本發(fā)明屬于可見光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置。

背景技術(shù)：

可見光通信是一種全新的無線通信手段，該方法是利用可見光波段的高速調(diào)制光進(jìn)行通信的一種方法，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)、語音、視頻等通信。采用可見光通信技術(shù)實現(xiàn)車與車之間的信息交互，為建立車聯(lián)網(wǎng)提供了一個新的解決方案。但由于道路上行駛的車輛多，燈光雜亂，如果想在道路上實現(xiàn)可見光通信在指定車輛間建立連接，如何選擇正確的車輛進(jìn)行通信，又是一個要解決的問題。

按照國家相關(guān)法規(guī)的要求,要在車輛前后明顯的位置安裝車牌。車牌作為機(jī)動車的唯一身份標(biāo)識，現(xiàn)行的機(jī)動車號牌的規(guī)格尺寸都是固定的，小型車的車牌440mm×140mm，大型車的前車牌尺寸與小型車牌尺寸相同，后牌為440mm×220mm。經(jīng)過觀察，機(jī)動車的前照燈和后置剎車燈通常在前后車牌左右120度，距離車牌邊沿約1米的扇形區(qū)域。同時，由攝像頭采集回來的圖像可知，一個亮起的車燈是一個圓形的光斑，該光斑并經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換的數(shù)值，相對于外圍區(qū)域會有個跳變。

根據(jù)以上提到的幾個問題和幾種技術(shù)方法，本發(fā)明提出了一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置。通過對需要建立通信的車牌定位，快速準(zhǔn)確的追蹤定位到該車用于可見光通信的車燈，從而更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定的實現(xiàn)車與車之間的可見光通信。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置，包括：收發(fā)機(jī)和用戶接口；收發(fā)機(jī)，包括：圖像采集器、圖像處理器、光電接收器陣列、判決器、通信車燈和驅(qū)動器；用戶接口，包括：輸入模塊、收發(fā)控制器和顯示器；圖像采集器與圖像處理器電連接,光電接收器陣列與判決器電連接,光電接收器陣列與圖像采集器電連接, 通信車燈與驅(qū)動器電連接;收發(fā)控制器分別與驅(qū)動器、圖像處理器、判決器、輸入模塊、顯示器電連接。

圖像采集器，用于采集實時影像，以得到獲取圖像信息，并輸出給圖像處理器。

圖像處理器，用于根據(jù)圖像采集器輸出的圖像信息，識別出圖像中的車牌的位置，以及車牌號。

光電接收器陣列，陣列中的每個光電接收器，都與圖像采集器的一個像素點對應(yīng)，用于感應(yīng)該像素點位置燈光發(fā)出的可見光信號，并轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸出。

判決器，用于根據(jù)收發(fā)控制器的指令，選擇光電接收器陣列中相應(yīng)的光電接收器的模擬電信號輸出，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號并輸出。

通信車燈，用于發(fā)送可見光信號，通信車燈使用汽車的前照燈、示廓燈、剎車燈。

驅(qū)動器，用于驅(qū)動通信車燈發(fā)出可見光信號。

輸入模塊，用于輸入控制指令、需建立通信的車牌號。

顯示器，用于顯示裝置需要顯示的圖文信息，圖文信息，包括：車牌號、人機(jī)交互信息、圖像采集器的實時影像。

收發(fā)控制器，用于實現(xiàn)：1、對輸入模塊的輸出進(jìn)行處理，識別出控制指令、通信信息、車牌信息；2、接收圖像處理器輸出的車牌號，車牌的位置，并確定需要建立連接的車輛車牌號，以及該車牌的位置；3、根據(jù)車牌的位置，搜索確定該車牌的車輛通信車燈的位置；4、根據(jù)通信車燈的燈光位置信息，控制判決器選擇對應(yīng)圖像采集器上像素點的光電接收器，并接收判決器的數(shù)字信號輸出；5、將判決器的數(shù)字信號輸出進(jìn)行解析，得到相應(yīng)的控制指令、通信信息；6、保存有車牌數(shù)據(jù)庫；7、根據(jù)輸入模塊的輸出，生成可見光通信的數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)數(shù)據(jù)幀給驅(qū)動器發(fā)出信號，再由驅(qū)動器驅(qū)動通信車燈發(fā)出可見光信號。

可見光信號以數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送，數(shù)據(jù)幀包括：同步碼、目標(biāo)車牌、源車牌、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)、校驗信息，共7個字段。

