本發(fā)明涉及監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于可見光通信的監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)通常是在監(jiān)控場所布置攝像裝置進行監(jiān)控，由于攝像裝置是通過獲取監(jiān)控目標的圖像，來獲取監(jiān)控目標的行動軌跡，因而不適應(yīng)于一些需要保護隱私的場所，例如賓館、浴室、更衣間等。且安裝攝像裝置也存在監(jiān)控死角等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于可見光通信的監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控方法，用于解決現(xiàn)有的采用攝像裝置的監(jiān)控系統(tǒng)難以適應(yīng)特殊監(jiān)控場所以及存在監(jiān)控死角的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于可見光通信的監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

可見光通信光源，設(shè)置于監(jiān)控場所，以發(fā)射攜帶位置信息的光信號；

可穿戴光接收器，佩戴于監(jiān)控目標上，以接收所述光信號，將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

優(yōu)選地，所述基于可見光通信的監(jiān)控系統(tǒng)還包括：

處理設(shè)備，與所述可穿戴光接收器連接，依據(jù)所述電信號，采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

優(yōu)選地，所述可穿戴光接收器包括：存儲單元，用于存儲所述電信號；和/或

所述可穿戴光接收器包括：無線發(fā)射單元，用于將所述電信號實時發(fā)送至所述處理設(shè)備。

優(yōu)選地，所述處理設(shè)備還包括：

顯示單元，用于顯示所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

優(yōu)選地，所述可見光通信光源的個數(shù)為至少三個，所述處理設(shè)備采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息時，將所述至少三個可見光通信光源對應(yīng)的光信號進行多種組合，獲取至少兩個所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，并依據(jù)所述至少兩個監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，得到最終的所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

本發(fā)明還提供一種基于可見光通信的監(jiān)控方法，包括：

控制設(shè)置于監(jiān)控場所的可見光通信光源發(fā)射攜帶位置信息的光信號；

采用佩戴于監(jiān)控目標上的可穿戴光接收器接收所述光信號，所述可穿戴光接收器能夠?qū)⑺龉庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號。

優(yōu)選地，所述基于可見光通信的監(jiān)控方法還包括：

采用一處理設(shè)備獲取所述可穿戴光接收器轉(zhuǎn)換的所述電信號，并依據(jù)所述電信號，采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

優(yōu)選地，還包括：

所述可穿戴光接收器存儲所述電信號；

將所述可穿戴光接收器連接至所述處理設(shè)備，并將所述電信號傳輸至所述處理設(shè)備；和/或

還包括：

所述可穿戴光接收器將所述電信號通過無線通信方式實時發(fā)送至所述處理設(shè)備。

優(yōu)選地，還包括：

顯示所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

優(yōu)選地，所述可見光通信光源的個數(shù)為至少三個，

所述處理設(shè)備采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息時，將所述至少三個可見光通信光源對應(yīng)的光信號進行多種組合，獲取至少兩個所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，并依據(jù)所述至少兩個監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，得到最終的所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)并不獲取監(jiān)控目標的圖像，而是通過可見光通信獲取監(jiān)控目標的行動軌跡，從而使得本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)適用于一些需要保護隱私的場所，例如例如賓館、更衣間、浴室等。且在監(jiān)控場所內(nèi)，可見光達到的范圍均可被監(jiān)控，因而，監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控死角比較少，使得監(jiān)控更有效。

此外，采用可見光通信的監(jiān)控系統(tǒng)還具有靈敏度高(監(jiān)控精度可達厘米級)、安裝簡單，內(nèi)存需求低，功耗小，成本簡單的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的監(jiān)控系統(tǒng)的一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的三邊定位法的計算方法示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的三角定位法的計算方法示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例的雙曲線定位法的計算方法示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例的基于可見光通信的監(jiān)控方法的流程示意圖，

具體實施方式

可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見光譜沒有精確的范圍，一般認為可見光的波長范圍在350～770納米之間?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)(Visible Light Communication,VLC)，是利用熒光燈或發(fā)光二極管等可見光光源發(fā)出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的，簡單來說，就是燈光通信。將高速因特網(wǎng)的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用。

