本發(fā)明屬于可見光通信技術領域，特別涉及一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置。
背景技術：
可見光通信是一種全新的無線通信手段，該方法是利用可見光波段的高速調制光進行通信的一種方法，可以進行數(shù)據、語音、視頻等通信。采用可見光通信技術實現(xiàn)車與車之間的信息交互，為建立車聯(lián)網提供了一個新的解決方案。但由于道路上行駛的車輛多，燈光雜亂，如果想在道路上實現(xiàn)可見光通信在指定車輛間建立連接，如何選擇正確的車輛進行通信，又是一個要解決的問題。
按照國家相關法規(guī)的要求,要在車輛前后明顯的位置安裝車牌。車牌作為機動車的唯一身份標識，現(xiàn)行的機動車號牌的規(guī)格尺寸都是固定的，小型車的車牌440mm×140mm，大型車的前車牌尺寸與小型車牌尺寸相同，后牌為440mm×220mm。經過觀察，機動車的前照燈和后置剎車燈通常在前后車牌左右120度，距離車牌邊沿約1米的扇形區(qū)域。同時，由攝像頭采集回來的圖像可知，一個亮起的車燈是一個圓形的光斑，該光斑并經過AD轉換的數(shù)值，相對于外圍區(qū)域會有個跳變。
根據以上提到的幾個問題和幾種技術方法，本發(fā)明提出了一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置。通過對需要建立通信的車牌定位，快速準確的追蹤定位到該車用于可見光通信的車燈，從而更加準確、穩(wěn)定的實現(xiàn)車與車之間的可見光通信。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置，包括：收發(fā)機和用戶接口；收發(fā)機，包括：圖像采集器、圖像處理器、光電接收器陣列、判決器、通信車燈和驅動器；用戶接口，包括：輸入模塊、收發(fā)控制器和顯示器；圖像采集器與圖像處理器電連接,光電接收器陣列與判決器電連接,光電接收器陣列與圖像采集器電連接, 通信車燈與驅動器電連接;收發(fā)控制器分別與驅動器、圖像處理器、判決器、輸入模塊、顯示器電連接。
圖像采集器，用于采集實時影像，以得到獲取圖像信息，并輸出給圖像處理器。
圖像處理器，用于根據圖像采集器輸出的圖像信息，識別出圖像中的車牌的位置，以及車牌號。
光電接收器陣列，陣列中的每個光電接收器，都與圖像采集器的一個像素點對應，用于感應該像素點位置燈光發(fā)出的可見光信號，并轉換為模擬電信號輸出。
判決器，用于根據收發(fā)控制器的指令，選擇光電接收器陣列中相應的光電接收器的模擬電信號輸出，并轉換成相應的數(shù)字信號并輸出。
通信車燈，用于發(fā)送可見光信號，通信車燈使用汽車的前照燈、示廓燈、剎車燈。
驅動器，用于驅動通信車燈發(fā)出可見光信號。
輸入模塊，用于輸入控制指令、需建立通信的車牌號。
顯示器，用于顯示裝置需要顯示的圖文信息，圖文信息，包括：車牌號、人機交互信息、圖像采集器的實時影像。
收發(fā)控制器，用于實現(xiàn)：1、對輸入模塊的輸出進行處理，識別出控制指令、通信信息、車牌信息；2、接收圖像處理器輸出的車牌號，車牌的位置，并確定需要建立連接的車輛車牌號，以及該車牌的位置；3、根據車牌的位置，搜索確定該車牌的車輛通信車燈的位置；4、根據通信車燈的燈光位置信息，控制判決器選擇對應圖像采集器上像素點的光電接收器，并接收判決器的數(shù)字信號輸出；5、將判決器的數(shù)字信號輸出進行解析，得到相應的控制指令、通信信息；6、保存有車牌數(shù)據庫；7、根據輸入模塊的輸出，生成可見光通信的數(shù)據幀，并根據數(shù)據幀給驅動器發(fā)出信號，再由驅動器驅動通信車燈發(fā)出可見光信號。
可見光信號以數(shù)據幀的形式發(fā)送，數(shù)據幀包括：同步碼、目標車牌、源車牌、數(shù)據類型、數(shù)據長度、數(shù)據、校驗信息，共7個字段。
