本發(fā)明涉及可見光通信領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于移動設(shè)備攝像頭檢測led光源的頻率的方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)公開了一種基于可見光的通信技術(shù)，利用圖像傳感器分時(shí)逐行讀取圖像信息的特性，通過對led光源的驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制，簡單的說就是改變led光源的頻率，在圖像傳感器輸出端獲取若干幀明暗條紋圖片，然后對明暗條紋圖片中一對明暗條紋的寬度進(jìn)行檢測。而后，根據(jù)檢測到的圖像中一對明條紋暗條紋的寬度，通過計(jì)算來獲取led光源的頻率信息。而后，根據(jù)所述頻率信息來確定所傳輸?shù)木幋a。最后，根據(jù)特定的解碼方式恢復(fù)所傳輸信，該信息與室內(nèi)位置之間的對應(yīng)關(guān)系，獲得相應(yīng)位置信息，從而實(shí)現(xiàn)移動設(shè)備的室內(nèi)精確定位?，F(xiàn)有技術(shù)提出的可見光定位系統(tǒng)如圖1所示。

如圖1所示，實(shí)現(xiàn)可見光定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠地實(shí)現(xiàn)定位的關(guān)鍵是對不同寬度的明暗條紋圖片進(jìn)行正確的解碼，計(jì)算出其中一對明暗條紋的寬度，從而得到led光源的頻率。現(xiàn)有技術(shù)檢測一對明暗條紋的寬度的方法有：1.首先將有效光源區(qū)條紋圖片進(jìn)一步縮減為發(fā)光面矩形，對發(fā)光面矩形圖片灰度值進(jìn)行灰度值二元化，然后對二值矩形圖片中的每一行求和，再對和值求一階或二階偏導(dǎo)，最后對每行的偏導(dǎo)值進(jìn)行處理得到圖片的條紋數(shù)目；2.首先獲取光源區(qū)條紋圖片，將條紋圖片轉(zhuǎn)換成灰度圖片，針對條紋圖片中每一行的所有像素計(jì)算平均灰度值，假定灰度明暗條紋圖片共有m行，將m個平均灰度值存儲在數(shù)組中，然后對數(shù)組進(jìn)行m點(diǎn)的dft運(yùn)算，除低頻分量以外的峰值所對應(yīng)的k值即條紋圖片中的條紋數(shù)目，再用總行數(shù)m除以k得到一對明暗條紋的寬度。但是通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，方法一，方法二的可靠性和穩(wěn)定性并不是很理想。方法一中明暗條紋的數(shù)目是隨著led光源與移動設(shè)備之間距離的增加而減少的，而不是固定不變的，說以不能得到光源區(qū)的條紋圖片與led光源頻率的之間對應(yīng)的光系。方法二用平均閾值法不能消除遠(yuǎn)距離時(shí)在條紋圖片的外圈形成的個個不是很亮的光環(huán)，這個光環(huán)會對有效光源區(qū)的截取產(chǎn)生干擾，隨著距離的增加，誤碼率會越來越高，還有條紋圖片的每行進(jìn)行求灰度值平均，在進(jìn)行dft運(yùn)算時(shí)，會引入更多的噪聲，這個方法還會真加很多的運(yùn)算量，使對圖片的處理變慢，對移動設(shè)備的內(nèi)存占用比變大，影響系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)把led-id信息與位置信息的對照表，當(dāng)室內(nèi)可見光定位技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣的時(shí)候，led-id信息與位置信息的對照表就要頻繁的更新，移動設(shè)備上的app也就要同時(shí)頻繁的更新，隨著led-id信息與位置信息的對照表越來越龐大，會占用的大量的移動設(shè)備的內(nèi)存資源。為了解決上述出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提出一種基于移動設(shè)備攝像頭檢測led光源頻率并與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸獲取位置的方法，有效的提高了可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于移動設(shè)備攝像頭檢測led光源的頻率的方法，該方法可有效提高對可見光源定位的穩(wěn)定性和可靠性。

為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于移動設(shè)備攝像頭檢測led光源的頻率的方法，包括以下步驟：

s1：用移動設(shè)備的攝像頭對著經(jīng)過led光源拍照，獲取條紋圖片，將條紋圖片轉(zhuǎn)換成灰度圖像，其中每一種led燈具的頻率都對應(yīng)著一位或者多位的bit信息，在移動設(shè)備中生產(chǎn)一張頻率與bit信息對照表；

s2：采用otsu算法選取閾值將灰度圖像轉(zhuǎn)換成二值圖像，根據(jù)得到的二值圖像，進(jìn)行行掃描，獲取每行的平均灰度值；

s3：對灰度值最大的一行進(jìn)行行掃描，分別記錄第一次和最后一次出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)；

s4：根據(jù)記錄的第一次和最后一次出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)計(jì)算出led燈具的頻率；

s5：將得到的led燈具的頻率通過對照表，獲得相對應(yīng)的bit信息進(jìn)而獲得led光源的位置。

優(yōu)選地，所述條紋圖片換成255級灰度圖像。

進(jìn)一步地，所述步驟s4的具體過程如下：

其中，w為一對黑白條紋的寬度，c1為第一次出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)，c2為第二次出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)，row_n為灰度值最大的一行中條紋圖片的黑白條紋對的數(shù)目，frow為移動設(shè)備的攝像頭的行掃描頻率。