可見光通信技術(shù)具有如下的特點：

1、單點高速率。截至2014年，可見光通信的離線處理最高峰值速率是意大利團隊利用紅綠藍黃四色LED，通過波分復(fù)用技術(shù)加DMT技術(shù)創(chuàng)造的5.6Gbps；基于熒光型LED的可見光通信的單路實時傳輸最高速率是中科院半導(dǎo)體所陳雄斌研究員帶領(lǐng)的研究小組通過帶寬拓展技術(shù)創(chuàng)造的500Mbps和550Mbps。與基于射頻信號的無線電通信技術(shù)相比，基于可見光的無線光通信技術(shù)的速率優(yōu)勢已經(jīng)初步顯示。

2、系統(tǒng)大容量。為了實現(xiàn)寬帶大容量的無線通信，未來無線基站的發(fā)展方向是提高蜂窩小區(qū)的復(fù)用度。因為光的空間復(fù)用性比電的空間復(fù)用性要好，能建立比射頻無線更小的光無線小區(qū)，故可以在給每個用戶提供高速實時通信的同時，通過眾多非常小的無線光通信小區(qū)組網(wǎng)實現(xiàn)無線光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的超大容量。

3、使用很放心?？梢姽馔ㄐ诺男盘柨梢娨卓兀客哥R和燈罩就可以靈活控制信號覆蓋區(qū)域，有效防止信息泄露，同時能通過肉眼觀察信號覆蓋區(qū)域，不再擔(dān)心“第三只耳朵”，能給用戶帶來前所未有的心理安全感。

因而，本發(fā)明實施例中，將可將光通信用于監(jiān)控領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有的采用攝像裝置的監(jiān)控系統(tǒng)難以適應(yīng)特殊監(jiān)控場所以及存在監(jiān)控死角的問題，本發(fā)明實施例提供一種基于可見光通信的監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

可見光通信光源，設(shè)置于監(jiān)控場所，以發(fā)射攜帶位置信息的光信號；

可穿戴光接收器，佩戴于監(jiān)控目標上，以接收所述光信號，將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

所述可見光通信光源可以包括至少一個光源，所述光源可以為LED(發(fā)光二極管)燈或熒光燈等。所述可見光通信光源可以通過不同顏色、不同位置的光源或者不同的閃爍頻率等傳遞不同的光信號。所述可見光通信光源可以是監(jiān)控場所現(xiàn)有的照明光源，此時，只需在現(xiàn)有的照明光源上接一控制器件，控制該照明光源在正常照明的同時，發(fā)射攜帶位置信息的光信號即可，從而可降低監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)成本。當(dāng)然，也可以在監(jiān)控場所安裝專門用于可見光通信的可見光通信光源。

所述可穿戴光接收器設(shè)計的體積較小，例如如紐扣般大小，可以佩戴于監(jiān)控目標上，用于接收可見光通信光源發(fā)射的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成可存儲并處理的電信號，從而可依據(jù)所述電信號監(jiān)控監(jiān)控目標在特定時刻的位置信息，以及監(jiān)控目標的行動軌跡。

本發(fā)明實施例中，監(jiān)控系統(tǒng)并不獲取監(jiān)控目標的圖像，而是通過可見光通信獲取監(jiān)控目標的行動軌跡，從而使得本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)適用于一些需要保護隱私的場所，例如例如賓館、更衣間、浴室等。且在監(jiān)控場所內(nèi)，可見光達到的范圍均可被監(jiān)控，因而，監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控死角比較少，使得監(jiān)控更有效。

此外，采用可見光通信的監(jiān)控系統(tǒng)還具有靈敏度高(監(jiān)控精度可達厘米級)、安裝簡單，內(nèi)存需求低，功耗小，成本簡單的優(yōu)點。

本發(fā)明實施例中的可穿戴光接收器可以設(shè)計成任意形狀，如三角形、菱形、圓形、五角星形等。

為了獲取監(jiān)控目標預(yù)定時刻的位置信息，優(yōu)選地，本發(fā)明實施例的監(jiān)控系統(tǒng)還可以包括：處理設(shè)備，與所述可穿戴光接收器連接，用于依據(jù)所述可穿戴光接收器轉(zhuǎn)換的電信號，采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。所述預(yù)定時刻可以是所述監(jiān)控目標處于所述監(jiān)控場所的任一時刻。

