于物体色，此值和物体的透射比或反射比有关。通常取值范围为0％(黑)到100％(白)。

所述的步骤4将可见光信号进行译码，确定所在位置，具体实现如下：

将所记录的可见光信号信息进行查表处理，通过查表确定色环编码中每一位的数字，并将数字进行组合，确定该LED灯的色环编码所代表的室内区域。

表1.各HSV值所对应的色环编码

本发明有益效果:

本发明采用色环编码，在发射模块中简化了调制器和驱动电路部分；接受模块中简化了后级处理电路和解调器。相较于现有技术，操作更加简便，成本更低，适用于基于LED灯的室内定位。

附图说明

图1为色环编码为511351的LED灯；

图2为利用导航灯进行室内定位平面示意图；

图3为现有技术的室内可见光定位系统框图；

图4为本发明的室内可见光定位系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

步骤1、输入位置信息至发射模块中的编码器中并进行编码；

步骤2、将编码信息以LED灯显示；

步骤3、光接收器接受LED灯可见光信号；

步骤4、将可见光信号进行译码，确定所在位置；

所述的步骤1、输入位置信息至发射模块中的编码器中并进行编码，具体实现如下：

将同一室内不同区域的位置信息输入至发射模块中的编码器中，输入后将随机分配到一个与其他区域不同的6位数的序列号，作为该区域的色环编码，色环编码由六种颜色排列组合而成，1-6的数字分别代表红，橙，黄，绿，蓝，紫，组合数量共

种组合

所述的步骤2将编码信息以LED灯显示，具体实现如下：

将所得到的色环编码按照相应的颜色，以由内向外排布的六个同心圆在该色环编码所表示的室内区域屋顶的LED灯上显示，所对应的LED灯直径为10cm-45cm均可达到较好的效果，且各室内区域的LED灯边缘间隔至少要大于30cm。

所述的步骤3光接收器接受LED灯可见光信号，具体实现如下：

开启相应设备的摄像头或可见光传感器等光接收器设备，拍摄室内屋顶的图片，将单帧RGB图片处理为HSV图像，之后将所得HSV图像进行阈值分割，分割为前景与背景，并将被分割出的前景图像以HSV格式记录图片中相应部分的可见光信号。所述的HSV格式为：

色调(H)：0°～360°，用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°。

饱和度(S)：0～255，表示颜色接近光谱色的程度。一种颜色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光谱色所占的比例愈大，颜色接近光谱色的程度就愈高，颜色的饱和度也就愈高。饱和度高，颜色则深而艳。光谱色的白光成分为0，饱和度达到最高。

亮度(V)：0～255，表示颜色明亮的程度，对于光源色，亮度值与发光体的光亮度有关；对于物体色，此值和物体的透射比或反射比有关。通常取值范围为0％(黑)到100％(白)。

所述的步骤4将可见光信号进行译码，确定所在位置，具体实现如下：

将所记录的可见光信号信息进行查表处理，通过查表确定色环编码中每一位的数字，并将数字进行组合，确定该LED灯的色环编码所代表的室内区域。

表1.各HSV值所对应的色环编码

Claims (5)

1.一种用于室内定位的色环编码表示方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、输入位置信息至发射模块中的编码器中并进行编码；

步骤2、将编码信息以LED灯显示；

步骤3、光接收器接受LED灯可见光信号；

步骤4、将可见光信号进行译码，确定所在位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于室内定位的色环编码表示方法，其特征在于，所述的步骤1、输入位置信息至发射模块中的编码器中并进行编码，具体实现如下：

将同一室内不同区域的位置信息输入至发射模块中的编码器中，输入后将随机分配到一个与其他区域不同的6位数的序列号，作为该区域的色环编码，色环编码由六种颜色排列组合而成，1-6的数字分别代表红，橙，黄，绿，蓝，紫，组合数量共

种组合。

3.根据权利要求2所述的一种用于室内定位的色环编码表示方法，其特征在于，所述的步骤2将编码信息以LED灯显示，具体实现如下：

将所得到的色环编码按照相应的颜色，以由内向外排布的六个同心圆在该色环编码所表示的室内区域屋顶的LED灯上显示，LED灯直径为10cm-45cm，且各室内区域的LED灯边缘间隔大于30cm。

4.根据权利要求3所述的一种用于室内定位的色环编码表示方法，其特征在于，所述的步骤3光接收器接受LED灯可见光信号，具体实现如下：

开启相应设备的光接收器设备，拍摄室内屋顶的图片，将单帧RGB图片处理为HSV图像，之后将所得HSV图像进行阈值分割，分割为前景与背景，并将被分割出的前景图像以HSV格式记录图片中相应部分的可见光信号；所述的HSV格式为：

色调(H)：0°～360°，用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°；

饱和度(S)：0～255，表示颜色接近光谱色的程度；一种颜色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果；其中光谱色所占的比例愈大，颜色接近光谱色的程度就愈高，颜色的饱和度也就愈高；饱和度高，颜色则深而艳；光谱色的白光成分为0，饱和度达到最高；

亮度(V)：0～255，表示颜色明亮的程度，对于光源色，亮度值与发光体的光亮度有关；对于物体色，此值和物体的透射比或反射比有关；通常取值范围为0％(黑)到100％(白)。

5.根据权利要求4所述的一种用于室内定位的色环编码表示方法，其特征在于，所述的步骤4将可见光信号进行译码，确定所在位置，具体实现如下：

将所记录的可见光信号信息进行查表处理，通过查表确定色环编码中每一位的数字，并将数字进行组合，确定该LED灯的色环编码所代表的室内区域；

表1.各HSV值所对应的色环编码

H S V color code 0-22或312-360 43-255 43-255 红 1 22-52 43-255 43-255 橙 2 52-70 43-255 43-255 黄 3 70-154 43-255 43-255 绿 4 170-250 43-255 43-255 蓝 5 250-312 43-255 43-255 紫 6 154-170 43-255 43-255 青 不编码 0-360 0-255 0-43 黑 不编码 0-360 0-43 0-220 灰/白 不编码

。

Images