一种采用色温调制的led阵列成像定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明面向可见光通信和定位技术领域，提出了一种采用色温调制的LED阵列成 像定位系统。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外针对可见光定位(VLP)系统技术的研究主要集中在两个方面，一是将 传统射频定位算法应用在可见光定位场景中实现精确定位，二是利用摄像机成像摄影学原 理实现精确定位(简称成像定位）。这些模型都有一个共同的假设前提，就是预先知道模型 中的若干个LED光源的坐标值信息。LED-ID技术是一种最直接简单的定位方法。因此，发射 机如何可靠地传输LED-ID定位信息，接收机如何正确地解码出LED-ID定位信息，是VLP定位 系统的关键。
[0003] LED光源根据照明色温可以分为三种类型：暖白、正白和冷白。暖白LED色温值一般 在2500K-3500K之间，视觉上呈现淡黄色，光线温暖；正白LED色温值一般在4000K-6000K之 间，视觉上呈现白色，相当于正午阳光颜色;冷白LED色温值一般在6000K-8000K之间，视觉 上呈现蓝白色，相当于天气放晴时的蓝天颜色。目前市面上已有可以调节色温的LED智能灯 泡，可以根据温度调节灯泡颜色，例如天气热的时候调光到冷白，而天气冷的时候调光到暖 白。
【发明内容】
[0004] 鉴于传输LED-ID定位信息在可见光定位系统中的重要性，本发明提出了一种采用 色温调制的LED阵列成像定位系统，是一种全新的调制技术，即色温调制（Co Ior Temperature Modulation，CTM)，以及基于CTM的LED阵列成像定位系统。该系统的发射机采 用可进行色温调制的LED阵列平板灯，通过对LED阵列中的每个LED芯片进行色温调节来传 输一组LED-ID信息，暖白光代表"0"，冷白光代表"Γ，正白光代表"帧头"。接收机采用CMOS 图像传感器(CIS)对LED阵列图片进行颜色识别解码出LED-ID信息。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0006] -种采用色温调制的LED阵列成像定位系统，包括发射机和接收机；
[0007] 所述发射机采用LED阵列结构，LED阵列结构中的LED灯芯采用RGB三基色型的LED 芯片，相邻的LED灯芯间留有距离，每颗LED芯片分别都配置一个与LED灯芯相连的色温调制 驱动器，发射机配置一个与各色温调制驱动器相连的LED-ID数据色温调制映射器;LED-ID 数据色温映射器内部预置有一个信息映射表，可根据该表的规则将串行二进制LED-ID数据 调制成并行的多个二维色度数据信息，再通过色温调制驱动器将多个二维色度数据信息转 换成RGB三基色强度比值，驱动每颗灯芯按照不同的色温工作；
[0008] 所述接收机采用CMOS图像传感器对LED阵列光源进行拍照，获取不同色差的LED灯 芯阵列图片，再对图片进行光源区分割，然后根据CTM调制机制对各个子图片进行LED-ID信 息解码处理，从而实现定位。
[0009] 优选的，所述二进制LED-ID数据中的比特数的50%设置为"Γ，50%设置为"0"，即 保证LED阵列光源50 %的LED灯芯为暖白光，50 %的LED灯芯为冷白光。
[0010] 优选的，所述CMOS图像传感器前端安装一片用于对LED阵列结构光源发出的强光 进行衰减的中性密度滤光镜。
[0011]优选的，所述对各个子图片进行LED-ID信息解码处理过程具体为：
[0012]第1步:获取LED阵列平板灯的有效光源区域；
[0013]第2步:对LED阵列中的单个LED灯芯光源区进行图像分割和定位，获取多个单LED 灯芯光源区的中心坐标值，并以此为中心，分别获取多个M*M像素的小方块区域。在本实施 例中，获取9个单LED灯芯光源区中心的坐标值，以此为中心分别获取9个20*20像素的小方 块区域，如图5所示；
[0014]第3步:对上一步中获得的多个小方块区域进行颜色识别，即将小方块区域的像素 值由RGB空间转化到HSV空间，通过比较小方块区域的平均像素值是否在HSV阈值范围内识 别是否为暖白和冷白颜色；
[0015] 第4步:从多个LED灯芯光源区的小方块区域识别出代表"帧头"的颜色，重组由多 个小方块区域所代表的色温信息，进而形成一组完整的LED-ID信息。