同步碼，用于保持會話雙方的兩個裝置的數(shù)據(jù)收發(fā)時鐘同步，以及表示一個數(shù)據(jù)幀的開始。

目標(biāo)車牌，用于表示需要進(jìn)行會話的對方車輛車牌號。

源車牌，用于表示進(jìn)行會話的己方車輛車牌號；對于警車、救護(hù)車，該字段可以是車輛本身的車牌號信息，也可以是專用的數(shù)字組合。

數(shù)據(jù)類型，用于表示本數(shù)據(jù)幀的類型，數(shù)據(jù)幀的類型包括：會話請求、會話數(shù)據(jù)、會話請求應(yīng)答、會話請求應(yīng)答確認(rèn)，會話請求數(shù)據(jù)幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示向會話響應(yīng)端發(fā)送會話建立的請求；會話請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀由會話響應(yīng)端發(fā)出，用于表示向會話發(fā)起端發(fā)送會話建立的請求應(yīng)答；會話請求應(yīng)答確認(rèn)數(shù)據(jù)幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示收到會話請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)建立連接；會話數(shù)據(jù)幀，用于攜帶要發(fā)送會話的信息。

數(shù)據(jù)長度，用于表示一個數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)字段的長度。

數(shù)據(jù)，用于放置會話的控制指令、通信信息。

校驗信息，用于檢驗數(shù)據(jù)幀是否有錯誤，對于在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行糾正。

本發(fā)明的車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置構(gòu)造簡單，綜合采用了可見光通信技術(shù)和圖像采集、識別技術(shù)，實現(xiàn)了車牌的識別和定位，并結(jié)合車牌的定位，快速定位車輛通信車燈的位置，將成像技術(shù)和非成像技術(shù)的結(jié)合，從而提高了可見光通信的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，使得在復(fù)雜交通環(huán)境下運(yùn)用可見光通信技術(shù)進(jìn)行車輛間的會話成為可能。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明實施例中車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖中標(biāo)記：1-用戶接口；2-收發(fā)機(jī)；10-收發(fā)控制器；11-輸入模塊；12-顯示器；16-觸摸屏； 20-圖像采集器；21-圖像處理器；22-光電接收器陣列；23-判決器；24-通信車燈；25-驅(qū)動器。

具體實施方式

實施例：

一種車牌輔助的可見光通信車燈定位追蹤裝置，包括：收發(fā)機(jī)2、用戶接口1；收發(fā)機(jī)2，包括：圖像采集器20、圖像處理器21、光電接收器陣列22、判決器23、通信車燈24、驅(qū)動器25；用戶接口1，包括：輸入模塊11、收發(fā)控制器10、顯示器12；圖像采集器20與圖像處理器21電連接,光電接收器陣列22與判決器23電連接,光電接收器陣列22與圖像采集器20電連接, 通信車燈24與驅(qū)動器25電連接;收發(fā)控制器10分別與驅(qū)動器25、圖像處理器21、判決器23、輸入模塊11、顯示器12電連接。

圖像采集器20，用于采集實時影像，以得到獲取圖像信息，并輸出給圖像處理器21。

圖像處理器21，用于根據(jù)圖像采集器20輸出的圖像信息，識別出圖像中的車牌的位置，以及車牌號。

光電接收器陣列22，陣列中的每個光電接收器，都與圖像采集器20的一個像素點對應(yīng)，用于感應(yīng)該像素點位置燈光發(fā)出的可見光信號，并轉(zhuǎn)換為模擬電信號輸出。

判決器23，用于根據(jù)收發(fā)控制器的指令，選擇光電接收器陣列22中相應(yīng)的光電接收器的模擬電信號輸出，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號并輸出。

通信車燈24，用于發(fā)送可見光信號，通信車燈使用汽車的前照燈、示廓燈、剎車燈。

驅(qū)動器25，用于驅(qū)動通信車燈24發(fā)出可見光信號。

輸入模塊11，用于輸入控制指令、需建立通信的車牌號。

顯示器12，用于顯示裝置需要顯示的圖文信息，圖文信息，包括：車牌號、人機(jī)交互信息、圖像采集器20的實時影像。

收發(fā)控制器10，用于實現(xiàn)：1、對輸入模塊11的輸出進(jìn)行處理，識別出控制指令、通信信息、車牌信息；2、接收圖像處理器21輸出的車牌號，車牌的位置，并確定需要建立連接的車輛車牌號，以及該車牌的位置；3、根據(jù)車牌的位置，搜索確定該車牌的車輛通信車燈24的位置；4、根據(jù)通信車燈24的燈光位置信息，控制判決器23選擇對應(yīng)圖像采集器20上像素點的光電接收器，并接收判決器23的數(shù)字信號輸出；5、將判決器23的數(shù)字信號輸出進(jìn)行解析，得到相應(yīng)的控制指令、通信信息；6、保存有車牌數(shù)據(jù)庫；7、根據(jù)輸入模塊的輸出，生成可見光通信的數(shù)據(jù)幀，并根據(jù)數(shù)據(jù)幀給驅(qū)動器25發(fā)出信號，再由驅(qū)動器25驅(qū)動通信車燈24發(fā)出可見光信號。

