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专利号: 2021112269589
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,包括以下步骤:捕获初始帧后,采用基于等距采样的轻量级图像处理算法提取LED的感兴趣区域;

设计新型识别/解调机制,获得初始帧中或有新LED出现的帧中的LED感兴趣区域明、暗条纹序列,并与数据库中的LED进行匹配,判断捕获的LED是否为有效编码光源,用于确定跟踪LED的有效感兴趣区域并消除非定位光源的干扰;

结合高斯混合模型GMM和目标颜色特征匹配算法来检测移动目标LED;设计融合高斯混合模型的增强性视觉目标跟踪算法,使接收机在不同的运动状态下能够实时跟踪LED,所述目标颜色特征匹配算法是利用初始帧中目标LED感兴趣区域的颜色特征,使用基于颜色特征匹配的视觉目标跟踪算法来获取后续帧中的LED的感兴趣区域。

2.根据权利要求1所述的一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,可见光系统由LED作为光源和一部Android智能手机作为接收机组成;LED通过传输调制的二进制信号作为地标信息,传输的信号是高频的,人眼无法感知LED闪烁;使用智能手机的前置摄像头捕获LED传输的二进制信号,在设置合理的相机参数后之后,捕获的信息是每帧都包含LED的明暗条纹的视频序列。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,所述基于等距采样的轻量级图像处理算法具体包括:首先,将捕获的图像变为灰度图像,并对灰度图像进行二值化处理;然后,对二值化后的图像按像素的行、列分别进行等距离的像素强度采样,获得LED大致的感兴趣区域;最后,对该区域附近所有像素按照行、列进行像素强度采样,以获得准确的LED感兴趣区域边界。

4.根据权利要求3所述的一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,所述设计的新型识别/解调机制具体包括:首先,采用基于等距采样的轻量级图像处理算法获取初始帧中的LED感兴趣区域;然后,取LED感兴趣区域的中线,计算该中线上所有点的灰度值,每点的灰度值按照垂直于该点所在中线的上下10个像素点取平均进行计算;根据计算出的灰度值,判别此点是属于明条纹还是暗条纹,并将所有明条纹和暗条纹的起始点横坐标从小到大排序,即得到每个条纹起始点的横坐标值;遍历每个条纹的宽度,得到感兴趣区域的明、暗条纹序列;最后,将该序列与数据库中的LED进行匹配,判断捕获的LED是否为有效编码光源。

5.根据权利要求4所述的一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,所述基于颜色特征匹配的视觉目标跟踪算法具体包括:步骤4‑1:根据初始帧中获取的LED感兴趣区域的尺寸和颜色信息,分别创建目标LED感兴趣区域的跟踪窗口和颜色直方图,其中,颜色直方图中代表了不同颜色出现在整幅图像中所占的比例;

步骤4‑2:根据反向投影原理,将后续帧中每点像素值用目标LED感兴趣区域中颜色出现的概率替换,得到颜色概率分布图;颜色概率分布图是一个灰度图像,如果某像素点越亮,就说明此点属于目标LED感兴趣区域的概率越大;

步骤4‑3:在当前帧中,跟踪窗口利用迭代方式找到目标颜色概率最大的位置,并不断调整跟踪窗口的尺寸,将跟踪窗口的中心移动到概率最大位置的质心,得到当前帧捕获的LED的位置和尺寸,实现对LED的跟踪;同时,实时更新跟踪窗口参数;

步骤4‑4:对后续帧进行迭代,并使用当前帧中的跟踪窗口参数作为下一帧跟踪窗口的初始值,从而实现在视频序列中的LED跟踪,快速获得后续帧的LED感兴趣区域。

6.根据权利要求5所述的一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,所述融合高斯混合模型的增强型视觉目标跟踪算法具体包括:摄像机在一个固定的场景中捕捉移动的目标,移动的目标称为前景,而固定的场景称为背景;在动态可见光定位系统中,需要从某一帧图像中提取关于前景LED的信息;首先,使用m个分布的高斯混合模型进行训练估计背景模型,并且选择时间窗口,通过增加新的样本来替换旧的样本来建立样本训练集;然后,根据背景模型,使用贝叶斯决策因子来确定该像素是前景还是背景;最后,根据空间连续性对前景LED进行分割。

7.根据权利要求6所述的一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,除了考虑应用高斯混合模型外,还需要使用卡尔曼滤波对存在光链路遮挡情形下的LED的感兴趣区域进行预测;

将当前帧中跟踪窗口的颜色直方图与目标LED的颜色直方图比较,当两直方图的相似度小于根据设定的阈值时,认为LED发生遮挡,使用卡尔曼滤波预测当前帧感兴趣区域的位置。LED发生完全遮挡时,再次出现时,使用新型识别/解调机制再次确定LED。

8.根据权利要求6所述的一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位方法,其特征在于,在跟踪过程中,接收机处于静止或低速移动状态,跟踪窗口主要由目标颜色特征匹配算法确定;接收机处于快速或者突然移动时,跟踪窗口主要由高斯混合模型确定。最后,对每一帧执行摄影测量算法实现高精度的可见光定位。

9.一种基于增强型视觉目标跟踪的可见光定位系统,其特征在于,包括;

感兴趣区域提取模块:用于捕获初始帧后,采用基于等距采样的轻量级图像处理算法提取LED的感兴趣区域;设计新型识别/解调机制,获得初始帧中或有新LED出现的帧中LED感兴趣区域明、暗条纹序列,并与数据库中的LED进行匹配,判断捕获的LED是否为有效编码光源,用于确定跟踪LED的有效感兴趣区域并消除非定位光源的干扰;

移动目标检测模块:结合高斯混合模型GMM和目标颜色特征匹配算法来检测移动目标LED;设计融合高斯混合模型的增强性视觉目标跟踪算法,使接收机在不同的运动状态下能够实时跟踪LED。