A Wide Range Visible Light Indoor Positioning System Using Mobile CMOS Image Sensor

Abstract

Visible light positioning (VLP) is a cost-effective solution to the increasing demand for real-time indoor positioning. However, due to the high computational cost and complicated image processing procedure, most of the existing VLP systems fail to deliver real-time positioning ability and better accuracy of the image sensor based VLP for the large area indoor environment. In this thesis, an effective method has been proposed to receive the coordinate information from multiple light-emitting diode (LED) lights simultaneously. Therefore, it provides better accuracy in the large positioning area with many LEDs by using a smartphone embedded image sensor (IS) as a terminal device and existing LED lighting infrastructure. Besides, the proposed positioning system designed flicker-free frequency shift on-off keying (FSOOK) line coding modulation scheme to make sure that the modulated frequency remains constant. We also tested the performance of the decoding accuracy of our proposed system, which utilizes the rolling shutter mechanism of the complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor. An android application is developed to test the real-time decoding accuracy performance on an off-the-shelf smartphone. The experimental results of the proposed positioning system can provide centimeter-level accuracy with very low computational time, which making it a promising solution for the future direction of the large-area indoor positioning system.

가시광 위치인식(Visible light Positioning; VLP)은 실시간 실내 위치인식에 대한 필요성이 증가되고 있는 상황에서 비용 효율적인 해법이다. 그러나 계산 비용이 높고 영상처리 과정이 복잡하기 때문에, 대부분의 현존하는 VLP 시스템은 넓은 공간의 실내 환경에서 실시간 위치인식 능력과 정확성을 제공하지 못하였었다. 본 논문에서는 다수의 발광 다이오드(LED)로부터 동시에 좌표 정보를 수신하는 이미지 센서에 기반한 효과적인 방법을 제안하였다. 터미널 장치로 스마트폰에 포함된 영상 센서를 사용하고 LED 조명 인프라를 활용하여 많은 LED가 있는 넓은 공간에서 정확한 정보를 제공하였다. 그리고, 제안된 위치인식 시스템에서는 깜박거림이 없는 주파수 시프트 온오프 키잉(FSOOK) 라인 코딩 변조 방식을 적용하여 변조 주파수를 일정하게 유지할 수 있었다. 또한 CMOS 이미지 센서의 롤링 셔터 메커니즘을 이용하여 제안된 시스템의 디코딩 정확도 성능을 테스트했다. 그리고, 안드로이드 애플리케이션을 개발하여 상용 스마트폰에서 실시간 디코딩 정확도 성능을 테스트했다. 제안된 위치인식 시스템의 실험 결과는 아주 짧은 계산시간 내에 센티미터(cm) 수준의 정확도를 제공할 수 있었고, 이는 넓은 면적 실내 위치인식 시스템의 미래에 대한 하나의 올바른 방향이라는 것을 확인하였다.