可見光信號以數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送，數(shù)據(jù)幀包括：同步碼、目標(biāo)車牌、源車牌、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)、校驗信息，共7個字段。

同步碼，用于保持會話雙方的兩個裝置的數(shù)據(jù)收發(fā)時鐘同步，以及表示一個數(shù)據(jù)幀的開始。

目標(biāo)車牌，用于表示需要進(jìn)行會話的對方車輛車牌號。

源車牌，用于表示進(jìn)行會話的己方車輛車牌號；對于警車、救護(hù)車，該字段可以是車輛本身的車牌號信息，也可以是專用的數(shù)字組合。

數(shù)據(jù)類型，用于表示本數(shù)據(jù)幀的類型，數(shù)據(jù)幀的類型包括：會話請求、會話數(shù)據(jù)、會話請求應(yīng)答、會話請求應(yīng)答確認(rèn)，會話請求數(shù)據(jù)幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示向會話響應(yīng)端發(fā)送會話建立的請求；會話請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀由會話響應(yīng)端發(fā)出，用于表示向會話發(fā)起端發(fā)送會話建立的請求應(yīng)答；會話請求應(yīng)答確認(rèn)數(shù)據(jù)幀由會話發(fā)起端發(fā)出，用于表示收到會話請求應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)建立連接；會話數(shù)據(jù)幀，用于攜帶要發(fā)送會話的信息。

數(shù)據(jù)長度，用于表示一個數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)字段的長度。

數(shù)據(jù)，用于放置會話的控制指令、通信信息。

校驗信息，用于檢驗數(shù)據(jù)幀是否有錯誤，對于在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行糾正。

當(dāng)配備了本實施例中裝置的A車輛要與另一個配備了同樣裝置的車牌為京BBBBBB的B車輛建立通信，并且保持通信不中斷，需要時刻根據(jù)對方車輛的車牌的移動，追蹤對方的通信車燈；例如：A車輛需要在通信中，搜索定位B車輛的車牌和通信車燈的位置，以確保A車輛能夠持續(xù)接收到來自B車輛通信車燈發(fā)送的可見光信號，其追蹤過程及方法如下：

由A車輛的圖像采集器，采集實時影像，以獲取圖像信息，并輸出給圖像處理器；圖像處理器根據(jù)圖像采集器輸出的圖像信息，識別出圖像中的B車輛的車牌的位置以及車牌號；再由裝置根據(jù)B車輛的車牌的位置以及車牌號京BBBBBB，確定B車輛的通信車燈的位置。

在搜索并確定B車輛的車牌的位置后，定位其B車輛的通信車燈24的位置，定位追蹤的過程如下：

D1、確定一個車牌號為京BBBBBB的車牌的位置，以及該車牌在圖像采集器獲取的影像中，車牌長邊占用的像素點個數(shù)a，車牌寬邊占用的像素點個數(shù)b。

D2、構(gòu)造坐標(biāo)系：以車牌的兩個對角線交點為坐標(biāo)系原點，以通過原點且平行于長邊的直線為橫軸，右側(cè)為橫軸正方向；垂直于長邊的為縱軸，上方為縱軸正方向，一個像素點為坐標(biāo)系長度單位；構(gòu)造坐標(biāo)系：以車牌的下底邊的中心為坐標(biāo)系原點，以該長邊的延長線為橫軸，右側(cè)為橫軸正方向；垂直于長邊的為縱軸，上方為縱軸正方向，一個像素點為坐標(biāo)系長度單位。

D3、構(gòu)造一個120度的等腰三角形：等腰三角形的頂角為坐標(biāo)系原點，兩條腰分別與坐標(biāo)系橫軸的正半軸呈-60度和+60度，以距離坐標(biāo)系原點2倍車牌長度b為高。

D4、在D3構(gòu)造的該等腰三角形區(qū)域內(nèi)，從左向右掃描搜尋該車的車牌右側(cè)的車燈，D4的子過程如下：

D4.1、從左向右，以橫軸為起點，分別向上和向下逐列搜索，當(dāng)搜索到右側(cè)的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點就預(yù)測為燈光所在的區(qū)域。

