本发明属于可见光通信技术领域，特别涉及一种车牌辅助的可见光通信车灯定位追踪装置。
背景技术：
可见光通信是一种全新的无线通信手段，该方法是利用可见光波段的高速调制光进行通信的一种方法，可以进行数据、语音、视频等通信。采用可见光通信技术实现车与车之间的信息交互，为建立车联网提供了一个新的解决方案。但由于道路上行驶的车辆多，灯光杂乱，如果想在道路上实现可见光通信在指定车辆间建立连接，如何选择正确的车辆进行通信，又是一个要解决的问题。
按照国家相关法规的要求,要在车辆前后明显的位置安装车牌。车牌作为机动车的唯一身份标识，现行的机动车号牌的规格尺寸都是固定的，小型车的车牌440mm×140mm，大型车的前车牌尺寸与小型车牌尺寸相同，后牌为440mm×220mm。经过观察，机动车的前照灯和后置刹车灯通常在前后车牌左右120度，距离车牌边沿约1米的扇形区域。同时，由摄像头采集回来的图像可知，一个亮起的车灯是一个圆形的光斑，该光斑并经过AD转换的数值，相对于外围区域会有个跳变。
根据以上提到的几个问题和几种技术方法，本发明提出了一种车牌辅助的可见光通信车灯定位追踪装置。通过对需要建立通信的车牌定位，快速准确的追踪定位到该车用于可见光通信的车灯，从而更加准确、稳定的实现车与车之间的可见光通信。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种车牌辅助的可见光通信车灯定位追踪装置。
本发明是这样实现的：一种车牌辅助的可见光通信车灯定位追踪装置，包括：收发机和用户接口；收发机，包括：图像采集器、图像处理器、光电接收器阵列、判决器、通信车灯和驱动器；用户接口，包括：输入模块、收发控制器和显示器；图像采集器与图像处理器电连接,光电接收器阵列与判决器电连接,光电接收器阵列与图像采集器电连接, 通信车灯与驱动器电连接;收发控制器分别与驱动器、图像处理器、判决器、输入模块、显示器电连接。
图像采集器，用于采集实时影像，以得到获取图像信息，并输出给图像处理器。
图像处理器，用于根据图像采集器输出的图像信息，识别出图像中的车牌的位置，以及车牌号。
光电接收器阵列，阵列中的每个光电接收器，都与图像采集器的一个像素点对应，用于感应该像素点位置灯光发出的可见光信号，并转换为模拟电信号输出。
判决器，用于根据收发控制器的指令，选择光电接收器阵列中相应的光电接收器的模拟电信号输出，并转换成相应的数字信号并输出。
通信车灯，用于发送可见光信号，通信车灯使用汽车的前照灯、示廓灯、刹车灯。
驱动器，用于驱动通信车灯发出可见光信号。
输入模块，用于输入控制指令、需建立通信的车牌号。
显示器，用于显示装置需要显示的图文信息，图文信息，包括：车牌号、人机交互信息、图像采集器的实时影像。
收发控制器，用于实现：1、对输入模块的输出进行处理，识别出控制指令、通信信息、车牌信息；2、接收图像处理器输出的车牌号，车牌的位置，并确定需要建立连接的车辆车牌号，以及该车牌的位置；3、根据车牌的位置，搜索确定该车牌的车辆通信车灯的位置；4、根据通信车灯的灯光位置信息，控制判决器选择对应图像采集器上像素点的光电接收器，并接收判决器的数字信号输出；5、将判决器的数字信号输出进行解析，得到相应的控制指令、通信信息；6、保存有车牌数据库；7、根据输入模块的输出，生成可见光通信的数据帧，并根据数据帧给驱动器发出信号，再由驱动器驱动通信车灯发出可见光信号。
可见光信号以数据帧的形式发送，数据帧包括：同步码、目标车牌、源车牌、数据类型、数据长度、数据、校验信息，共7个字段。
同步码，用于保持会话双方的两个装置的数据收发时钟同步，以及表示一个数据帧的开始。
目标车牌，用于表示需要进行会话的对方车辆车牌号。
源车牌，用于表示进行会话的己方车辆车牌号；对于警车、救护车，该字段可以是车辆本身的车牌号信息，也可以是专用的数字组合。
数据类型，用于表示本数据帧的类型，数据帧的类型包括：会话请求、会话数据、会话请求应答、会话请求应答确认，会话请求数据帧由会话发起端发出，用于表示向会话响应端发送会话建立的请求；会话请求应答数据帧由会话响应端发出，用于表示向会话发起端发送会话建立的请求应答；会话请求应答确认数据帧由会话发起端发出，用于表示收到会话请求应答数据帧，确认建立连接；会话数据帧，用于携带要发送会话的信息。
数据长度，用于表示一个数据帧中数据字段的长度。
数据，用于放置会话的控制指令、通信信息。
