一种可见光通信识别灯具唯一编码的方法及装置

技术领域

本发明涉及灯具技术领域，尤其涉及一种可见光通信识别灯具唯一编码的方法及装置。

背景技术

近年来，随着LED在照明领域的广泛使用和现代社会及工业生产对室内定位的需求加剧，可见光通信(Visible Light Communication)受到了越来越多的关注。可见光通信兼顾照明和通信，具有极大的潜在市场价值。可见光通信使用LED灯具作为身份识别信号的发射源，终端设备利用摄像头等感光原件获取灯具的身份信息，再从数据库获取该身份信息对应的位置信息，然后结合与灯具的相对位置完成定位功能。可见光通信具有不受电磁干扰、不产生辐射和定位精度高等优势。目前，现有技术中市面上作照明使用的LED灯具多是使用恒流源作为驱动电源。这种LED灯具发出连续的光，不包含灯具的身份信息。目前主要解决方法是使用定制的驱动电源或者改造现有的驱动电源，准确控制LED灯的亮、灭，使灯具循环发出其身份信息。但是现有方式识别控制灯具的亮灭方式较为复杂，且操作过程存在一定的危险性。

中国专利文献CN114945235A公开了“一种灯具编码器及灯具控制系统”。包括单片机、无线通信模块、驱动芯片，所述单片机分别与所述无线通信模块和所述驱动芯片相连，通过所述无线通信模块用于接收应用程序发送的数据包，所述单片机用于对接收到的数据包进行分析完成对应的操作，从而得到控制指令，通过所述驱动芯片将控制指令发送给灯具完成编码控制。但是该装置编码控制精度较低且操作复杂。

发明内容

本发明主要解决原有灯具编码控制步骤繁琐精度较低的技术问题，提供一种可见光通信识别灯具唯一编码的方法及装置，编码控制时，高压控制柜上一键控制所有灯具设备进入寻址模式，指令下发到各个单灯控制器，单灯控制器将灯具的唯一编码按寻址闪烁规则计算后，控制灯具的点亮和熄灭，然后将包含识别算法的摄像头对准灯具进行拍摄，摄像头内算法即可从可见光信号中识别出设备唯一编码的有效信息，并在平台上通过匹配算法查找出对应的设备进行关联。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括

S1:建立可见光通信编码识别系统；

S2:系统通过寻址指令控制灯具；

S3:摄像头结合闪烁规则和识别算法完成对灯具的编码控制。

对灯具进行编码控制前，需要确定编码控制区域内所有灯具设备的唯一编码并将区域内的灯具信息与灯具的地址信息相对应。现有解决该前置条件的方式是：前往所需编码控制区域获取所有灯牌铭牌。该解决方式需要工作人员前往灯具所在区域抄录所有灯具铭牌，过程非常复杂繁琐、效率低下，并且若灯具所在区域位置较高，工作人员获取时风险程度较高，安全系数较低。因此为了提高灯具编码控制的效率，精度以及安全性，本发明通过高压控制柜控制灯具进入寻址模式，单灯控制器会将每个灯具的唯一编码按照寻址闪烁规则控制灯具亮灭，在此过程中包含识别算法的摄像头对灯具进行拍摄，拍摄完成后从灯具的可见光信号中识别出不同设备所对应的唯一编码，识别完成后在平台上通过匹配算法将不同灯具与相关设备进行关联。本发明仅需通过摄像头拍摄获取灯具可见光信号即可利用唯一编码信息对所有灯具进行编码控制，既提高了灯具控制的效率，还能够减小编码控制中的危险性，加强对操作人员的保护程度。

作为优选，所述步骤S2中在寻址过程中，高压直流柜一键控制所有灯具进入寻址模式，并将不同对的寻址指令下发至各个单灯控制器，单灯控制器根据寻址闪烁规则控制灯具亮灭。高压控制柜下发寻址指令后，多个单灯控制会同步接受寻址指令并控制对应的灯具进行亮灭操作，便于摄像头是被不同灯具发出的可见光信号，完成后续的识别与匹配流程。

作为优选，所述步骤S3中调整摄像头曝光时间和感光度后拍摄所有灯具生成若干帧YUV图像，划出标记图像中需要识别的灯具范围作为感兴趣区域，对比每帧图像感兴趣区域内像素的亮度平均值和自适应阈值，通过比较确定灯具在摄像过程中的亮灭状态并生成报告，根据报告对灯具进行编码控制。摄像头进行识别的流程主要以图像的形式将一段曝光时间内所获取的灯具亮灭状态进行逐帧分析，通过不同灯具位置的像素亮度对比确定不同灯具的唯一编码。

