引用本文:

王琪,孟祥艳,赵黎. 基于多源信息融合的RBF神经网络室内可见光定位算法[J]. 光通信技术,2024,48(2):30-35.

基于多源信息融合的RBF神经网络室内可见光定位算法

王 琪,孟祥艳,赵 黎*

(西安工业大学 电子信息工程学院,西安 710021)

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摘要:针对基于接收信号强度(RSS)的定位技术易受环境干扰而导致定位精度不高和稳定性较差的问题,提出了一种基于多源信息融合的径向基函数(RBF)神经网络室内可见光定位算法。通过将图像的颜色矩特征与RSS矩特征融合,构建指纹库,并采用RBF神经网络进行预测,实现了图像与RSS之间的优势互补,最后对定位算法进行了验证。实验结果表明,经过优化的多源信息融合定位算法较单一RSS定位算法的定位精度提高了9.4%。

关键词:可见光;室内定位;多源信息融合;颜色矩;神经网络;径向基函数;特征提取

中图分类号:TN929.1;TP212 文献标志码:文章编号:1002-5561(2024)02-0030-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.02.006

0 引言

  传统的室内可见光定位(VLP)技术[1]因成本、设备部署等因素存在局限性。因此,基于多源信息融合[2]的室内定位技术逐渐受到研究者的关注,成为室内定位的一个重要方向。文献[3]为解决发光二极管(LED)与光电探测器(PD)之间因辐射角度导致的光强采集问题,加入了角度特征融合建立模型,输入卷积神经网络实现定位,其平均定位误差为4.16 cm,但角度特征的精确采集较为困难。文献[4]结合了无线网络(WiFi)和蓝牙的信号强度数据以增强系统定位精度,但此方法复杂度较高。文献[5]将信号强度数据与测距数据融合,提出了基于接收信号强度(RSS)[6]和到达时间(TOA)[7]的分布式融合定位系统,但该系统的光源会受到复杂环境的影响。文献[8]将红外与相机传感器融合,利用红外和相机独立观测的数据,通过极大似然估计来确定融合位置。但红外容易受到其它灯光的干扰,同时红外线的传输距离较短。与此相比,图像特征[9]不会因周围环境遮挡光源而影响特征数据的采集。此外,颜色矩相对于其它图像特征对图像的尺寸、方向、视角变化的依赖性较小,提取的特征向量维数较少,更便于后续的特征融合。鉴于此,本文提出一种基于多源信息融合的RBF神经网络VLP算法,将RSS与图像的颜色矩特征融合处理,通过径向基函数(RBF)神经网络拟合得到高精度的室内定位结果。

4 结束语

  本文基于室内复杂环境结构和障碍物对光强数据采集的干扰情况,结合图像特征本身所具备的特征稳定性,提出了一种基于多源信息融合的RBF神经网络室内VLP算法。该算法旨在利用图像特征来弥补单一光强信息源在定位方面的局限,从而提升定位算法的整体性能。此外,算法还采用RBF神经网络来解决LED光源的非线性问题,并通过将光源视为朗伯模型来进一步优化训练算法模型,进而减少定位误差。在算法实现过程中,本文选择了具有向量维数简洁、数据可视化等优点的颜色矩特征作为图像特征。经过维数筛选后,将最终的颜色矩特征向量与光强数据融合,构建了融合源指纹库,并完成了神经网络算法模型的搭建。在基于0.8 m×0.8 m×0.8 m的立体模型中进行的测试表明,所提算法的平均误差约为4.1 cm,相较于RSS定位算法,其定位精度提升了9.4%。同时,该算法还具备良好的稳定性,为室内VLP算法提供了更加可行的解决方案。