校验信息，用于检验数据帧是否有错误，对于在传输过程中出现的错误进行纠正。
本发明的车牌辅助的可见光通信车灯定位追踪装置构造简单，综合采用了可见光通信技术和图像采集、识别技术，实现了车牌的识别和定位，并结合车牌的定位，快速定位车辆通信车灯的位置，将成像技术和非成像技术的结合，从而提高了可见光通信的稳定性和准确性，使得在复杂交通环境下运用可见光通信技术进行车辆间的会话成为可能。
附图说明
图1 是本发明实施例中车牌辅助的可见光通信车灯定位追踪装置的系统结构图。
图中标记：1-用户接口；2-收发机；10-收发控制器；11-输入模块；12-显示器；16-触摸屏； 20-图像采集器；21-图像处理器；22-光电接收器阵列；23-判决器；24-通信车灯；25-驱动器。
具体实施方式
实施例：
一种车牌辅助的可见光通信车灯定位追踪装置，包括：收发机2、用户接口1；收发机2，包括：图像采集器20、图像处理器21、光电接收器阵列22、判决器23、通信车灯24、驱动器25；用户接口1，包括：输入模块11、收发控制器10、显示器12；图像采集器20与图像处理器21电连接,光电接收器阵列22与判决器23电连接,光电接收器阵列22与图像采集器20电连接, 通信车灯24与驱动器25电连接;收发控制器10分别与驱动器25、图像处理器21、判决器23、输入模块11、显示器12电连接。
图像采集器20，用于采集实时影像，以得到获取图像信息，并输出给图像处理器21。
图像处理器21，用于根据图像采集器20输出的图像信息，识别出图像中的车牌的位置，以及车牌号。
光电接收器阵列22，阵列中的每个光电接收器，都与图像采集器20的一个像素点对应，用于感应该像素点位置灯光发出的可见光信号，并转换为模拟电信号输出。
判决器23，用于根据收发控制器的指令，选择光电接收器阵列22中相应的光电接收器的模拟电信号输出，并转换成相应的数字信号并输出。
通信车灯24，用于发送可见光信号，通信车灯使用汽车的前照灯、示廓灯、刹车灯。
驱动器25，用于驱动通信车灯24发出可见光信号。
输入模块11，用于输入控制指令、需建立通信的车牌号。
显示器12，用于显示装置需要显示的图文信息，图文信息，包括：车牌号、人机交互信息、图像采集器20的实时影像。
收发控制器10，用于实现：1、对输入模块11的输出进行处理，识别出控制指令、通信信息、车牌信息；2、接收图像处理器21输出的车牌号，车牌的位置，并确定需要建立连接的车辆车牌号，以及该车牌的位置；3、根据车牌的位置，搜索确定该车牌的车辆通信车灯24的位置；4、根据通信车灯24的灯光位置信息，控制判决器23选择对应图像采集器20上像素点的光电接收器，并接收判决器23的数字信号输出；5、将判决器23的数字信号输出进行解析，得到相应的控制指令、通信信息；6、保存有车牌数据库；7、根据输入模块的输出，生成可见光通信的数据帧，并根据数据帧给驱动器25发出信号，再由驱动器25驱动通信车灯24发出可见光信号。
可见光信号以数据帧的形式发送，数据帧包括：同步码、目标车牌、源车牌、数据类型、数据长度、数据、校验信息，共7个字段。
同步码，用于保持会话双方的两个装置的数据收发时钟同步，以及表示一个数据帧的开始。
目标车牌，用于表示需要进行会话的对方车辆车牌号。
源车牌，用于表示进行会话的己方车辆车牌号；对于警车、救护车，该字段可以是车辆本身的车牌号信息，也可以是专用的数字组合。
数据类型，用于表示本数据帧的类型，数据帧的类型包括：会话请求、会话数据、会话请求应答、会话请求应答确认，会话请求数据帧由会话发起端发出，用于表示向会话响应端发送会话建立的请求；会话请求应答数据帧由会话响应端发出，用于表示向会话发起端发送会话建立的请求应答；会话请求应答确认数据帧由会话发起端发出，用于表示收到会话请求应答数据帧，确认建立连接；会话数据帧，用于携带要发送会话的信息。
数据长度，用于表示一个数据帧中数据字段的长度。
数据，用于放置会话的控制指令、通信信息。
校验信息，用于检验数据帧是否有错误，对于在传输过程中出现的错误进行纠正。
当配备了本实施例中装置的A车辆要与另一个配备了同样装置的车牌为京BBBBBB的B车辆建立通信，并且保持通信不中断，需要时刻根据对方车辆的车牌的移动，追踪对方的通信车灯；例如：A车辆需要在通信中，搜索定位B车辆的车牌和通信车灯的位置，以确保A车辆能够持续接收到来自B车辆通信车灯发送的可见光信号，其追踪过程及方法如下：