進(jìn)一步地，所述led燈具通過發(fā)送不同頻率的光，可檢測到不同的bit信息，組合在一起就是一個完整的位置id從而得到led光源的位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

本發(fā)明通過對led光源的驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制，簡單的說就是改變led光源的頻率，在圖像傳感器輸出端獲取若干幀明暗條紋圖片，然后對明暗條紋圖片一對明暗條紋的寬度進(jìn)行檢測，可知所拍攝的明暗條紋圖片每行像素值的變化規(guī)律是周期性的，即用移動設(shè)備的攝像頭的行掃描頻率比上一對黑白條紋的寬度即為led光源的頻率，不同led頻率的組合，，就可以獲得led光源的位置信息，提高了對led光源定位的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)提出的可見光定位系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明技術(shù)提出的可見光定位系統(tǒng)的示意圖；

圖3a是經(jīng)過tcl智能手機(jī)攝像頭對led光源拍照獲得的明暗條紋圖；

圖3b是明暗條紋圖片灰度化后，在經(jīng)過otsu算法處理后的二值圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

獲取光信號對應(yīng)的明暗條紋圖片。

如圖2所示，發(fā)射機(jī)能夠控制led燈具發(fā)送不同頻率的連續(xù)光信號，光信號的頻率可以是相同，也可以是不同，根據(jù)不同的led燈具的頻率來區(qū)分不同的碼元信息。設(shè)定led燈具的頻率為fled，用移動設(shè)備的攝像有對著led燈具拍照，得到與fled對應(yīng)的明暗條紋圖片。

對得到的條紋圖片進(jìn)行灰度化。

對每個像素點(diǎn)中rgb三個像素進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將彩色圖像轉(zhuǎn)化為黑白圖像(如圖3a)，從黑到白的亮度區(qū)分，設(shè)定為灰度值；最小為0，最大為255。

將灰度圖像轉(zhuǎn)換成二值圖像(如圖3b)，閾值選取采用otsu算法。該算法是在灰度直方圖的基礎(chǔ)上采用最小二乘法原理推導(dǎo)出來的，具有統(tǒng)計(jì)意義上的最佳分割。它的基本原理是以最佳閾值將圖像的灰度值分割成兩部分，使兩部分之間的方差最大時(shí)，決定閾值，即具有最大的分離性。

其數(shù)學(xué)模型如下：

設(shè)f(x,y)為條紋圖片im*n的位置(x,y)處的灰度值，灰度級為[k1,k2]，則f(x,y)∈[k1k2]。若灰度級i的所有像素個數(shù)為ni，則第i級灰度出現(xiàn)的概率為：

其中并且i∈[k1,k2]。

然后用閾值k將其分成兩組，即背景c0∈[k1,k-1]和目標(biāo)c1∈[k,k2]。

背景c0部分出現(xiàn)的概率為：

目標(biāo)led光源區(qū)域c1部分出現(xiàn)的概率為：

其中ω0+ω1＝1。背景c0部分的平均灰度值為：

目標(biāo)led光源區(qū)域c1部分出現(xiàn)的平均灰度值為：

圖像的總平均灰度值為：

兩組間的方差為：

δ²(k)＝ω0(μ-μ0)+ω1(μ-μ1)(8)

從k1到k2間改變k，使(8)式最大的那個k值即為閾值。

進(jìn)行二值化。

當(dāng)灰度值大于閾值時(shí)，灰度值二元化后的值為255；當(dāng)灰度值小于閾值時(shí)，灰度值二元化后的值為0，灰度化后設(shè)g(x,y)為條紋圖片im*n的位置(x,y)處的灰度值。

對二值圖進(jìn)行分析，假設(shè)led燈具形成的明暗條紋圖片的行數(shù)為m，每行有n個像素點(diǎn)。

記錄第一次出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)c1。定義一個變量s初始值記為0，掃描若有連續(xù)出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)，則s增加1；掃描到最后一次出現(xiàn)連續(xù)大于閾值的像素點(diǎn)，記下這段連續(xù)像素點(diǎn)的第一個像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)c2，此時(shí)的s等于row_n。

條紋圖片的黑白條紋對的數(shù)目為row_n，一對黑白條紋的寬度(一對黑白條紋包含的包含的像素點(diǎn)的列數(shù))