本發(fā)明實施例中，所述可穿戴光接收器可以包括一存儲單元，用于存儲其轉(zhuǎn)換的電信號。從而，在監(jiān)控場所，可穿戴光接收器可以不與處理設(shè)備有線連接，而是將轉(zhuǎn)換后的電信號存儲起來，等監(jiān)控目標走出監(jiān)控場所，再將可穿戴光接收器與處理設(shè)備連接起來，使用處理設(shè)備確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

優(yōu)選地，所述可穿戴光接收器和所述處理設(shè)備均可以包括一數(shù)據(jù)通信接口，例如USB接口等，從而進行數(shù)據(jù)通信。

本發(fā)明實施例中，可見光通信光源發(fā)射的光信號為預(yù)處理調(diào)制后的帶有位置信息的光信號，可穿戴光接收器接收上述光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號，進行編碼調(diào)制后存儲到存儲單元上。處理設(shè)備獲取上述電信號，并通過解碼、解調(diào)等信號處理，恢復(fù)出原始信號，在通過定位算法分析得到監(jiān)控目標在預(yù)定時刻的位置信息。

由于在監(jiān)控場所，可穿戴光接收器不與處理設(shè)備有線連接，因而，在監(jiān)控場所可以不用進行布線，從而使得本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)還適用于需要屏蔽電磁干擾的監(jiān)控場所(例如要求嚴格的產(chǎn)線等)，一些難以布線的監(jiān)控場所(例如礦井等)。且，由于不需要布線，也克服了現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)改裝成本大，改裝難的問題。

上述實施例中，需要監(jiān)控目標走出監(jiān)控場所，才可以將可穿戴光接收器與處理設(shè)備連接，在通過處理設(shè)備獲取監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。該種方式不能夠?qū)崟r監(jiān)控監(jiān)控目標的位置，存在一定的缺陷。

優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，所述可穿戴光接收器可以包括：無線發(fā)射單元，用于將所述電信號實時發(fā)送至所述處理設(shè)備。

由于可以采用無線發(fā)射方式，將電信號實時發(fā)送給處理設(shè)備處理，因而，本發(fā)明實施例中，可以實時獲取監(jiān)控目標的位置，從而提高了監(jiān)控效果，同時，無線方式也不需要在監(jiān)控場所進行布線，從而使得本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)適用于一些難以布線的監(jiān)控場所。且，由于不需要布線，也克服了現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)改裝成本大，改裝難的問題。

為了方便觀看得到的監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，本發(fā)明實施例的處理設(shè)備還可以包括：顯示單元，用于顯示所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。所述顯示單元可以為液晶顯示單元、OLED顯示單元等。

優(yōu)選地，所述處理設(shè)備是一處理能力較強的計算機。

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實施例的監(jiān)控系統(tǒng)的一結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實施例中的監(jiān)控系統(tǒng)包括：

可見光通信光源11，設(shè)置于監(jiān)控場所，以發(fā)射攜帶位置信息的光信號；

可穿戴光接收器12，佩戴于監(jiān)控目標上，以接收所述光信號，將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號；

處理設(shè)備13，用于依據(jù)所述可穿戴光接收器12轉(zhuǎn)換的電信號，采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

本發(fā)明實施例中的可見光通信光源11包括多個LED燈，該多個LED等設(shè)置于監(jiān)控場所的天花板上。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他一些實施例中，可見光通信光源11也可以設(shè)置于監(jiān)控場所的其他位置，例如墻壁上等。

本發(fā)明實施例中的可穿戴光接收器12佩戴于監(jiān)控目標的肩部，當(dāng)然也可以佩戴于監(jiān)控目標的其他身體部位，例如頭部等，設(shè)置于肩部或頭部等不容易遮擋的位置可以提高監(jiān)控質(zhì)量。