由A车辆的图像采集器，采集实时影像，以获取图像信息，并输出给图像处理器；图像处理器根据图像采集器输出的图像信息，识别出图像中的B车辆的车牌的位置以及车牌号；再由装置根据B车辆的车牌的位置以及车牌号京BBBBBB，确定B车辆的通信车灯的位置。
在搜索并确定B车辆的车牌的位置后，定位其B车辆的通信车灯24的位置，定位追踪的过程如下：
D1、确定一个车牌号为京BBBBBB的车牌的位置，以及该车牌在图像采集器获取的影像中，车牌长边占用的像素点个数a，车牌宽边占用的像素点个数b。
D2、构造坐标系：以车牌的两个对角线交点为坐标系原点，以通过原点且平行于长边的直线为横轴，右侧为横轴正方向；垂直于长边的为纵轴，上方为纵轴正方向，一个像素点为坐标系长度单位；构造坐标系：以车牌的下底边的中心为坐标系原点，以该长边的延长线为横轴，右侧为横轴正方向；垂直于长边的为纵轴，上方为纵轴正方向，一个像素点为坐标系长度单位。
D3、构造一个120度的等腰三角形：等腰三角形的顶角为坐标系原点，两条腰分别与坐标系横轴的正半轴呈-60度和+60度，以距离坐标系原点2倍车牌长度b为高。
D4、在D3构造的该等腰三角形区域内，从左向右扫描搜寻该车的车牌右侧的车灯，D4的子过程如下：
D4.1、从左向右，以横轴为起点，分别向上和向下逐列搜索，当搜索到右侧的亮度值发生上升跳变的像素点就预测为灯光所在的区域。
D4.2、以坐标系原点为射线的原点，经过该上升跳变的像素点的射线，继续沿该射线方向搜索下降跳变，直到搜索到下降跳变的像素点或者搜索到影像的边界。
构造一个线段：就以该射线中的上升跳变的像素点为一端，下降跳变的像素点或者影像的边界为另一端。
D4.3、由收发控制器控制判别器选择该线段中心所在的像素点在光电接收器阵列中所对应的光电接收器的输出。
D4.4、再由收发控制器根据判决器的输出，尝试解析数据帧，如果能够解析出数据帧，就对数据帧进行验证：如果数据帧中的源车牌字段是京BBBBBB，则确定该灯光为B车辆的通信车灯发出，并接收该可见光信号，进入D5；如果无法解析数据帧，则将进入D4.5。
D4.5、以上一个搜索到的亮度值发生上升跳变的像素点的开始，在D3构造的该等腰三角形区域内，继续沿原来的搜索方向搜索那一列的第二个亮度值发生上升跳变的像素点，如果能够搜索到，则进入D4.2；否则进入D4.6。
D4.6、以D4.5搜索的那一列的下一列开始，继续执行D4.1。
D5、当确定了右侧的灯光后，再搜索车牌左侧的车灯，同样先构造一个等腰三角形：构造一个120度的等腰三角形：等腰三角形的顶角为坐标系原点，两条腰分别与坐标系横轴的负半轴呈-60度和+60度，以距离坐标系原点2倍车牌长度y为高。
D6、在D5构造等腰三角形区域内，从右向左扫描搜寻该车的车牌左侧的车灯；D6的子过程如下：
D6.1、从右向左，以横轴为起点，分别向上和向下逐列搜索，当搜索到左侧的亮度值发生上升跳变的像素点就预测为灯光所在的区域。
D6.2、以坐标系原点为射线的原点，经过该上升跳变的像素点的射线，继续沿该射线方向搜索下降跳变，直到搜索到下降跳变的像素点或者搜索到影像的边界。
构造一个线段：就以该射线中的上升跳变的像素点为一端，下降跳变的像素点或者影像的边界为另一端。
D6.3、由收发控制器控制判别器选择该线段中心所在的像素点在光电接收器阵列中所对应的光电接收器的输出。
D6.4、再由收发控制器根据判决器的输出，尝试解析数据帧，如果能够解析出数据帧，就对数据帧进行验证：如果数据帧中的源车牌字段是京BBBBBB，则确定该灯光为B车辆的通信车灯发出，并接收该可见光信号，进入D7；如果无法解析数据帧，则将进入D6.5。
D6.5、以上一个搜索到的亮度值发生上升跳变的像素点的开始，在D5构造的该等腰三角形区域内，继续沿原来的搜索方向搜索那一列的第二个亮度值发生上升跳变的像素点，如果能够搜索到，则进入D6.2；否则进入D6.6。
D6.6、以D6.5搜索的那一列的下一列开始，继续执行D6.1。
D7、当双侧灯光的在图像采集器中位置都确定后，则锁定这两个位置；并在下一个图像采集器的图像采集时刻，搜索这两个位置以及其相邻的像素点，亮度值是否与上一个采集时刻接近，以确定灯光位置，并由收发控制器根据判决器的输出，解析出数据帧，对数据帧进行验证，如果数据帧中的源车牌字段是京BBBBBB，则确定该灯光为该车牌的通信车灯发出，并接收该可见光信号；如果由于遮挡或者其他原因，导致本步骤无法执行，则跳转到D1，重新定位通信车灯。