計(jì)算條紋圖片的每行的所有像素計(jì)算平均灰度值，每行的平均灰度值為：

上式中的i帶表不同的行，從1到n之間變化，選取合適的i值，使(9)式中的最大，此時(shí)第i行包括的明暗條紋數(shù)目最多。

定位到第i行，i從1到n近行變化，對i行從左到右進(jìn)行掃描，比較g(i,j)與閾值k的大小，記錄第一次出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)c1。定義一個變量s初始值記為0，掃描若有連續(xù)出現(xiàn)大于閾值的像素點(diǎn)，則s增加1；掃描到最后一次出現(xiàn)連續(xù)大于閾值的像素點(diǎn)，記下這段連續(xù)像素點(diǎn)的第一個像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)c2，此時(shí)的s等于row_n。

條紋圖片的黑白條紋對的數(shù)目為row_n，一對黑白條紋的寬度(一對黑白條紋包含的像素點(diǎn)的列數(shù))

led燈具的頻率frow為移動設(shè)備的攝像頭的行掃描頻率，可以通過攝像頭的參數(shù)獲取，或者通過軟件從設(shè)備讀取出這個參數(shù)。

本發(fā)明提出一種基于移動設(shè)備攝像頭檢測led光源的頻率的方法，通過對led光源的驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制，簡單的說就是改變led光源的頻率，在圖像傳感器輸出端獲取若干幀明暗條紋圖片，然后對明暗條紋圖片一對明暗條紋的寬度進(jìn)行檢測，可知所拍攝的明暗條紋圖片每行像素值的變化規(guī)律是周期性的，即用移動設(shè)備的攝像頭的行掃描頻率比上一對黑白條紋的寬度即為led光源的頻率，不通led頻率的組合，對應(yīng)不通的編碼的信息，將信息發(fā)送給服務(wù)器，就可以獲得從服務(wù)器返回的位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)勢是：

本發(fā)明提出的檢測led光源頻率的方法，可有效提高此類可見光定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過otsu算法，可以消除有效光源區(qū)最外圈的環(huán)帶的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；不需要截取有效光源區(qū)，可以消去截取產(chǎn)生的誤碼，提高抗各種環(huán)境光干擾的能力，不通過fft運(yùn)算檢測明暗條紋的數(shù)目，算法簡更加潔明了，而且可大幅提高明暗條紋圖片的處理速度，減少對移動設(shè)備內(nèi)存的占用，還可以減弱噪聲的干擾，可以不需要更高的led燈具的頻率，降低硬件成本，同過與服務(wù)器的傳輸，可以不用在移動設(shè)備端導(dǎo)入位置的數(shù)據(jù)表，減小對移動設(shè)備內(nèi)存的占用，還有位置更新時(shí)，總是要實(shí)時(shí)的更新app帶來的不便，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

采用一種現(xiàn)有的模型進(jìn)行說明。發(fā)射機(jī)對led-id信息進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)。本實(shí)施例的發(fā)射機(jī)(led燈具)采用5種不同的led閃爍頻率代表1比特二進(jìn)制數(shù)據(jù)，這樣接收機(jī)(移動設(shè)備)可以形成1種不同寬度的明暗條紋圖片和1個代表“幀頭”的條紋圖片，如表1所示，其中fledi表示第i個led閃爍頻率，li表示第i幅圖片所包含的明暗條紋寬度之和(以像素行數(shù)為單位計(jì)數(shù))。

表1：led-id信息編碼示意圖

led-id信息的編碼規(guī)則為：

1)對連續(xù)相鄰的相同的2比特二進(jìn)制數(shù)據(jù)組，交替使用不同的led閃爍頻率進(jìn)行編碼；

2)對于非連續(xù)相鄰的相同的2比特二進(jìn)制數(shù)據(jù)組，使用與前一個相鄰數(shù)據(jù)組所用led閃爍頻率差距較大的頻率進(jìn)行編碼。

假設(shè)發(fā)射端led光源循環(huán)廣播一個4位led-id信息為“1010”。根據(jù)上述規(guī)則及表1定義的編碼，并加裝幀頭后的信號為“fled5fled1fled2fled3fled4”。

在移動設(shè)備端的app里調(diào)用攝像頭對led光源進(jìn)行預(yù)覽，等間隔時(shí)間連續(xù)預(yù)覽12張圖片。用本文的方法對預(yù)覽的5張圖片進(jìn)行解碼，解出不同圖片對應(yīng)的頻率，則解出的明暗條紋像素值信息為l5l4l3l2l1，得到對應(yīng)的led-id信息為1010。

將得到的led-id的信息通過移動設(shè)備發(fā)送給服務(wù)器，用一臺電腦做服務(wù)器，服務(wù)器上存放led-id與位置信息的對照表。服務(wù)器收到led-id信息后，返回一個位置信息給移動設(shè)備，這樣就完成了定位。通過服務(wù)器，可以免去app因?yàn)閷φ毡淼母?，app也要不斷地更新的麻煩，還可以減少移動設(shè)備要自己存儲對照表而過多的占用手機(jī)內(nèi)存，app顯現(xiàn)的很龐大。

相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件；

附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。