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成像型可见光定位系统优化研究

刘翔宇 刘保睿 宋嵩 郭磊

刘翔宇, 刘保睿, 宋嵩, 郭磊. 成像型可见光定位系统优化研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(12): 4246-4255. doi: 10.11999/JEIT211019
引用本文: 刘翔宇, 刘保睿, 宋嵩, 郭磊. 成像型可见光定位系统优化研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(12): 4246-4255. doi: 10.11999/JEIT211019
LIU Xiangyu, LIU Baorui, SONG Song, GUO Lei. Research on Optimization of Camera-based Visible Light Positioning System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(12): 4246-4255. doi: 10.11999/JEIT211019
Citation: LIU Xiangyu, LIU Baorui, SONG Song, GUO Lei. Research on Optimization of Camera-based Visible Light Positioning System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(12): 4246-4255. doi: 10.11999/JEIT211019

成像型可见光定位系统优化研究

doi: 10.11999/JEIT211019
基金项目: 重庆市高校创新研究群体(CXQT21019)
详细信息
    作者简介:

    刘翔宇:男,博士后,研究方向为可见光定位和无线光通信

    刘保睿:男,硕士生,研究方向为可见光通信和可见光定位

    宋嵩:男,博士生,研究方向为自由空间光通信和无线光通信

    郭磊:男,教授,杭州市钱江特聘专家,研究方向为通信网络技术

    通讯作者:

    宋嵩 songsong@stumail.neu.edu.cn

  • 1)单位bit宽度指1位编码形成的条纹在图像中所占像素点的个数。
  • 2)黑2表示该条纹是最短黑条纹宽度的2倍。
  • 中图分类号: TN92

Research on Optimization of Camera-based Visible Light Positioning System

Funds: Chongqing University Innovation Research Group (CXQT21019)
  • 摘要: 现有室内成像型可见光定位系统多注重定位精度的提高,而忽略了系统的解码识别成功率和定位算法的适用性。表现在:(1)接收端捕获带有模糊效应的图像会导致解码识别率变低;(2)定位系统移动状态下采用单一算法定位,且双灯(dual-LED)算法的旋转角存在非确定性,导致定位精度大幅度变化,甚至定位系统失效。该文首先提出基于条纹宽度比的解码算法,消除人为设定硬阈值的缺陷;然后,提出基于旋转角优化的联合定位算法,利用方向传感器辅助确认旋转角并联合定位;此外,还设计了简易导航功能。实验结果表明,该算法使得解码识别率在1.5 m内可达99%,系统平均定位误差为3.998 cm。
  • 图  1  室内可见光定位技术应用场景

    图  2  基于图像处理的室内可见光定位系统

    图  3  捕获LED图像二值化后进行解码

    图  4  两盏LED的可见光定位算法

    图  5  1盏LED 的可见光定位算法

    图  6  子图中包含序列头的不同情形

    图  7  条纹种类示意

    图  8  基于旋转角优化的联合定位算法

    图  9  导航算法模拟场景及实施方案

    图  10  实验测试场景实物图

    图  11  发送端与接收端的垂直距离对解码识别率的影响

    图  12  接收端移动状态下定位结果分布

    图  13  接收端定点状态下的部分定位结果分布

    图  14  误差累积分布函数

    图  15  导航效果展示

    表  1  系统参数设置

    参数
    实验区域大小3.2 m×3.0 m×2.65 m
    LED型号CXA1512
    LED最大功率21.6 W
    灯罩直径20 cm
    芯片型号Cylone IV EP4CE6F
    放大电路LM324N
    MOS管型号IRF520
    电源GPS-430C
    智能手机型号Google Pixel
    屏幕分辨率1920×1080
    系统版本Android 7.0/8.0
    前置摄像头分辨率2448×3264
    相机曝光时间100 µs
    相机感光度64
    下载: 导出CSV

    表  2  信标编码参数

    参数值(µs)
    序列头宽度400
    序列尾宽度80
    时隙(单位编码)宽度80
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-24
  • 修回日期:  2021-12-03
  • 录用日期:  2021-12-08
  • 网络出版日期:  2021-12-18
  • 刊出日期:  2022-12-16

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