[0016] 本发明所提出的定位系统采用全新的色温调制技术，具有结构简单、解码复杂度 低、光强保持恒定无闪烁感等优点，可在不改变LED照明体验的前提下，有效地实现LED-ID 定位信息的传输与检测，同时还可解决定位对象的运动方向检测问题。
【附图说明】
[0017] 图1是色温调制的一种色度星座图实施示例图。
[0018] 图2是采用3*3阵列结构和色温调制技术的LED阵列成像定位系统架构图。
[0019] 图3是LED阵列图片解码方法的一个实施例流程图。
[0020] 图4是获取LED阵列平板灯的有效光源区域的处理示意图。
[0021] 图5是对LED阵列有效光源区进行图像分割并获取小方块区域的处理示意图。
[0022] 图6是获取LED阵列光源有效光源区的方法流程图。
[0023]图7是本实施例系统判断定位对象运动方向的处理示意图。
【具体实施方式】
[0024]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例，附 图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0025]对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解 的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0026]本发明对LED-ID信息进行调制传输的基本思想是采用不同色温的单颗LED灯芯代 表二进制数据。例如，暖白光代表"0"，冷白光代表"1"，正白光代表帧头标识符。本实施例根 据CIE1931色度坐标图和LED光源照明色温标准，在色图坐标图的色温照明区域选取了三个 色度坐标值，分别代表前述和帧头标识符，如图1所示。具体地，本实施例在CIE1931 色度坐标图冷白光色温区域选择8000K色温的色度坐标值[0.293,0.31]代表"1"，在正白光 色温区域选择4000K色温的色度坐标值[0.378,0,37]代表帧头标识符，在暖白光色温区域 选择2700K色温的色度坐标值[0.47，0.43]代表"0"。
[0027]本实施例的系统发射机采用了一个3*3阵列结构的RGB型LED阵列光源，如图2所 示。相邻LED灯具之间的距离设置为3cm左右，9颗LED灯芯构成了一个整体的LED阵列平板 灯。每颗RGB型LED灯芯都配置一个与灯芯相连的独立的色温调制驱动器，如图2虚线所示。 色温调制驱动器的作用是将色度星座点的XY色度坐标值转换成RGB三基色强度分量比值， 以驱动LED灯芯按照指定的色温进行工作。转换采用如下方程组：
[0029]其中：[xr，yr]为红色色度坐标值，xr = 0.734，yr = 0.265; [xg，yg]为绿色色度坐标 值，Xg = O .011，yg = 〇. 733; [xb，yb]为蓝色色度坐标值，Xg = O. 169,yg = 0.007 Jxj]为已知 的需进行转化的色度坐标值（即色度星座点的坐标值），？^、？8和^分别为红色、绿色和蓝色 的归一化强度分量。例如，以代表二进制数据"Γ的色度坐标值为例，可设定代表"Γ的星座 点的XY色度坐标值为[0.293，0.31]。根据公式（1)，已知左侧颜色矩阵A为[0.734,0.011， 0.169 ;0.265,0.733,0.007;1，1，1]，且右侧矩阵8为[0.293;0.31;1]，则可计算得到？=八\8 =[0.3058; 0.3087; 0.3855 ]，其中P为RGB归一化强度分量矩阵。
[0030]如图2所示，本实施例的发射机配置有一个内部预置了一个信息映射表的LED-ID 数据色温调制映射器，与9个色温调制驱动器相连。LED-ID数据色温调制映射器的作用是将 串行二进制LED-ID数据根据信息映射表转换成并行的9个二维色度坐标值，并将9个二维色 度坐标值输入至9个独立的色温调制驱动器，以实现色温调制。其中一种信息映射表的格式 如表1所示。
[0031] 表1:信息映射表
[0033] 接收机采用CMOS图像传感器对LED阵列光源进行拍照，CMOS图像传感器前端安装 一片中性密度滤光镜(减光片），用来对LED阵列光源发出的强光进行适当的衰减。为在成像 平面上形成不同颜色色差的LED灯芯图片，可以将