所述處理設(shè)備13設(shè)置于監(jiān)控場所之外。

當(dāng)監(jiān)控目標位于監(jiān)控場所內(nèi)時，可見光通信光源11除了正常照明之外，還同時發(fā)射攜帶位置信息的光信號，佩戴于監(jiān)控目標上的可穿戴光接收器12接收所述攜帶位置信息的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并存儲。待監(jiān)控目標走出監(jiān)控場所，可以將可穿戴光接收器12與處理設(shè)備13連接，處理設(shè)備13可讀取可穿戴光接收器12存儲的電信號，并利用所述電信號，采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

本發(fā)明實施例中的可穿戴光接收器可以包括光敏傳感器、存儲器及相應(yīng)的電路模塊。處理設(shè)備可以包括一微控制單元，如單片機、arm、DSP(數(shù)字信號處理)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)等。

本發(fā)明實施例中的處理設(shè)備可以采用多種定位算法獲取監(jiān)控目標在預(yù)定時刻的位置信息，下面舉例進行說明。

(一)幾何測量法

幾何測量法又分為基于距離的幾何測量法和基于角度的幾何測量法。

基于距離的幾何測量法又分為三種，一種是直接測量距離，一種是通過傳播時間測量距離，一種是通過能量衰減測量距離。通過傳播時間測量距離的方法中，又包括通過信號到達時間(TOA)測量距離，通過信號達到時間差(TDOA)測量距離，通過往返傳播時間(RTOF)測量距離。通過通過能量衰減測量距離中，是通過信號強度(RSS)測量距離。

基于角度的幾何測量法方法中，是通過信道達到角度(AOA)測量距離。

上述各幾何測量法中，均是首先測量待測點與已知位置的可見光通信光源(參考點)的幾何關(guān)系，再通過運算獲取待測點的位置信息。

主要采用的幾何關(guān)系有三種，分別是三邊定位法、三角定位法和雙曲線定位法。

三邊定位法就是測量待測點到三個不在同一直線上的參考點的距離，以這三個參考點為圓心，以測量的三邊距離為半徑做出三個圓的交點就是待測點的位置。

請參考圖2，圖2為本發(fā)明實施例的三邊定位法的計算方法示意圖，設(shè)D(x₀,y₀)是待確定的可穿戴光接收器的位置坐標，A(x₁,y₁)，B(x₂,y₂)，C(x₃,y₃)分別是已知的三個可見光通信光源的位置坐標，則可以得到以下方程組(1)：

其中R₁＝C*t₁,R₂＝C*t₂,R₃＝C*t₃，C為光速，t為光線到達可穿戴光接收器的時間，可以測試得到。

如此，通過解上述方程組(1)便可得到可穿戴光接收器的位置坐標D(x₀,y₀)。

三角定位法依據(jù)的幾何原理為在一個三角形中，如果已知一條邊的長度和以這條邊為公共邊的兩個角的大小，那么就可以確定第三個點的位置，該點是三角形另外兩條邊的交點。

請參考圖3，圖3為本發(fā)明實施例的三角定位法的計算方法示意圖，設(shè)C是待確定的可穿戴光接收器的位置坐標，A，B分別是已知的兩個可見光通信光源的位置坐標，AB之間的距離已知，θ₁，θ₂分別是以AB邊為公共邊的兩個角的大小，從而通過上述參數(shù)可計算C點的坐標。

雙曲線定位法應(yīng)用到了形成雙曲線的幾何原理：到兩個固定點的距離差為常數(shù)的動點軌跡是以這兩個固定點為焦點的雙曲線。通過三個不在同一直線上的參考點可以確定兩組雙曲線，它們的交點就是待測點的位置。

請參考圖4，圖4為本發(fā)明實施例的雙曲線定位法的計算方法示意圖，設(shè)x₀,y₀是待確定的可穿戴光接收器的位置坐標，A(x₁,y₁)，B(x₂,y₂)，C(x₃,y₃)分別是已知的三個不在同一條直線上的可見光通信光源的位置坐標，根據(jù)雙曲線定義可知A(x₁,y₁)，B(x₂,y₂)確定了一條雙曲線，A(x₁,y₁)，C(x₃,y₃)確定了另一條雙曲線，則有