作为优选，所述步骤S3中比较每帧像素亮度的具体步骤如下：设定灯具任意单个状态的持续时长为T，摄像头连续采集n个T时长的YUV图像并提取i帧图像Y方向上感兴趣区域内像素的平均亮度值以及对应的时间戳，生成记录，若大于自适应阈值，标记为1；若小于自适应阈值，标记为0，然后合并标记相同的相邻帧生成记录结果，该记录包括灯具状态以及该状态持续的次数，在确定每帧间隔时间以及分隔符阶段每个状态所需需要经历的帧数后，遍历所有记录寻找所有状态帧数均小于的位置i且紧邻的下一状态也满足该条件的位置j，满足j-i-4＝30的前提下取出索引范围为[i+4,j-1]的记录作为数据部分，将该部分记录除以每个状态所需要经历的帧数获得1或者0出现的次数，更新第i条记录的格式为{1或0,1或0的个数}，根据更新结果确认是否接受数据报告。在摄像头识别过程中，根据逐帧图像生成的记录进行比对判别后，会生成相应的数据报告，比对记录内数据的一致性判断记录数据是否一致，若不相同，生成的该份报告接受失败，该形式能够在摄像头进行识别流程后能够精确定位不同的唯一编码与灯具相适配，便于后续快捷关联灯具以及相适配的设备。

作为优选，所述步骤S2中按照寻址闪烁规则设定可见光信号组成结构，可见光信号包括分隔符，起始位，数据位，校验位以及结束位，分割符包括四个状态。可见光信号区分成若干部分执行其对应的效用，起始位、数据位、校验位以及结束位组合构成可见光信号的数据部分，而分隔符则用于区分不同分段的可见光信号，避免因为若干段可见光信号连接而致使不同分段的可见光信号识别错误。

作为优选，所述步骤S3中自适应阈值的确定步骤如下：建立最小亮度集合和最大亮度集合，计算上述两个集合中数据的平均值，遍历并求取所有记录内的数据与两个集合平均值的差的绝对值，比较差的绝对值并替换原有最小亮度集合和最大亮度集合内的数据，选取最小亮度集合内的最小值以及最大亮度集合内的最大值并求取两者之间的平均值作为自适应阈值。在确定所需识别区域内的灯具的亮灭状态时，一般通过灯具在图像中的亮度比对来判断，不同信号和实时条件下的灯具的亮度情况均有差异，因此在判断灯具亮灭状态前，事先根据整体亮度状态设定一个自适应阈值作为衡量标准，该标准可灵活变动，因此能够更准确的反应灯具的在拍摄图像内的实时情况，便于识别不同环境下灯具的亮灭程度。

作为优选，所述步骤S3中当灯具根据报告进行唯一编码时，匹配算法在唯一编码的基础上自动叠加设备模型，规格型号，所在域信息以及网络拓补结构等信息，直至匹配出唯一适配的设备为止。由于可见光通信并不能传输灯具的所有信息，因此当摄像头识别完成后，为了能够便于更快的关联灯具以及相应设备，也便于后续工作人员更快更准确的查找相应设备，因此匹配算法沪江该灯具所附带的一些相关信息同步不中进来，提高灯具唯一适配的效率。

一种可见光通信识别灯具的编码系统，包括高压控制柜，所述高压控制柜通过网关向单灯控制器发出寻址指令；摄像头，识别灯具发出的可见光，所述高压控制柜和摄像头之间设有若干单灯控制器，所述单灯控制器经过摄像头控制灯具。

本发明的有益效果是：进行灯具唯一编码控制时，通过高压直流柜一键操作控制所有灯具进入寻址模式，发出可见光信号，再使用摄像头依次曝光拍摄所有灯具一段时间，将曝光获得的图像逐帧进行分析，判断灯具的唯一编码并生成报告，识别完成并在获取报告的同时进行灯具信息匹配，即可在平台识别绑定对应设备与灯具，该灯具唯一编码控制的方式提高了灯具控制的效率，同时无需工作人员近距离查询所有灯具的编码信息，提高了安全性。

