基于可見(jiàn)光通信的室內(nèi)定位方法研究.pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種基于位置的服務(wù)越來(lái)越普遍，比如基于用戶位置信息提供購(gòu)物、娛樂(lè)、旅游、導(dǎo)航等服務(wù)。另一方面，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)代社會(huì)人們有80％的時(shí)間是在室內(nèi)空間活動(dòng)，比如商場(chǎng)、博物館、圖書(shū)館等大型室內(nèi)空間，室內(nèi)定位成為一個(gè)重要需求。室內(nèi)定位通常要求較高的定位精度，一般至少為米級(jí)的精度，目前還沒(méi)有一個(gè)成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得以廣泛應(yīng)用。本文首先分析了現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)，比如 WiFi、紅外、超聲波、超寬帶、RFID等技術(shù)，指出其精度不高，定位

2、基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜等主要不足，然后提出了一種基于可見(jiàn)光通信的室內(nèi)定位系統(tǒng)。這種可見(jiàn)光定位方法與傳統(tǒng)的射頻信號(hào)定位有很大不同，由于可見(jiàn)光的視距傳輸特性，信號(hào)在一個(gè)相對(duì)確定的范圍內(nèi)傳輸，定位精度大大提高。同時(shí)可見(jiàn)光通信利用現(xiàn)有的照明光源作為定位信標(biāo)，更加經(jīng)濟(jì)。
　　本文首先分析了可見(jiàn)光定位方法的原理，基于兩種不同的接收器可以分為兩大類方法：基于光電探測(cè)器的非成像法定位和基于相機(jī)的成像法定位。本文采用了成像法定位，該方法采用現(xiàn)有的相機(jī)設(shè)備比如

3、智能手機(jī)作接收，并且定位精度相對(duì)于非成像法更高，更具有應(yīng)用前景?；谙鄼C(jī)的成像法定位包含兩個(gè)主要過(guò)程，首先是相機(jī)與光源之間實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光通信來(lái)識(shí)別光源包含的坐標(biāo)信息，其次是利用成像幾何原理實(shí)現(xiàn)定位算法獲取最終位置。我們利用了CMOS相機(jī)的卷簾快門(mén)曝光的原理，對(duì)閃爍的光信號(hào)成像，產(chǎn)生明暗變化的條紋圖像，通過(guò)對(duì)條紋圖像進(jìn)行處理，檢測(cè)光源的閃爍頻率，最終實(shí)現(xiàn)信息的獲取?；谙鄼C(jī)的成像幾何，設(shè)計(jì)了定位算法，該算法需要圖像上至少捕獲三個(gè)光源，并獲得它

4、們的實(shí)際空間坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)二維空間定位。
　　然后，重點(diǎn)介紹了可見(jiàn)光通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。本方案選用一種家用LED照明光源并嵌入調(diào)制模塊，使其能夠發(fā)送頻率信息，作為定位發(fā)射端。在接收端通過(guò)攝像頭采集光源圖像進(jìn)行處理。利用OpenCV庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)多光源的提取，以及條紋圖像寬度檢測(cè)來(lái)檢測(cè)光源頻率。并設(shè)計(jì)了調(diào)制方案和通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的通信過(guò)程。
　　最后，介紹了定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。搭建了一個(gè)50cm*50cm的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在該