同步碼，用于保持會話雙方的兩個裝置的數(shù)據收發(fā)時鐘同步，以及表示一個數(shù)據幀的開始。
目標車牌，用于表示需要進行會話的對方車輛車牌號。
源車牌，用于表示進行會話的己方車輛車牌號；對于警車、救護車，該字段可以是車輛本身的車牌號信息，也可以是專用的數(shù)字組合。
數(shù)據類型，用于表示本數(shù)據幀的類型，數(shù)據幀的類型包括：會話請求、會話數(shù)據、會話請求應答、會話請求應答確認，會話請求數(shù)據幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示向會話響應端發(fā)送會話建立的請求；會話請求應答數(shù)據幀由會話響應端發(fā)出，用于表示向會話發(fā)起端發(fā)送會話建立的請求應答；會話請求應答確認數(shù)據幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示收到會話請求應答數(shù)據幀，確認建立連接；會話數(shù)據幀，用于攜帶要發(fā)送會話的信息。
數(shù)據長度，用于表示一個數(shù)據幀中數(shù)據字段的長度。
數(shù)據，用于放置會話的控制指令、通信信息。
校驗信息，用于檢驗數(shù)據幀是否有錯誤，對于在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤進行糾正。
本發(fā)明的車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置構造簡單，綜合采用了可見光通信技術和圖像采集、識別技術，實現(xiàn)了車牌的識別和定位，并結合車牌的定位，快速定位車輛通信車燈的位置，將成像技術和非成像技術的結合，從而提高了可見光通信的穩(wěn)定性和準確性，使得在復雜交通環(huán)境下運用可見光通信技術進行車輛間的會話成為可能。
附圖說明
圖1 是本發(fā)明實施例中車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置的系統(tǒng)結構圖。
圖中標記：1-用戶接口；2-收發(fā)機；10-收發(fā)控制器；11-輸入模塊；12-顯示器；16-觸摸屏； 20-圖像采集器；21-圖像處理器；22-光電接收器陣列；23-判決器；24-通信車燈；25-驅動器。
具體實施方式
實施例：
一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置，包括：收發(fā)機2、用戶接口1；收發(fā)機2，包括：圖像采集器20、圖像處理器21、光電接收器陣列22、判決器23、通信車燈24、驅動器25；用戶接口1，包括：輸入模塊11、收發(fā)控制器10、顯示器12；圖像采集器20與圖像處理器21電連接,光電接收器陣列22與判決器23電連接,光電接收器陣列22與圖像采集器20電連接, 通信車燈24與驅動器25電連接;收發(fā)控制器10分別與驅動器25、圖像處理器21、判決器23、輸入模塊11、顯示器12電連接。
圖像采集器20，用于采集實時影像，以得到獲取圖像信息，并輸出給圖像處理器21。
圖像處理器21，用于根據圖像采集器20輸出的圖像信息，識別出圖像中的車牌的位置，以及車牌號。
光電接收器陣列22，陣列中的每個光電接收器，都與圖像采集器20的一個像素點對應，用于感應該像素點位置燈光發(fā)出的可見光信號，并轉換為模擬電信號輸出。
判決器23，用于根據收發(fā)控制器的指令，選擇光電接收器陣列22中相應的光電接收器的模擬電信號輸出，并轉換成相應的數(shù)字信號并輸出。
通信車燈24，用于發(fā)送可見光信號，通信車燈使用汽車的前照燈、示廓燈、剎車燈。
驅動器25，用于驅動通信車燈24發(fā)出可見光信號。
輸入模塊11，用于輸入控制指令、需建立通信的車牌號。
顯示器12，用于顯示裝置需要顯示的圖文信息，圖文信息，包括：車牌號、人機交互信息、圖像采集器20的實時影像。