附图说明

图1是本发明的一种可见光通信识别灯具唯一编码的方法的流程图。

图2是本发明的一种可见光通信识别灯具的编码系统的结构图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种可见光通信识别灯具唯一编码的方法，如图1所示，在进行灯具可见光通信唯一编码控制前实现建立可见光通信编码识别系统，该系统包括高压控制柜，高压控制柜通过网关向单灯控制器发出寻址指令；摄像头，识别灯具发出的可见光，高压控制柜和摄像头之间设有若干单灯控制器，单灯控制器经过摄像头控制灯具。为了实现平台对灯具进行可视化控制，需要在平台将预置的灯具信息与实际地址对应起来。现有处理该问题的措施为安排工作人员通过登高近距离扫描所有灯具铭牌的方式获取不同灯具设备的唯一编码。灯具铭牌一般设置在灯具下方或是搭载灯具的载体上，因此使用该方式虽然能够准确并全面采集所有灯具的唯一编码信息，但是有些灯具设置在较高或是较为危险的地方，或是需要采集灯具唯一编码的实时环境较为恶劣，在上述情况下获取灯具铭牌信息会极大地增加工作人员工作的风险程度，而且逐一扫描确认灯具唯一编码的方式效率低下，需要耗费大量的人力成本实现目的。为了能够解决现有灯具唯一编码信息获取流程较为繁琐，获取成本较高的问题。可见光通信技术是指通过人眼识别不了的高频来控制LED灯的亮灭，亮代表1，灭代表0，接收端通过传感器来接收光信号，能传输二进制信号那么就可以传输各种的信息了(二进制仅仅是举例子)。由于以人眼识别不了的高频来调制光的亮度，故此可以实现照明、通信、显示的一体化。还有一点就是可见光通信的发展应该与照明、显示相结合。因为它的优势是通照一体化当然后来本人也定义了一个说法叫“通显一体化”，通信、照明、显示三者密不可分。目前很多在VLC方面的研究,都是紧紧局限于通信的性能，而忽视照明等实际因素，也因此而限制了VLC技术的进一步发展。当然,这也是局限于这项技术本身存在的一些缺点，从而导致目前大部分研究都局限于理想环境下通信方面。基于白光LED的可见光通信系统框包括：该系统包括完整的发射端、信道、接收端。原始的二进制比特流经过预处理和编码调制之后驱动LED灯具对LED进行强度调制,将电信号转换为光信号。预处理即预均衡为了补偿器件、信道对信号带来的失真,通过采用预均衡技术提高LED的调制带宽，提高传输速率，而在接收端进行的后均衡可以补偿其他信道损耗。编码调制是为了在有限的带宽上实现更高的传输速率。为了提高白光LED通信系统的传输速率，在发射端可以通过设计和采用高阶的调制编码技术来提高传输的频谱效率,从而实现高速传输。目前研究者们采用最多的高阶调制格式为正交振幅调制正交频分复用技术(QAM-OFDM)。本实施例中利用摄像头采集灯具发出的可见光信号来确认识别灯具身份的目的，识别完成后直接能够与平台预置的设备进行关联，无需工作人员近距离拍摄既降低了工作人员进行灯具编码控制适配的风险程度，也提高了编码控制的效率，通过可见光通信识别灯具唯一编码的装置，无需登高，仅需要手持摄像装置对灯具进行拍摄扫描，即可达到设备识别与定位的目的，进一步提高了该方式的安全性与快捷性。

如图2所示，在建立可见光通信编码识别系统后，系统内的高压直流柜一键控制所有灯具进入寻址模式，并将不同的寻址指令下发至各个单灯控制器，单灯控制器根据寻址闪烁规则控制灯具亮灭传输可见光信号。按照寻址闪烁规则设定可见光信号组成结构，可见光信号包括分隔符，起始位，数据位，校验位以及结束位，分割符包括四个状态。一段完整的可见光信号由1个分隔符、1个起始位、24个数据位、4个校验位和1个结束位构成。其中的0和1表示灯具处于低亮度状态和高亮度状态。分隔符由四个状态构成，每一个状态持续时间为T(默认为70ms，可以通过网关配置)，数据部分每一个状态持续时间为2T。

在灯具传输可见光信号时，摄像头对灯具进行拍摄生成若干帧YUV图像，将图像中需要识别灯具的部分标记出来作为感兴趣区域，标记完成后对比每帧图像感兴趣区域内像素的亮度平均值和事先确定的自适应阈值来对不同灯具的可见光信号进行识别。自适应阈值的确定方式如下，步骤一：定义集合S1，S2，S11，S22；步骤二：将数据中的最小亮度值的记录放入S1，最大亮度值的记录放入S2；步骤三：分别计算S1，S2中记录亮度的平均值B1，B2；步骤四：遍历所有数据，计算每条记录的亮度值与B1、B2的差的绝对值A1、A2，当A2＞A1时将该条记录加入S22，否则加入S11；步骤五：如果S11与S1相同则进入步骤六，否则S1＝S11，S2＝S22，清空集合S11、S22并回到步骤三；步骤六：如果S1或S2为空则报告无法找到合适阈值，否则取出集合S1中亮度的最大值M1，集合S2中记录亮度的最小值M2，阈值threshold＝(M1+M2)/2，返回threshold；完成上述步骤自适应阈值确认完成。通过比较确定灯具在摄像过程中的亮灭状态以及接受可见光信号后生成报告，即可根据报告对灯具进行编码控制。识别灯具的唯一编码的具体步骤如下：调整摄像头曝光时间，ISO感光度等参数，使得灯具最大亮度时，特征明显。摄像头帧率不低于30fps，输出图像格式为YUV。在手持设备上将需要识别的灯具使用矩形框标注出来作为ROI(感兴趣区域)。摄像头连续采集时长超过68