D4.2、以坐標(biāo)系原點為射線的原點，經(jīng)過該上升跳變的像素點的射線，繼續(xù)沿該射線方向搜索下降跳變，直到搜索到下降跳變的像素點或者搜索到影像的邊界。

構(gòu)造一個線段：就以該射線中的上升跳變的像素點為一端，下降跳變的像素點或者影像的邊界為另一端。

D4.3、由收發(fā)控制器控制判別器選擇該線段中心所在的像素點在光電接收器陣列中所對應(yīng)的光電接收器的輸出。

D4.4、再由收發(fā)控制器根據(jù)判決器的輸出，嘗試解析數(shù)據(jù)幀，如果能夠解析出數(shù)據(jù)幀，就對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行驗證：如果數(shù)據(jù)幀中的源車牌字段是京BBBBBB，則確定該燈光為B車輛的通信車燈發(fā)出，并接收該可見光信號，進(jìn)入D5；如果無法解析數(shù)據(jù)幀，則將進(jìn)入D4.5。

D4.5、以上一個搜索到的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點的開始，在D3構(gòu)造的該等腰三角形區(qū)域內(nèi)，繼續(xù)沿原來的搜索方向搜索那一列的第二個亮度值發(fā)生上升跳變的像素點，如果能夠搜索到，則進(jìn)入D4.2；否則進(jìn)入D4.6。

D4.6、以D4.5搜索的那一列的下一列開始，繼續(xù)執(zhí)行D4.1。

D5、當(dāng)確定了右側(cè)的燈光后，再搜索車牌左側(cè)的車燈，同樣先構(gòu)造一個等腰三角形：構(gòu)造一個120度的等腰三角形：等腰三角形的頂角為坐標(biāo)系原點，兩條腰分別與坐標(biāo)系橫軸的負(fù)半軸呈-60度和+60度，以距離坐標(biāo)系原點2倍車牌長度y為高。

D6、在D5構(gòu)造等腰三角形區(qū)域內(nèi)，從右向左掃描搜尋該車的車牌左側(cè)的車燈；D6的子過程如下：

D6.1、從右向左，以橫軸為起點，分別向上和向下逐列搜索，當(dāng)搜索到左側(cè)的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點就預(yù)測為燈光所在的區(qū)域。

D6.2、以坐標(biāo)系原點為射線的原點，經(jīng)過該上升跳變的像素點的射線，繼續(xù)沿該射線方向搜索下降跳變，直到搜索到下降跳變的像素點或者搜索到影像的邊界。

構(gòu)造一個線段：就以該射線中的上升跳變的像素點為一端，下降跳變的像素點或者影像的邊界為另一端。

D6.3、由收發(fā)控制器控制判別器選擇該線段中心所在的像素點在光電接收器陣列中所對應(yīng)的光電接收器的輸出。

D6.4、再由收發(fā)控制器根據(jù)判決器的輸出，嘗試解析數(shù)據(jù)幀，如果能夠解析出數(shù)據(jù)幀，就對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行驗證：如果數(shù)據(jù)幀中的源車牌字段是京BBBBBB，則確定該燈光為B車輛的通信車燈發(fā)出，并接收該可見光信號，進(jìn)入D7；如果無法解析數(shù)據(jù)幀，則將進(jìn)入D6.5。

D6.5、以上一個搜索到的亮度值發(fā)生上升跳變的像素點的開始，在D5構(gòu)造的該等腰三角形區(qū)域內(nèi)，繼續(xù)沿原來的搜索方向搜索那一列的第二個亮度值發(fā)生上升跳變的像素點，如果能夠搜索到，則進(jìn)入D6.2；否則進(jìn)入D6.6。

D6.6、以D6.5搜索的那一列的下一列開始，繼續(xù)執(zhí)行D6.1。

D7、當(dāng)雙側(cè)燈光的在圖像采集器中位置都確定后，則鎖定這兩個位置；并在下一個圖像采集器的圖像采集時刻，搜索這兩個位置以及其相鄰的像素點，亮度值是否與上一個采集時刻接近，以確定燈光位置，并由收發(fā)控制器根據(jù)判決器的輸出，解析出數(shù)據(jù)幀，對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行驗證，如果數(shù)據(jù)幀中的源車牌字段是京BBBBBB，則確定該燈光為該車牌的通信車燈發(fā)出，并接收該可見光信號；如果由于遮擋或者其他原因，導(dǎo)致本步驟無法執(zhí)行，則跳轉(zhuǎn)到D1，重新定位通信車燈。