引用本文:

纪湘云. 遮挡情况下基于视觉误差补偿的室内可见光定位算法[J]. 光通信技术,2025,49(1):64-70.

遮挡情况下基于视觉误差补偿的室内可见光定位算法

纪湘云

(江苏大学 计算机科学与通信工程学院,江苏 镇江 212013)

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摘要:为了解决因发光二极管(LED)图像捕获不完整而导致的定位精度不高的问题,提出一种基于视觉误差补偿的室内可见光定位算法。该算法由像素坐标拟合还原算法、循环坐标优化算法和补偿高度差的双灯定位算法组成,分别处理在不同遮挡条件下捕获的矩形灯具图像,降低图像噪声对定位结果的影响,提高屋顶倾斜情况下的定位精度。实验结果表明:与无遮挡条件下的定位精度相比,采用像素坐标拟合还原算法后的定位误差小于1.5 cm;循环坐标优化算法可以补偿图像噪声对定位影响,使得定位误差降低60%;补偿高度差的双灯定位算法使得平均定位误差降低65%。

关键词:可见光通信,室内定位算法;遮挡;视觉定位;双灯定位

中图分类号:TN929.1 文献标志码:文章编号:1002-5561(2025)01-0064-07

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.01.011

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这篇文章是关于在遮挡情况下,基于视觉误差补偿的可见光室内定位算法的研究。以下是对文件核心内容的分点总结:

  1. 研究背景与动机

    • 动机:LED图像捕获不完整导致定位难题。

    • 背景:现有算法对遮挡敏感,图像噪声影响定位精度。

    • 挑战:工业环境中常用矩形灯具,现有算法不适用;图像噪声显著影响定位准确性。

  2. 算法组成

    • 像素坐标拟合还原算法:处理不同遮挡条件下的矩形灯具图像,恢复被遮挡部分。

    • 循环坐标优化算法:减轻图像噪声对定位精度的影响。

    • 补偿高度差的双灯定位算法:使用两个LED灯修正由屋顶倾斜引起的定位偏差。

  3. 像素坐标拟合还原算法

    • 适用场景:严重遮挡情况下,仅部分矩形灯可见。

    • 方法:设定像素阈值,通过迭代更新探索所有可能的矩形形状,利用图像处理技术计算像素坐标。

    • 实验结果:在无遮挡和严重遮挡情况下,像素坐标误差小于0.04 mm

  4. 循环坐标优化算法

    • 目标:减少图像噪声对定位精度的影响。

    • 方法:通过循环迭代调整像素坐标点,寻找最优解。

    • 效果:在无遮挡环境下,定位误差平均降至6.28 cm,相比初始误差降低了60%

  5. 补偿高度差的双灯定位算法

    • 问题:LED灯不在同一高度导致定位误差。

    • 方法:使用两个LED灯,通过几何关系修正定位偏差。

    • 效果:平均定位误差降至5.9 cm,相比单灯定位提高了65%的精度。

  6. 实验设置与条件

    • 实验平台:2LED灯,接收机型号Redmi note 9 pro,焦距24 mm

    • 定位点选择:三维空间中9个特定点,观察无遮挡及遮挡情况下的定位数据。

  7. 定位精度与误差分析

    • 无遮挡情况:平均定位误差16.27 cm,优化后降至6.28 cm

    • 遮挡情况:一般遮挡平均误差4.82 cm,严重遮挡平均误差4.39 cm,角度误差小于0.2 rad

  8. 算法性能与优化策略

    • 循环坐标优化算法性能:定位精度与步长T紧密相关,T=0.01时,定位误差显著降低。

    • 双灯定位优势:在倾斜场景下,双灯定位显著提高精度,平均误差仅为5.9 cm

  9. 结论与展望

    • 研究成果:提出的算法有效应对遮挡和图像噪声挑战,提高定位精度。

    • 未来展望:进一步研究复杂环境下的定位算法,提升算法鲁棒性和实用性。