其中，t₁為光到達A(x₁,y₁)，B(x₂,y₂)的時間差，t₂為光到達A(x₁,y₁)，C(x₃,y₃)的時間差，可以測試得到。

如此，通過解上述方程組便可得到可穿戴光接收器的位置坐標D(x₀,y₀)。

(二)場景分析法

場景分析法是通過觀察場景中的特征來推斷待測目標的位置，即通常所說的指紋識別法。一般場景分析法包括兩個階段，離線勘測階段和在線定位階段。離線勘測的目的是建立一個特定場景特征信息與移動設(shè)備之間的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。在線定位是將實時測量的用戶信號與數(shù)據(jù)庫中的特征信息相匹配，從而實時確定目標的位置。

場景分析分為靜態(tài)場景分析(Static Scene Analysis)和差動場景分析(Differential Scene Analysis)。靜態(tài)場景分析中，各參考位置的特征信息構(gòu)建成指紋數(shù)據(jù)庫，將待觀測的特征信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，然后映射到場景中的位置。相對的，差動場景分析則需要連續(xù)追蹤場景間的差異來估計待測點的位置。

(三)近似感知法

第三類是基于鄰近關(guān)系的近似感知法。在室內(nèi)天花板上布置特定的可見光通信光源陣列，每一個可見光通信光源作為一個服務(wù)接入點，發(fā)射帶有位置信息的光信號。當(dāng)用戶終端進入服務(wù)接入點的通信范圍內(nèi)，就可以獲取該燈的位置信息，由服務(wù)器在數(shù)據(jù)庫中查找返回接入點的位置及有可能的通信覆蓋范圍。

一般有兩種方法確定用戶終端的位置，分別是廣告牌算法和質(zhì)心算法。廣告牌算法是直接將接入點的位置作為用戶終端的位置，這種算法的定位誤差就是接入點的通信范圍。質(zhì)心算法是取用戶終端所有接入點坐標平均值，作為用戶終端的位置坐標，進一步改進的算法是加上信號強度作為權(quán)值進行加權(quán)權(quán)平均。

(四)圖像傳感器成像法

基于圖像傳感器的室內(nèi)定位系統(tǒng)是在平行于可見光通信光源與圖像傳感器之間的平面上放置一個透鏡，使用圖像傳感器測量法必須保證共線條件，即發(fā)射點、透鏡中心和接收點保持在同一條直線上。

本發(fā)明實施例中，為了提高定位精度，優(yōu)選地，所述可見光通信光源的個數(shù)為至少三個，所述處理設(shè)備采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息時，將所述至少三個可見光通信光源對應(yīng)的光信號進行多種組合，獲取至少兩個所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，并依據(jù)所述至少兩個監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，得到最終的所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

請參考圖5，本發(fā)明實施例還提供一種基于可見光通信的監(jiān)控方法，包括：

步驟51：控制設(shè)置于監(jiān)控場所的可見光通信光源發(fā)射攜帶位置信息的光信號；

步驟52：采用佩戴于監(jiān)控目標上的可穿戴光接收器接收所述光信號，所述可穿戴光接收器能夠?qū)⑺龉庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號。

進一步地，還可以包括：

步驟53：采用一處理設(shè)備獲取所述可穿戴光接收器轉(zhuǎn)換的所述電信號，并依據(jù)所述電信號，采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

在本發(fā)明的一實施例中，所述方法還可以包括：

所述可穿戴光接收器存儲所述電信號；

將所述可穿戴光接收器連接至所述處理設(shè)備，并將所述電信號傳輸至所述處理設(shè)備。

在本發(fā)明的另一實施例中，所述方法還可以包括：

所述可穿戴光接收器將所述電信號通過無線通信方式實時發(fā)送至所述處理設(shè)備。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例的方法還可以包括：顯示所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

為提高定位精度，本發(fā)明實施例中，所述可見光通信光源的個數(shù)為至少三個，所述處理設(shè)備采用定位算法確定所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息時，將所述至少三個可見光通信光源對應(yīng)的光信號進行多種組合，獲取至少兩個所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，并依據(jù)所述至少兩個監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息，得到最終的所述監(jiān)控目標的預(yù)定時刻的位置信息。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。