收發(fā)控制器10，用于實現(xiàn)：1、對輸入模塊11的輸出進行處理，識別出控制指令、通信信息、車牌信息；2、接收圖像處理器21輸出的車牌號，車牌的位置，并確定需要建立連接的車輛車牌號，以及該車牌的位置；3、根據車牌的位置，搜索確定該車牌的車輛通信車燈24的位置；4、根據通信車燈24的燈光位置信息，控制判決器23選擇對應圖像采集器20上像素點的光電接收器，并接收判決器23的數(shù)字信號輸出；5、將判決器23的數(shù)字信號輸出進行解析，得到相應的控制指令、通信信息；6、保存有車牌數(shù)據庫；7、根據輸入模塊的輸出，生成可見光通信的數(shù)據幀，并根據數(shù)據幀給驅動器25發(fā)出信號，再由驅動器25驅動通信車燈24發(fā)出可見光信號。
可見光信號以數(shù)據幀的形式發(fā)送，數(shù)據幀包括：同步碼、目標車牌、源車牌、數(shù)據類型、數(shù)據長度、數(shù)據、校驗信息，共7個字段。
同步碼，用于保持會話雙方的兩個裝置的數(shù)據收發(fā)時鐘同步，以及表示一個數(shù)據幀的開始。
目標車牌，用于表示需要進行會話的對方車輛車牌號。
源車牌，用于表示進行會話的己方車輛車牌號；對于警車、救護車，該字段可以是車輛本身的車牌號信息，也可以是專用的數(shù)字組合。
數(shù)據類型，用于表示本數(shù)據幀的類型，數(shù)據幀的類型包括：會話請求、會話數(shù)據、會話請求應答、會話請求應答確認，會話請求數(shù)據幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示向會話響應端發(fā)送會話建立的請求；會話請求應答數(shù)據幀由會話響應端發(fā)出，用于表示向會話發(fā)起端發(fā)送會話建立的請求應答；會話請求應答確認數(shù)據幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示收到會話請求應答數(shù)據幀，確認建立連接；會話數(shù)據幀，用于攜帶要發(fā)送會話的信息。
數(shù)據長度，用于表示一個數(shù)據幀中數(shù)據字段的長度。
數(shù)據，用于放置會話的控制指令、通信信息。
校驗信息，用于檢驗數(shù)據幀是否有錯誤，對于在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤進行糾正。
當配備了本實施例中裝置的A車輛要與另一個配備了同樣裝置的車牌為京BBBBBB的B車輛建立通信，并且保持通信不中斷，需要時刻根據對方車輛的車牌的移動，追蹤對方的通信車燈；例如：A車輛需要在通信中，搜索定位B車輛的車牌和通信車燈的位置，以確保A車輛能夠持續(xù)接收到來自B車輛通信車燈發(fā)送的可見光信號，其追蹤過程及方法如下：
由A車輛的圖像采集器，采集實時影像，以獲取圖像信息，并輸出給圖像處理器；圖像處理器根據圖像采集器輸出的圖像信息，識別出圖像中的B車輛的車牌的位置以及車牌號；再由裝置根據B車輛的車牌的位置以及車牌號京BBBBBB，確定B車輛的通信車燈的位置。
在搜索并確定B車輛的車牌的位置后，定位其B車輛的通信車燈24的位置，定位追蹤的過程如下：
D1、確定一個車牌號為京BBBBBB的車牌的位置，以及該車牌在圖像采集器獲取的影像中，車牌長邊占用的像素點個數(shù)a，車牌寬邊占用的像素點個數(shù)b。
D2、構造坐標系：以車牌的兩個對角線交點為坐標系原點，以通過原點且平行于長邊的直線為橫軸，右側為橫軸正方向；垂直于長邊的為縱軸，上方為縱軸正方向，一個像素點為坐標系長度單位；構造坐標系：以車牌的下底邊的中心為坐標系原點，以該長邊的延長線為橫軸，右側為橫軸正方向；垂直于長邊的為縱軸，上方為縱軸正方向，一個像素點為坐標系長度單位。
D3、構造一個120度的等腰三角形：等腰三角形的頂角為坐標系原點，兩條腰分別與坐標系橫軸的正半軸呈-60度和+60度，以距離坐標系原點2倍車牌長度b為高。
