1.确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法,其特征在于,包括以下步骤:
捕获图像帧后,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;
对LED的感兴趣区域采用T‑W映射机制识别接收范围内的具体LED;在发射端,预先为所有LED各分配一个特定的发射速率,不同的LED发射速率映射着不同且不相重合的LED感兴趣区域序列头条纹的宽度范围;在接收端,获得所捕获图像帧中所有的LED感兴趣区域序列头条纹的宽度,并与数据库中的序列头条纹宽度范围进行匹配以识别具体LED,判断捕获的LED是否为有效光源并获取其真实世界坐标以进行定位;
对LED的感兴趣区域采用线性分组编码和位交错机制恢复帧间间隙中的丢失数据;在发射端,设计了数据包格式,并将发送的随机数据进行(7,4)汉明编码和位交错处理并组成数据包;在接收端,获得所捕获连续图像帧中的LED感兴趣区域明、暗条纹序列,接收横跨两帧的数据包,从而在不影响可见光定位性能的同时实现低误码率的数据通信。
2.根据权利要求1所述确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法,其特征在于:LED作为光源,智能终端作为接收机;LED传输经过编码和调制且包含定位和通信信息的二进制信号,智能终端的摄像头捕获LED传输的二进制信号,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所述确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法,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1所述确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法,其特征在于:所述T‑W映射机制具体包括: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,认定宽度最长的条纹为序列头所对应的条纹并取出该宽度值;最后,将该宽度值与数据库中的所有序列头条纹宽度范围进行匹配以识别具体LED,判断捕获的LED是否为有效光源并获取其真实世界坐标以进行定位。
5.根据权利要求1所述确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法,其特征在于:所述线性分组编码和位交错机制具体包括:
在发射端:首先,根据每图像帧中的最大数据携带容量、数据包的最大数据携带容量、(7,4)汉明码的编码规则和位交错机制的原理、帧间间隙中的数据丢失量以及它们之间的相互关系设计数据包格式,确定数据包中所含汉明块的数量;然后,按照(7,4)汉明码的编码规则将发送的随机数据进行编码;随后,按照位交错机制的原理对编码以后的数据进行处理,使得不同汉明块的数据交织在一起;最后,将位交错处理以后的数据进行曼彻斯特编码并根据数据包的格式组合成发送数据包;
在接收端:首先,对得到的LED感兴趣区域的明、暗条纹序列提取经曼彻斯特编码处理的数据序列部分;然后,根据帧间间隙的数据丢失量对横跨连续图像帧的经曼彻斯特编码处理的数据序列部分进行随机位补偿,获得待纠错的数据序列;随后,将待纠错的数据序列接连进行曼彻斯特译码和位解交错处理,获得待纠错的汉明块;最后,根据(7,4)汉明码的纠错功能正确还原发送数据。
6.根据权利要求5所述确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法,其特征在于:所述数据包由序列头、起始位、编码数据以及结束位组成,数据包的最大数据携带容量大于每图像帧中的最大数据携带容量,数据包的最大数据携带容量由编码数据中所含汉明块数量来决定,汉明块的数量大于或等于帧间间隙中的数据丢失量。
7.根据权利要求1‑6任一项所述确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法,其特征在于:为了减少因处理非LED感兴趣区域而增加系统开销的情况,还包括,首先,将任何感兴趣区域的外接圆面积与预设的面积阈值范围进行对比;然后,仅将外接圆面积处于预设的面积阈值范围感兴趣区域认定为LED感兴趣区域并对其进行进一步处理。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于:该计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~7任一项所述的确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信方法。
9.确保连贯定位和通信的可见光混合定位与通信系统,其特征在于,包括:
调制和驱动模块:用于将发送的随机数据进行线性分组编码和位交错处理并组成发送数据包;采用OOK‑PWM的调制方式将数据包进行处理,并驱动LED在覆盖范围内传输随机数据包;
LED感兴趣区域提取模块:用于捕获图像帧后,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;为减少因处理非LED感兴趣区域而增加系统开销的情况,将任何感兴趣区域的外接圆面积与预设的面积阈值范围进行对比;仅将外接圆面积处于预设的面积阈值范围感兴趣区域认定为LED感兴趣区域并对其进行进一步处理;
T‑W映射机制模块:用于构建T‑W映射机制数据库,其中不同的LED发射速率{T1,T2,T3,...,Tn,...}映射着不同且不相重合的LED感兴趣区域序列头条纹的宽度范围{W1,W2,W3,...,Wn,...};将获得的LED感兴趣区域序列头条纹宽度与数据库中的序列头条纹宽度范围进行匹配以识别具体LED,判断捕获的LED是否为有效光源并获取其真实世界坐标以进行定位;
线性分组解码和位解交织模块:用于根据帧间间隙的数据丢失量对横跨连续图像帧的经曼彻斯特编码处理的数据序列部分进行随机位补偿,获得待纠错的数据序列;将待纠错的数据序列接连进行曼彻斯特译码和位解交错处理,获得待纠错的(7,4)汉明块;根据(7,
4)汉明码的纠错功能正确还原发送数据。