D4、在D3構造的該等腰三角形區(qū)域內，從左向右掃描搜尋該車的車牌右側的車燈，D4的子過程如下：
D4.1、從左向右，以橫軸為起點，分別向上和向下逐列搜索，當搜索到右側的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點就預測為燈光所在的區(qū)域。
D4.2、以坐標系原點為射線的原點，經過該上升跳變的像素點的射線，繼續(xù)沿該射線方向搜索下降跳變，直到搜索到下降跳變的像素點或者搜索到影像的邊界。
構造一個線段：就以該射線中的上升跳變的像素點為一端，下降跳變的像素點或者影像的邊界為另一端。
D4.3、由收發(fā)控制器控制判別器選擇該線段中心所在的像素點在光電接收器陣列中所對應的光電接收器的輸出。
D4.4、再由收發(fā)控制器根據判決器的輸出，嘗試解析數(shù)據幀，如果能夠解析出數(shù)據幀，就對數(shù)據幀進行驗證：如果數(shù)據幀中的源車牌字段是京BBBBBB，則確定該燈光為B車輛的通信車燈發(fā)出，并接收該可見光信號，進入D5；如果無法解析數(shù)據幀，則將進入D4.5。
D4.5、以上一個搜索到的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點的開始，在D3構造的該等腰三角形區(qū)域內，繼續(xù)沿原來的搜索方向搜索那一列的第二個亮度值發(fā)生上升跳變的像素點，如果能夠搜索到，則進入D4.2；否則進入D4.6。
D4.6、以D4.5搜索的那一列的下一列開始，繼續(xù)執(zhí)行D4.1。
D5、當確定了右側的燈光后，再搜索車牌左側的車燈，同樣先構造一個等腰三角形：構造一個120度的等腰三角形：等腰三角形的頂角為坐標系原點，兩條腰分別與坐標系橫軸的負半軸呈-60度和+60度，以距離坐標系原點2倍車牌長度y為高。
D6、在D5構造等腰三角形區(qū)域內，從右向左掃描搜尋該車的車牌左側的車燈；D6的子過程如下：
D6.1、從右向左，以橫軸為起點，分別向上和向下逐列搜索，當搜索到左側的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點就預測為燈光所在的區(qū)域。
D6.2、以坐標系原點為射線的原點，經過該上升跳變的像素點的射線，繼續(xù)沿該射線方向搜索下降跳變，直到搜索到下降跳變的像素點或者搜索到影像的邊界。
構造一個線段：就以該射線中的上升跳變的像素點為一端，下降跳變的像素點或者影像的邊界為另一端。
D6.3、由收發(fā)控制器控制判別器選擇該線段中心所在的像素點在光電接收器陣列中所對應的光電接收器的輸出。
D6.4、再由收發(fā)控制器根據判決器的輸出，嘗試解析數(shù)據幀，如果能夠解析出數(shù)據幀，就對數(shù)據幀進行驗證：如果數(shù)據幀中的源車牌字段是京BBBBBB，則確定該燈光為B車輛的通信車燈發(fā)出，并接收該可見光信號，進入D7；如果無法解析數(shù)據幀，則將進入D6.5。
D6.5、以上一個搜索到的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點的開始，在D5構造的該等腰三角形區(qū)域內，繼續(xù)沿原來的搜索方向搜索那一列的第二個亮度值發(fā)生上升跳變的像素點，如果能夠搜索到，則進入D6.2；否則進入D6.6。
D6.6、以D6.5搜索的那一列的下一列開始，繼續(xù)執(zhí)行D6.1。
D7、當雙側燈光的在圖像采集器中位置都確定后，則鎖定這兩個位置；并在下一個圖像采集器的圖像采集時刻，搜索這兩個位置以及其相鄰的像素點，亮度值是否與上一個采集時刻接近，以確定燈光位置，并由收發(fā)控制器根據判決器的輸出，解析出數(shù)據幀，對數(shù)據幀進行驗證，如果數(shù)據幀中的源車牌字段是京BBBBBB，則確定該燈光為該車牌的通信車燈發(fā)出，并接收該可見光信號；如果由于遮擋或者其他原因，導致本步驟無法執(zhí)行，則跳轉到D1，重新定位通信車燈。